DD264987A1

DD264987A1 - DEVICE FOR IN-SITU DETERMINATION OF THE INFILTRATION RATE

Info

Publication number: DD264987A1
Application number: DD30919287A
Authority: DD
Inventors: Gerd Kleinstaeuber; Juergen Haupt; Dietrich Werner
Original assignee: Forschzent Bodenfruchtbarkeit
Priority date: 1987-11-19
Filing date: 1987-11-19
Publication date: 1989-02-15

Abstract

Die Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zur In-situ-Bestimmung der Infiltrationsrate, die stets dann zur Anwendung kommen kann, wenn die Infiltrationseigenschaften von poroesen Materialien, insbesondere von Boeden dder verschiedensten Standorte, untersucht werden sollen. Als solche ermoeglicht sie die Bestimmung der Infiltrationsrate direkt im Boden des zu untersuchenden Standortes bei Eindringbedingungen des Wassers in den Boden, die den praktischen Verhaeltnissen entsprechen. Dabei garantiert sie eine fuer die genannte Anwendung erforderliche hohe lokale Aufloesung und hinreichende Genauigkeit. Bei der erfindungsgemaessen Vorrichtung wird ueber dem bei der Messung im Stechzylinder befindlichen Bodenmonolith ein entlueftbarer Hohlraum realisiert, der ueber ein graduiertes Messrohr aus einem Wasservorratsbehaelter mit Wasser gespeist wird. Die Moeglichkeit der automatischen Messwertgewinnung wird durch eine ueber das Messrohr schiebbare Zusatzeinrichtung gegeben, die mit verstellbaren kapazitiven Initiatoren, mit denen ein automatisches Erkennen der Vorbeibewegung des Wasserspiegels an dem die Messstrecke begrenzenden oberen und unteren Pegel des Messrohres erfolgt, ausgeruestet ist. Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist die Bodenphysik.The invention includes an apparatus for in situ determination of the infiltration rate, which can always be used when the infiltration properties of porous materials, in particular of soils of the most diverse locations, are to be investigated. As such, it allows the rate of infiltration to be determined directly in the soil of the site to be examined in the event of penetration of the soil into the soil in accordance with practical conditions. In doing so, it guarantees a high local resolution and sufficient accuracy required for the named application. In the device according to the invention, a deflatable cavity is realized above the soil monolith present in the measuring cylinder in the measuring cylinder, which is supplied with water via a graduated measuring tube from a water reservoir. The possibility of automatic measurement value recovery is provided by an additional device which can be slid over the measuring tube and which is equipped with adjustable capacitive initiators with which an automatic detection of the passing of the water level takes place at the upper and lower levels of the measuring tube bounding the measuring path. The main field of application of the invention is soil physics.

Description

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Title of the invention

Vorrichtung zur In-situ-Bestimmung der InfiltrationerateDevice for in situ determination of infiltration rate

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorriohtung, die stete dann zur Anwendung kommen kann, wenn die Infiltrationeeigensohaften von porösen Materialien, insbesondere von Böden der verschiedensten Standorte, untersucht werden sollen. Ihre Anwendung ist besondere für solohe Fälle gedacht, bei denen die die Infiltrationeeigensohaften charakterisierende Infiltrationsrate und deren Verteilungeeigenschaften direkt im Boden des zu untersuchenden Standortes (in-situ) bestimmt werden sollen· Als solohe ist sie insbesondere dann relevant, wenn der physikalische Bodenzustand sum Zweoke einer Ökologieohen Beurteilung duroh eine Felddiagnose besohrieben werden soll. Bine solohe Beurteilung ist stets die Voraussetzung für die Durchführung einer gezielten Veränderung im Hinblick auf eine optimale Befriedigung der VersorgungsansprUohe des Pflanzenbestandes,The invention relates to a Vorriohtung that can be used constantly when the Infiltrationeteigensohaften of porous materials, especially soils of various locations to be investigated. Their application is especially intended for solo cases in which the infiltration properties characterizing infiltration rate and their distribution properties should be determined directly in the soil of the site under investigation (in-situ) · As solohe she is particularly relevant if the physical soil state sum two choke one Ecological assessment should be carried out by field diagnosis. Bine solo assessment is always the prerequisite for carrying out a targeted change with regard to an optimal satisfaction of the supply requirements of the plant population,

Ein Beispiel dafür ist die Lokalisierung und anschließende Beseitigung von Sohadverdiohtungen auf landwirtschaftlich genutzten Fläohen, die in den letzten Jahren sowohl an Umfang als auch in ihrer Intensität erheblich zugenommen haben.An example of this is the localization and subsequent elimination of soil degradation on agricultural areas, which has increased significantly in size and intensity in recent years.

