DD214214A1

DD214214A1 - ARRANGEMENT FOR REALIZING THE PRINTER PRINCIPLE OF LYSIMETERS

Info

Publication number: DD214214A1
Application number: DD24870683A
Authority: DD
Inventors: Gerd Kleinstaeuber
Original assignee: Adl Der Ddr Forschungszentrum
Priority date: 1983-03-11
Filing date: 1983-03-11
Publication date: 1984-10-03

Abstract

Die Erfindung beinhaltet eine Anordnung zur Realisierung des Unterdruckprinzips bei Lysimetern mit monolithischer Bodensaeule groesserer Anbauflaeche. Sie ermoeglicht des weiteren sowohl die rationelle Nachruestung bestehender Lysimeter zu Unterdrucklysimetern als auch deren Rekonstruktion in einfacher Weise. Die erfindungsgemaesse Anordnung besteht aus flaechenhaft von aussen in die Bodensaeule des Lysimeters eingebrachte korrosionsbestaendige poroese Absaugrohre bestimmter offener Porositaet und Porenvolumenverteilung,die ueber korrosionsbestaendige, flexible, vakuum- und wasserdicht durch die Lysimeterwandung gefuehrte Vakuumverbindungsleitungen und eine um den Lysimeterbehaelter gelegte Vakuumringleitung an eine ueber einen Wasserabscheider wirkende Vakuumerzeugungsanlage angeschlossen sind.Auf diese Weise wird durch Wirkung des Unterdrucks in der untersten Bodenschicht eine quasiflaechenhafte Wasserabsaugung erreicht.Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt in erster Linie in land-und forstwirtschaftlichen und in gaertnerischen Forschungseinrichtungen, sowie in Einrichtungen der Wasserwirtschaft und Meteorologie, in denen Untersuchungen des Boden- und Pflanzenwasserhaushaltes mittels der Lysimetermethode durchgefuehrt werden.The invention includes an arrangement for the realization of the vacuum principle in lysimeters with monolithic soil column larger cultivation areas. It also allows both the rational retrofitting of existing lysimeters to vacuum lysimeters and their reconstruction in a simple manner. The inventive arrangement consists of surface-mounted from the outside in the bottom column of the lysimeter corrosion-resistant poroese suction of certain open porosity and pore volume distribution, the corrosion-resistant, flexible, vacuum and waterproof guided through the Lysimeterwandung vacuum connection lines and a Lysimeterbehaelter placed vacuum ring line to a via a water separator In this way, by the action of the negative pressure in the lowest soil layer a quasiflaechenhafte water extraction is achieved. The field of application of the invention is primarily in agricultural and forestry and in Gärtnerischen research institutions, as well as in facilities of water management and meteorology, in which Investigations of the soil and plant water balance are carried out by means of the lysimeter method.

Description

Title of the invention

Anordnung zur Realisierung des Unterdruckprinzips·Arrangement for implementing the vacuum principle ·

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Realisierung des ünterdruckprinzips auch bei solchen Lysimetern, bei denen die herkömmlichen Verfahren aus ökonomischen oder aus technischen Gründen nicht zur Anwendung kommen können. Das Anwendungsgebiet erstreckt sich demzufolge in erster Linie auf Lysimeter mit monolithischer Bodensäule größererThe invention relates to an arrangement for the realization of the ünterdruckprinzips even with such lysimeters, in which the conventional methods for economic or technical reasons can not be used. The field of application therefore extends primarily to monolithic soil column lysimeters larger

Anbaufläche (> ca. 0,125 m²). Die Erfindung ist aber andererseits auch dafür geeignet, wenn Lysimeter mit gestörter Bodensäule möglichst rationell zu ünterdrucklysimetem nachgerüstet werden sollenAcreage (> approx. 0.125 m ² ). On the other hand, the invention is also suitable if lysimeters with disturbed soil column are to be retrofitted as rationally as possible in order to produce ünterdrucklysimetem

Darüber hinaus hat die Erfindung Bedeutung, wenn bei Verschmutzung, Beschädigung oder bei ungewollten Undichtigkeiten der Absaugvorrichtung des Unterdrucklysimeters deren Rekonstruktion ohne erheblichen Aufwand möglich sein soll. •Somit ist die Erfindung grundsätzlich relevant, wenn Bodenoder Pflanzenwasserhaushaltsuntersuchungen mit der Lysimetermethode, insbesondere unter Einsatz von Unterdrucklysimetern, durchgeführt werden sollen. In addition, the invention has significance if, in case of contamination, damage or unwanted leaks of the suction device of the vacuum lysimeter whose reconstruction should be possible without considerable effort. Thus, the invention is fundamentally relevant if soil or plant water balance investigations with the lysimeter method, in particular using negative pressure lysimeters, should be carried out.