Unter diesem Aspekt ist das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung die Bodenphysik und somit letztlich auoh die Land-, Forst- und Wasserwirtschaft als diejenigen Volkswirtschaftszweige, die sioh ihrer bedienen.From this point of view, the main field of application of the invention is soil physics and thus ultimately agriculture, forestry and water management as those branches of the economy which serve them.

Charakteristik des bekannten Standes der Teohnik Die Infiltrationerate mit der Maßeinheit 1 m~²h~¹bzw· mm h"¹ ist ein Maß für die in der Zeit- und Fläohenoiaheit duroh die Boden- Characteristics of the known state of Teohnik The rate of infiltration with the unit of measure 1 m ~ ² h ~ ¹ or mm h " ¹ is a measure of the time and space oiity through the soil

fläohe In den Boden eindringende M_enge der Flüssigkeit, für die sie bestimmt werden soll· Dabei besitzt im Zusammenhang mit der Bestimmung der Infiltrationseigeneohaften des Bodens Wasser als MeßflUssigkeit eine dominierende Rolle. Physikalisch ist für den Infiltrationsvorgang ein Gradient des durch das Matrix- und Gravi tationepotential gebildeten hydraulischen Potentials, unter dessen Wirkung das in den Boden eindringende Wasser bewegt wird, verantwortlich.fläohe In the ground penetrating M _e of the liquid for which it is to be determined length · It has in connection with the determination of the soil water as Infiltrationseigeneohaften MeßflUssigkeit a dominant role. Physically, a gradient of the hydraulic potential formed by the matrix and Gravi tion potential, under the action of which penetrates into the ground water is responsible for the infiltration process.

Je naoh Wassergaben niedriger Intensität, die vollständig in den Boden eindringen, oder Wassergaben hoher Intensität, die nur teil· weise in den Boden eindringen, wird zwisohen uktueller und potentieller Infiltrationsrate unterschieden. Die potentielle Infiltration era te nimmt in der Regel naoh Einleitung des Infiltrations· Prozesses von einem Maximalwert aus mit der Zeit ab, bis sie sohließlioh einen annähernd konstanten Wert, ale finale Infiltratioherate oder Infiltrationsvermögen bezeichnet, annimmt» Dieser zeitliche Verlauf der Infiltration*rate wird quantitativ vor allem durohDepending on low intensity watering that completely penetrates the soil, or high intensity watering that only partially penetrates the soil, a distinction is made between current and potential infiltration rates. As a rule, the potential infiltration period decreases from a maximum value with the time the infiltration process is initiated, until it assumes an approximately constant value, ie the final infiltration rate or infiltration capacity. "This time course of the infiltration rate becomes quantitative especially duroh

- die Beschaffenheit der Bodenoberfläche,- the nature of the soil surface,

- den Wassergehalt des Bodens,- the water content of the soil,

- das Ableitvermögen des Bodens für das eingedrungene Wasser- The discharge capacity of the soil for the penetrated water

beeinflußt.affected.

Die Bestimmung der Inf1.1 trationsrate erfolgt mit Inflltrometern. Standardisiert ist die Bestimnung mit Sinfaohring-Infiltrometern. Im Hinblick auf eine Vergleiohbarkelt der Böden werden die Messungen bei einem Wassergehalt im Bereich der Feldkapazität dee jeweiligen Bodens vorgeschrieben.The rate of infiltration is determined with infra-red meters. The standardization with Sinfaohring infiltrometers is standardized. With regard to a leveling of soils, the measurements are prescribed at a water content in the field capacity of the respective soil.

Diese Methode hat zwar den Vorteil, daß mit ihr die Infiltrationerate in-eitu bestimmt werden kann, gleichzeitig aber den entscheidenden Naohteil, daß dae bei ihr für die Infiltration orfaßte Volumen, bedingt duroh die große Sindrlngfläohe von oa. 1250 cm² und die infolge nur unvollkommener eeitlioher Begrenzung nioht nur in vertikaler Richtung verlaufende Infiltration, für Untersuchungen bestimmter Frageetellungeη viel zu groß let. Dae große Volumen, dae bei der Messung erfaßt wird, bewirkt nämlioh, daß mit der Mothode keine lokale Auflösung der Infiltrationerate möglloh let und somit z· B. auoh nioht die oft relevanten Verteilungseigonsphaften der Infiltrationerate au zu untersuchenden Standort bestimmt werden können.Although this method has the advantage that it can be used to determine the infiltration rate in-situ, it at the same time determines the decisive part of the NaOH, that its volume is for infiltration, owing to the large diameter of the surface. 1250 cm ² and the infiltration due to only imperfect eeitlioher limitation not only in the vertical direction, much too large for investigations of certain Frageetellungeη let. Since large volumes, which are detected during the measurement, cause, that with the method, no local resolution of the infiltration rate is possible, and thus, for example, the often relevant distribution equivalencies of the infiltration rate can not be determined from the site to be investigated.

Als eine Verallgemeinerung des beim Infiltrometer angewandten Prinzips kann das in der Patentschrift Nr. 1 260 765 (SU₁ 1985) beschriebene Verfahren aufgefaßt werden, bei dem der Wassereintritt in den Boden an eine beliebige Stelle zur Untersuchung der dortigen Infiltrationseigenschaften gebracht werden kann. Dabei wird im Gegensatz zur sonst beim Infiltrometer Üblichen fläohenhaften sowohl die punkt- als uuoh die zylinderförmige Wassereinspeisung vorgeschlagen. Abgesehen von einer fehlenden gerätexeohnischen Realisierung! geht durch die veränderte Wassereinspeisung die geforderte Vergleichbarkeit der gewonnenen Werte mit den mittels Labormethoden ermittelten Werten verloren. Somit sind sie letztlioh auoii für die genannten Anwendungsbereiche ohne Relevanz.As a generalization of the principle applied to the infiltrometer, the method described in the patent specification No. 1 260 765 (SU ₁ 1985) can be considered in which the water ingress into the soil can be brought to an arbitrary location for the investigation of the infiltration properties there. In contrast to what is otherwise usual with the infiltrometer, both the point and the cylinder-shaped water feed are proposed. Apart from a missing device-pure realization! Due to the changed water supply, the required comparability of the values obtained with the values determined by means of laboratory methods is lost. Thus, they are ultimately irrelevant to the applications mentioned.

Die Patentschrift Nr. 327 809 (Österreich, 1973) hat eine Vorrichtung zur Bestimmung der Wasserdurohlässigkeit einer Bodenschicht in Anlehnung an das Prinzip des Binfachring-Infiltroineters zum Inhalt. Das dem Verhalten des Regenwassers analoge vertikale Eindringen des für die Messung benutzten Wassers, das im Falle des Einfachring-Infiltrometers duroh Eindrücken eines Stahlringes in eine Tiefe von ^ 100 mm erreicht wird, soll bei der genannten Erfindung duroh Andrüoken eines um den Vorratsbehälter für die Meßflüssigkeit liegenden Schlauches auf die Bodenoberfläohe erreioht werden. Die Nachteile dieses Verfahrens sind mit denjenigen des Einfaohring-Inflltrometers identieoh. Der Wert des Infiltrationsvermögens ist theoretisch mit dem Durohlässigkeitsbeiwert (Filtrationswert, k_f-Wert) des Bodens identisoh. Somit kann die Bestimmung dieser speziellen Infiltrationsrate auoh mit den Methoden der k_f-Wert-Bestimmung erfolgen. Aus diesem Grunde werden diese Methoden bezUglioh ihrer Vor- und Naohteile mit in die Diskussion der bekannten technischen Lösungen einbezogen. Die Bestimmung des k^-Wertes ist sowohl naoh der Bohrlooh- als auoh naoh der Steohzyllndermethode möglich.The patent no. 327 809 (Austria, 1973) has a device for determining the Wasserdurohlässigkeit a soil layer based on the principle of Binfachring infiltration tube content. The vertical penetration of the water used for the measurement, analogous to the behavior of the rainwater, which in the case of the single-ring infiltrometer is obtained by pressing a steel ring into a depth of ^ 100 mm, is intended in the case of the abovementioned invention by an orifice around the reservoir for the measuring liquid lying hose on the Bodenoberfläohe be achieved. The disadvantages of this method are identical to those of the Einfaohring-Inflltrometers. The value of the infiltration capacity is theoretically identical to the coefficient of permeability (filtration value, k _f value) of the soil. Thus, the provision of these special infiltration rate can be carried out using the methods of AUOH k _f value determination. For this reason, these methods are included in the discussion of the known technical solutions with reference to their preambles and bases. The determination of the k ^ value is possible both from the Bohrlooh- than from the Steohzyllndermethode.