Characteristic of the known technical solutions

Bisher wurde das unterdruckprinzip bei Lysimetern mit monolitischer Bodensäule nur bei Lysimetern mit kleiner Anbaufläche realisiert. Hierbei kam das Grundprinzip für die Konstruktion von Unterdrucklysimetern zur Anwendung; Die betref-So far, the negative pressure principle in lysimeters with monolithic soil column has been realized only in lysimeters with small acreage. Here, the basic principle for the construction of negative pressure lysimeters was used; The relevant

fende Bodensäule v?ird durch eine keramische Trennwand bestimmter Porosität von einem angeflanschten Wasser- bzw. Vakuumgefäß getrennt. Als Trennwände kommen keramische Filterplatten (COLS, 1958; CZSRATZXI, 1958; WEISE u· VETTEHLSIIT, 1968·) zur Anwendung. Da solche Platten aus fertigungstechnischen Gründen in ihrer Größe begrenzt sind, müßte beim Aufbau von Unterdrucklysimetern mit prismatischen Behältern größerer Anbaufläche eine Aufteilung der keramischen Filterplatte in Einzelplatten (GZSRATZKI, 1966) erfolgen. Die Anwendung oben genannten Grundprinzips würde demzufolge in solchen Fällen erheblichen Aufwand bei der Realisierung nachsichziehen. Realisierungen von Unterdrucklysimetern mit monolithischer Bodensäule sind bei größeren Anbauflächen nicht bekannt geworden. Ebenso unbekannt sind damit gleichbedeutende rationelle Methoden einer Nachrüstung vorhandener Lysimeter zu unterdrucklysimetern.The bottom column is separated from a flanged water or vacuum vessel by a ceramic partition wall of specific porosity. As partitions ceramic filter plates are used (COLS, 1958, CZSRATZXI, 1958, WEISE u VETTEHLSIIT, 1968). Since such plates are limited in size for reasons of production engineering, a division of the ceramic filter plate into individual plates (GZSRATZKI, 1966) would have to be carried out when constructing negative pressure lysimeters with prismatic containers of larger surface area. The application of the above-mentioned basic principle would consequently follow up considerable expenditure in the realization in such cases. Realizations of monolithic soil column vacuum lysimeters have not become known in larger cultivated areas. Equally unknown are equivalent rational methods of retrofitting existing lysimeters to negative pressure lysimeters.

Ziel der- Erfindung Aim of the invention

Das Ziel der Erfindung ist eine Anordnung, die die Realisierung des Unterdruckprinzips bei bestimmten Lysimetern über-The object of the invention is an arrangement which overcomes the realization of the vacuum principle in certain lysimeters.

i2Q::kaupt, erst-ermöglicht bzw, eine rationelle Nachrüstung oder - falls erforderlich - eine Rekonstruktion der Absaugvorrichtung der Unterdrucklysimeter in einfacher Weise gestattet« Dadurch können die Vorteile, die die Anwendung des Unterdruckprinzips mitsichbringt und die vor allem in einer wesentliehen Erhöhung der Genauigkeit der Lysimetermethode liegen, auch bei diesen Lysimetern ohne erheblichen Mehraufwand voll genutzt werden,i2Q :: primarily, allows first-time, respectively, a rational retrofit or - if necessary - a reconstruction of the suction device of the vacuum lysimeters in a simple way. "This allows the advantages that the application of the vacuum principle also brings with it and, in particular, a substantial increase in accuracy the lysimeter method are also fully utilized in these lysimeters without significant extra effort,

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lysimeter mit monolithischer oder gestörter Bodensäule mittels einer geeigneten Anordnung dahingehend aus- bz^. nachzurüsten. daß sie auch als Unterdrucklysimeter betrieben werden können»The object of the invention is to provide lysimeters with monolithic or disturbed bottom pillars by means of a suitable arrangement. retrofit. that they can also be operated as a vacuum lysimeter »

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden anstelle der bei Lysinetern mit monolithischer Bodens^ule zur Anwendung kommenden Filterplatten poröse, einseitig geschlossene, korrosionsbeständige Absaugrchre bestimmter Länge und Wandstärke und entsprechender mechanischer Festigkeit verwendet. Diese Absaugrohre werden durch entlang des Umfanges in den Lysimeterbehälter eingebrachte Bohrungen in der untersten Schicht der Bodensäule eingeschoben und über die gesamte Fläche gleichmäßig verteilt - bei kreisrunden Lysimetern radial - in dieser Schicht im Lysimeter angeordnet.In the arrangement according to the invention, porous, unilaterally closed, corrosion-resistant suction chambers of a certain length and wall thickness and corresponding mechanical strength are used instead of the filter plates used in the case of lysine tanks with monolithic floor columns. These suction tubes are inserted through bores along the circumference into the lysimeter container in the lowest layer of the bottom column and distributed uniformly over the entire surface-in the case of circular lysimeters radially-arranged in this layer in the lysimeter.