Bei der Bohrloohmethode wird in einem Bohrlooh der Ruhe-Grundwasserspiegel kurzfristig abgesenkt und desaon Wiederanstieg innerhalb einor bestimmten M^ßatreoke als Funktion der Zeit gemessen und für die Berechnung dee k_f-Wertee herangezogen. Diese Methode war auoh Grundlage für ein entwickeltes mobil anwendbare» Gerät, bei dem ein perforierter Hohlzylinder in den zu untersuchenden Boden eingedrüokt und die vorwiegend aus horizontaler Richtung in diesen Zylinder eindringende Wassermenge ein-In the Bohrloohmethode the resting groundwater level is briefly lowered in a Bohrlooh and desaon recovery within a certain M ^ ßatreoke as a function of time measured and used for the calculation dee k _f value. This method was also the basis for a developed mobile device in which a perforated hollow cylinder penetrates into the soil to be examined and the amount of water which penetrates into this cylinder mainly from a horizontal direction.

sohließlioh der dafür benötigten Zelt bestimmt werden (FS Nr. 1 203 187t SU, 1984).Sohließlioh the required tent be determined (FS No. 1 203 187t SU, 1984).

Wieder handelt es sich um ein Verfahren, das in-situ angewendet wirdι allerdinge kennzeiohnet der ermittelte k_f-Wert die Durchlässigkeit für einen vorwiegend in horizontaler Riohtung erfolgenden Wasseretrom in einer Schicht größerer Stärke. Bei dem genannten Qerät wirkt sioh zusätzlich nachteilig die Verfälschung der tatsächlichen Durchlässigkeit des Bodens infolge einer durch das Einbringen des perforierten Hohlzylinders bedingten Veränderung der Bodenstruktur in dessen unmittelbarer Umgebung aus. Sie folgenden Patentschriften beinhalten Modifikationen der Bohrloohmethode. In der Patentschrift Nr, 4 341 110 (USA, 1980) wird vorgeschlagen, Im Gegensatz zur konventionellen Bohrloohmethode das Bohrloch mit Wasser aufzufüllen und anschließend die Absenkung des Wasserspiegels infolge des globalen InfiltrationsVermögens des das Bohrlich begrenzenden Bodens abhängig von der Zeit zu verfolgen.Again, it is a process that is applied in situ. However, the determined k _f value indicates the permeability to a predominantly horizontal water stream in a layer of greater strength. In addition, in the case of the said apparatus, adulteration of the actual permeability of the soil as a result of a change in the soil structure caused by the introduction of the perforated hollow cylinder in the immediate vicinity thereof is adversely affected. The following patents include modifications to the wellbore method. In U.S. Patent No. 4,341,110 (U.S.A., 1980), it is proposed to replenish the borehole with water, and then follow the sinking of the water level due to the global infiltrating capacity of the soil confining the soil as a function of time, in contrast to the conventional wellbore method.

Die Auffüllung des Bohrloches mit Wasser kann auch unter Anwendung von Druok erfolgen (PS Nr· 2 977» DLR, 1953). In dieser Kategorie 1st auoh das bekannt gewordene Quelph-Permeameter zu diskutieren, bei dem trotz Ausfluß des Wassers aus dem BohrIooh der Wasserspiegel konstant gehalten wird. Das erfolgt mittels einer in das Bohrloch eingebrachten Apparatur, die naoh dem Prinzip der Mariottsohen Flasche arbeitet und an der die ausgeflossene fcassermenge ablesbar ist.The filling of the well with water can also be done using Druok (PS Nr · 2 977 »DLR, 1953). In this category we also have to discuss the well-known quelph permeameter, in which, despite the outflow of water from the Bohrooh, the water level is kept constant. This is done by means of an apparatus introduced into the borehole, which works according to the principle of the Mariottsohen bottle and at which the amount of liquid discharged can be read.

All diesen Modifikationen haftet der Naohteil an, daß, obwohl die die Infiltration beschreibenden Werte zwar in-situ ermittelt werden, infolge der von den praktischen Verhältnissen abweichenden Bindringbedingungen des Wassers in den Boden nur Meßwerte für dessen InfiltratIonsverhalten gewonnen werden, die für die oben genannten Anwendungsgebiete kaum relevant sind. Bei der Steohzylindermethode wird der k_f-Wert aus dem duroh eine mit dem Fouohteäquivalent FX, als laborativ bestimmbarer Näherungswert zur Kennzeichnung der Feldkapazität, gesättigte Steohzylinderprobe senkreoht zum Probenquereohnitt unter der Wirkung einer bekannten hydraulischen Druokhöhendifferenz erfolgenden Wasserstrom ermittelt. Dabei sind verschiedene Meßanordnungen bekannt geworden. Allen diesen Anordnungen ist gemeinsam, daß die Bestimmung des genannten Wasserstromes stets an Steohzylinderpro-All these modifications adhere to the Naohteil that, although the infiltration descriptive values are determined in situ, due to the deviating from the practical conditions binding conditions of the water in the soil only measured values for its InfiltratIonsverhalten be obtained, which for the above applications are hardly relevant. In the steer cylinder method, the k _f value is determined from a water flow taken with the equivalent equivalent FX, as laboratory determinable field capacitance approximation, saturated steer cylinder sample, perpendicular to the sample cross section under the effect of a known hydraulic pressure difference. Various measuring arrangements have become known. All these arrangements have in common that the determination of said water flow always Steochzylinderpro-

ben vorgenommen wird, die zuvor am natürlichen Standort entnommen wurden· In dieser Tatsache - nämlich daß die Bestimmung des k_f-Wertes nicht unmittelbar im Boden erfolgt - ist der Naohteil der Steohzylindermethode begründet.In this fact - namely that the determination of the k _f -value does not take place directly in the soil - the NaOH part of the steohzylindermethode is justified.

Diesen Nachteil besitzen in der gleiohen Weise die bekannten für die Untersuchung des Baugrundes angewandten Labormethoden, mit denen vorrangig die Bestimmung der Gas- und Wasserdurohlässigkeit, oft unter Einwirkung von Druckt an Proben porösen Materials verschiedenster Art erfolgt.This disadvantage has in the gleiohen way the known laboratory methods used for the study of the ground, with which priority is the determination of gas and Wasserdurohlässigkeit, often under the influence of pressure on samples of porous material of various kinds.

Der Vollständigkeit halber sei nooh aus dem Gebiet der Bestimmung bodenphysikalischer Kennwerte unter dem Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens die Patentschrift Nr. 4 478 O69 (USA, 1983) hervorgehoben. Sie besieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des Strömungswideretandes von Boden für Luft. Der Meßwertgeber ist für In-situ-Einsatζ entwickelt worden. Eine Anwendung für ein Durohströmungsmedium Wasser ist nicht möglich· Zusammengefaßt kann festgestellt werden, daß allen aufgeführten Methoden bzw» Apparaturen der Nachteil gemein ist, daß sie entweder für eine Bestimmung der praxisrelevanten Verteilungseigenschaften der Infiltrationsrate am natürlichen Standort oder grundsätzlich für eine Bestimmung der Infiltrationsrate in-situ nicht geeignet sind.For the sake of completeness, nooh from the field of determination of soil physical characteristics from the aspect of the method according to the invention is emphasized the patent specification No. 4 478 069 (USA, 1983). It looks at a device for determining the flow resistance of soil by air. The transmitter has been designed for in situ use. An application for a Durohströmungsmedium water is not possible · In summary, it can be stated that all the methods or apparatus mentioned have the common disadvantage that they either for a determination of the practice-relevant distribution characteristics of the infiltration rate at the natural location or in principle for a determination of the infiltration rate in- are not suitable in situ.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung, die es ermöglicht, die Infiltratiorsrate von Boden der verschiedensten Standorte in-situ bei einem den praktischen Verhältnissen entsprechenden Eindringverhalten des Wassers in den Boden mit einer möglichst hohen lokalen Auflösung hinreichend genau zu bestimmen. Dabei soll eine Vergleichbarkoit mit den mittels Labormethoden ermittelten Werten gewährleistet sein. Die Vorrichtung soll eine rationelle Bestimmung gewährleisten und unter den oft rauhen Sinsatzbedlngungen praktikabel zu handhaben sein.The object of the invention is a device which makes it possible to determine the rate of infiltration of soil of the most diverse locations in situ with a penetration of the water into the soil that corresponds to the practical conditions with the highest possible local resolution. In the process, a comparison of the values determined by means of laboratory methods should be ensured. The device should ensure a rational determination and be practicable under the often harsh Sinsatzbedlngungen.