Das Material der Absaugrohre muß auf Grund seiner offenen Porosität und seiner Porenvolumenverteilung ein Optimum zwischen einerseits möglichst geringer Luft- und andererseits möglichst großer Wasserdurchlässigkeit gewährleisten; Die Absaugrohre werden mittels korrosionsbeständiger, flexibler^ vakuum- und wasserdicht durch die Lysimeterwandung geführter Vakuumverbindungsleitungen mit einer um den Lysimeterbehälter gelegten Vakuumringleitung verbunden, so daß nach dem über einen Wasserabscheider erfolgten Anschluß der Vakuumringleitung an die Vakuumerzeugungsanlage eine quasiflächenhafte Wasserabsaugung durch die Wirkung des Unterdruckes in der untersten Bodenschicht erzielt wird. Vor dem Einschieben der Absaugrohre in den Bodenmcnclith wird mittels eines Erdbohrers jeweils ein entsprechendes Führungsloch mit geringfügig kleinerem Durchmesser als der Außendurchmesser des Absaugrohres vorbereitet. Dadurch wird erreicht, daß bei möglichst gutem Bodenkontakt nur geringe Störungen des Bodengefüges durch eventuelle Bodenverdichtungen an der Oberfläche des Absaugrohres eintreten können.Due to its open porosity and its pore volume distribution, the material of the suction tubes must ensure an optimum between, on the one hand, the lowest possible air and, on the other hand, the highest possible water permeability; The suction tubes are connected by means of corrosion-resistant, flexible vacuum and water-tight guided through the Lysimeterwandung vacuum connecting lines with a lysimeter around the Lysimeterbehälter vacuum ring, so that after the connection via a water separator connection of the vacuum ring line to the vacuum generator a quasi-surface water suction by the action of the negative pressure in the bottom layer of soil is achieved. Before inserting the suction tubes in the Bodenmcnclith each a corresponding guide hole is prepared with a smaller diameter than the outer diameter of the suction tube by means of an earth drill. This ensures that with the best possible contact with the ground only minor disturbances of the soil structure can occur by any soil compaction on the surface of the suction tube.

Für den Anschluß der flexiblen Vakuumverbindungsleitungen an die Absaugrohre werden diese mit Vakuumanschlüssen versehen. . Die Verbindung mit der Vakuumringleitung erfolgt über Vakuum- T- Verteiler, die entsprechend der Anzahl der eingebrachten Absaugrohre in die Vakuumringleitung eingebunden werden.To connect the flexible vacuum connection pipes to the suction pipes, they are provided with vacuum connections. , The connection with the vacuum ring line via vacuum T- distributor, which are integrated according to the number of introduced suction pipes in the vacuum ring line.

Der durch die flexiblen Vakuumverbindungsleitungen realisierte elastische Anschluß der einseinen Absaugrohre wirkt even-The elastic connection of the one-sided suction tubes realized by the flexible vacuum connection lines has an effect

tueIlen Beschädigungen durch mögliche Setzungsvorgänge innerhalb der im Lysimeterbehälter befindlichen Bodengäule entgegen* Alle in Boden befindlichen Teile -/erden aus nichtmetallischem Material gefertigt und erfüllen damit die Forderung nach absoluter Korrosionsbeständigkeit, Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird die Realisierung des Unterdruckprinzips bei Lysimetern mit monolithischer Bodensäule ermöglicht bzw. kann bei Lysimetern mit gestörter Boden« säule eine diesbezüglich rationelle Uachrüstäng vorgenommen werden. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine Rekonstruktion der im Boden befindlichen Absaugelemente in einfacher Weise zu bewerkstelligen.* All ground - level parts are made of non - metallic material and thus meet the requirement for absolute corrosion resistance. The realization of the negative pressure principle with lysimeters with monolithic bottom pillar is made possible by the arrangement according to the invention In the case of lysimeters with a disturbed base column, a rational retrofitting can be carried out. In the arrangement according to the invention, a reconstruction of the suction elements located in the bottom can be accomplished in a simple manner.

embodiment

Am Beispiel der Ausrüstung eines Großlysimeters mit monolithischer Bodensäule als Unterdrucklysimeter wird im folgenden eine zweckmäßige Realisierung der Erfindung vorgestellt. Der Lysimeterbehälter besteht aus einem Stahlzylinder von 2,5 m Hohe und einem Innendurchmesser von 1,6 m. Der Stahlmantel hat eine Stärke von 10 mm. Dieser Zylinder wurde stufenwföise in den Boden gedrückt, bis er mit einer monolithischen Bodensäule gefüllt war. Hach erfolgter Befüllung wurde ein entsprechender Stahlboden angeschweißt. Der spezifische Vorteil der Erfindung besteht nun darin, daß trot2 ge~ schlossenen Stahlbehälters und vorliegender monolithischer Bodensäule in einfacher Weise das Unterdruckprinzip bei einem solchen Lysimeterbehälter realisiert werden kann. Zu diesem Zweck wurden in etwa 20 cm Höhe vom Boden des Lysimeterbehälters in gleichen Abständen 16 Bohrungen in den Stahlmantel eingebracht. Durch diese Bohrungen wurden dann nacheinander 16 Absaugrohre eingeschoben, nachdem zuvor mit einem Erdbohrer jeweils ein entsprechendes Führungsloch in der Bodensäule für das betreffende Absaugrohr vorbereitet wurde, Bei 20 mm Außendurchmesser der Absaugrohre erwies sich ein Erdbohrer mit 1.8 mm Durchmesser für die Erzielung eines guten Bodenkontaktes als geeignet. Die Absaugrohre wurden gemäß Pig«, 1 mit einem standardisierten Schlauchan-The example of equipping a large-scale lysimeter with a monolithic bottom column as a vacuum lysimeter will now be presented as an expedient realization of the invention. The lysimeter container consists of a steel cylinder of 2.5 m height and an inner diameter of 1.6 m. The steel jacket has a thickness of 10 mm. This cylinder was forced into the ground until it was filled with a monolithic soil column. After filling, a corresponding steel floor was welded. The specific advantage of the invention consists in the fact that the closed steel container and the existing monolithic bottom column can be realized in a simple manner in such a lysimeter container. To this end, 16 holes in the steel jacket were introduced at a distance of about 20 cm from the bottom of the lysimeter tank at equal intervals. Through these holes then 16 suction tubes were inserted successively after previously prepared with an auger each a corresponding guide hole in the bottom column for the respective suction, with 20 mm outer diameter of the suction tubes proved an auger with 1.8 mm diameter for achieving a good ground contact as suitable. The suction pipes were made according to Pig, 1 with a standardized hose

Schluß 3 in Form einer Olive aus Polyamid versehen. Die gegenseitige Verbindung von Schlauchanschluß 3 und Absaugrohr 1 erfolgte über ein Anpaßstück 2, das in das Absaugrohr eingeklebt wurde. Der elastische Anschluß der einzelnen Absaugrohre erfolgte durch Vakuumschlaueh 8x6. nachdem das Absaugrohr in das jeweilige Führungsrohr gebracht und durch die entsprechende Bohrung im Behälter der Vakuumschlauch geführt wurde, erfolgte das Überschieben einer Stopfbuchse Pg 21 zum Einschrauben in den Stahlzylinder. End 3 provided in the form of an olive of polyamide. The mutual connection of hose connection 3 and suction tube 1 via a Anpaßstück 2, which was glued into the suction tube. The elastic connection of the individual suction tubes was carried out by Vakuumschlaueh 8x6. After the suction tube has been brought into the respective guide tube and passed through the corresponding hole in the container of the vacuum hose, the sliding over a stuffing box Pg 21 was carried out for screwing into the steel cylinder.

Gemäß Pig» 2 sind die Absaugrohre mit unterschiedlicher Länge (1 = 500, 600, 700 mm) in radialer Anordnung über die gesamte Fläche des lysimeterbehälters verteilt worden. Um den Lysimeterbehälter herum wurde gemäß Fig. 4 außerhalb eine Vakuumringleitung 4 gelegt. Sie wurde ebenfalls am zweckmäßigsten mittels Vakuumschlauch 8x6 realisiert. In diese Leitung wurden Vakuum - T - Verteiler 6 eingebunden, über die die Verbindung der einzelnen durch die Stopfbuchsen 5 führenden elastischen Vakuumverbindungsleitungen 7 der Absaugrohre mit der Vakuumringleitung erfolgte. Der Anschluß der Vakuumerzeugungsanlage einschließlich Wasserabscheider an die Vakuumringleitung wurde über den an ihr vorgesehenen Vakuumanschluß 8? der durch einen T-Verteiler gemäß Fig. 3 mit susätslicher Olive realisiert wurde, vorgenommen. Die porösen Absaugrohre wurden aus der Palette der von der elektrokeramischen Industrie angebotenen und kommerziell besiehbaren Rohre ausgewählt. Sie erfüllen auf Grund ihrer mechanischen und geometrischen Eigenschaften die für das Einbringen in die Bodensäule des Lysimeters bestehenden Forderunggen. Insbesondere wurde Rohr aus Kawenit TH (Thermodur) verwendet, da dieses keramische Material bezüglich seiner Luft- und Wasserdurchlässigkeit zwischen Kawenit IR (Ignodur) und Kawenit Ilf (Ignolan) liegt und somit die Forderung nach einem Optimum zwischen beiden,die Durchlässigkeit charakterisierenden Größen erfüllt (Fig. 5 und 6), Die auf die Längeneinheit bezogene Leckrate von dem eingesetzten Thermodürrohr be-According to Pig 2, the suction tubes of different length (1 = 500, 600, 700 mm) have been distributed in a radial arrangement over the entire surface of the lysimeter container. Around the Lysimeterbehälter around 4 a vacuum ring 4 was placed outside of FIG. It was also most conveniently realized by means of vacuum hose 8x6. In this line vacuum T - distributor 6 were integrated, via which the connection of the individual through the stuffing boxes 5 leading elastic vacuum connecting lines 7 of the suction was carried out with the vacuum ring line. The connection of the vacuum generating plant including water to the vacuum ring line was on her provided vacuum port 8? which was realized by a T-distributor according to FIG. 3 with a suspicious olive made. The porous suction tubes were selected from the range of commercially available and commercially available tubes offered by the electroceramic industry. Due to their mechanical and geometrical properties, they fulfill the requirements for introduction into the bottom column of the lysimeter. In particular, pipe made of Kawenit TH (Thermodur) has been used, since this ceramic material lies between Kawenit IR (Ignodur) and Kawenit Ilf (Ignolan) with regard to its air and water permeability and thus fulfills the requirement for an optimum between both variables characterizing the permeability ( FIGS. 5 and 6), the leak rate related to the unit length of the thermowell used

trägt bei einem Außendurchmesser von 20 mm und einer Wand-bears with an outer diameter of 20 mm and a wall

2—1-12-1-1

stärke von 2,5 min ca. 1,2 . 10 Pa 1 s cm . Die auf die Längeneinheit bezogene Leckrate von Ignolanrohr dagegenstrength of 2.5 min about 1.2. 10 Pa 1 s cm. On the other hand, the leakage rate of Ignolanrohr related to the unit length

2 -1 —1 ^w 2 -1 -1 ^w

beträgt ca. 7,0 .10 Pa 1 s cm ', während Ignodurrohr für Luft und Wasserundurchlässig ist.is about 7.0 .10 Pa 1 s cm ', while ignur tube is air and water impermeable.

Claims

invention pruc fa

1, Arrangement for the realization of the vacuum Prinsips in Lysinietern with monolithic soil column bzvj. Sur retrofitting of lysimeters with disturbed bottom column consisting of a vacuum generator, a water separator and porous Absaugelementen characterized in that the suction realized by porous, closed on one side corrosion resistant tubes (1) corresponding mechanical strength and that these suction laterally from the outside through along the ümfanges in the Lysimeterbehälter introduced holes inserted into the bottom pillar, evenly distributed over the entire surface - in circular lysimeters radially - arranged in the lysimeter and finally by means of flexible, via vacuum and watertight bushings (5) through the Lysimeterwandung led corrosion resistant Yakuumverbindungsleitungen (7) with the order Lysimeter container chergten vacuum ring line (4) are connected, so that after the connection via a water separator (S) of the vacuum ring line to the Vakuumerseugungsanlage the negative pressure in the bottom first layer of the soil column can be effective and so a quasi-surface water extraction is achieved.

2. Arrangement according to item 1, characterized in that the material of the porous suction tubes ensures an optimum due to its open porosity and its pore volume distribution on the one hand the lowest possible air and on the other hand the largest possible water permeability.

L-Sei drawing ^