des Wesens der Erfindungthe essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der es möglioh ist, die Infiltrationerate, insbesondere für in Boden eindringendes Wasser, zu bestimmen. Mit der Vorrichtung soll im Gegensatz zu den bekannten Apparaturen eineThe invention has for its object to provide a device with which it is möglioh to determine the rate of infiltration, especially for penetrating into soil water. The device is in contrast to the known apparatuses a

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Bestimmung der Infiltrationsrate unmittelbar im Boden am zu untersuchenden Standort mit hoher lokaler Auflösung möglich sein. Dabei seilen möglichst die gleichen unter praktischen Verhältnissen vorliegenden Bedingungen für das Bindringen des Wassers in den Bode:.; vorherrschen. Die letztgenannte Forderung kommt dabei auoh der angestrebten Vergleiohbarkeit des in-situ gemessenen Infiltrationsvermögens mit dem im Labor bestimmten k^-Wert entgegen.Determination of the infiltration rate directly in the soil at the site to be examined with high local resolution possible. As far as possible, the same conditions under practical conditions for the binding of the water into the body are at hand:. prevalence. The latter requirement is counteracted by the desired forgeability of the in-situ measured infiltration capacity with the k ^ value determined in the laboratory.

Brfindungsgeraäß wird zu diesem Zweok ein an der oberen Öffnung mit einem Deokel wasserdicht verschließbarer Steohzylinder verwendet. Dieser Deokel ist so ausgeführt, daß unmittelbar oberhalb des bei der Messung im Steohzylinder befindlichen Bodenmonoliths ein entlüftbarer Hohlraum entsteht. Dieser Hohlraum wird einmal durch die konkave Deokelunterseite und zum anderen durch eine den im Steohzylinder befindlichen Bodenmonolith naoh oben abschließende perforierte Fläche begrenzt. An der höohsten Stelle des Hohlraumes ist der Deckel durchbrochen und auf der Deokeloberseite ein EntlUftungshahn, mit dem die Entlüftung dee Hohlraumes vorgenommen werden kann, eingesetzt. Außerdem ist der Deokel ein zweites Mal durch eine Bohrung durchbrochen, über die ein graduiertes Meßrohr Verbindung mit dem Hohlraum hat. Dabei sind Meßrohr und Deokel über eine Aufnahmevorrichtung miteinander elastisch verbunden. Bei gleicher Aufnahmevorrichtung können wahlweise, dem jeweiligen Meßbereioh der Infiltrationsrate angepaßt, Meßrohre verschiedener Durohmesser verwendet werden. Das Meßrohr besitzt in der unteren Hälfte einen seitlichen Abzweig, über den unter Zwischenschaltung eines Einwegehahnes ein Wasservorratsbehälter angeschlossen ist. Oberhalb der eigentliohen MeSstrecke besitzt das Rohr eine trichterförmige Erweiterung. Daduroh ist gewährleistet, daß vor Eintritt des absinkenden Wasserspiegels An dio Meßstreoke eine bestimmte Zeit vergeht, die insbesondere bei der manuellen Meßwertgewinnung für eine visuelle Erfassung des Meßbeginne erforderlich ist.Brfindungsgeraäß is used for this Zweok a at the upper opening with a Deokel waterproof closable Steohzylinder. This Deokel is designed so that immediately above the ground monolith located in the measuring cylinder in the measurement results in a ventable cavity. This cavity is bounded once by the concave Deokelunterseite and on the other by a bottom monolith located in the Steohzylinder Bodenmonolith top perforated surface. At the highest point of the cavity of the lid is broken and on the Deokeloberseite a ventilation valve, with the vent dee cavity can be made. In addition, the deocerium is pierced a second time through a bore through which a graduated measuring tube communicates with the cavity. In this case, measuring tube and Deokel are elastically connected to each other via a receiving device. With the same recording device can optionally, adapted to the respective Meßbereioh the infiltration rate, measuring tubes of different Durohmesser be used. The measuring tube has a lateral branch in the lower half, via which a water reservoir is connected with the interposition of a Einwegehahnes. Above the actual measuring section, the tube has a funnel-shaped extension. Daduroh ensures that before the sinking water level An dio Meßstreoke passes a certain time, which is required in particular for the manual acquisition of the measured value for a visual detection of the beginning.

Falls sich bei bestimmten Bodenstrukturen statt des sonst übIiohen Sindrüokens ein Einschlagen des Steohzylinders In den Boden erforderlich maoht, wird dafür ein gesonderter Einsohlagdeokel verwendet, der anstelle des oben beschriebenen Deokels für das Verschließen des Steohzylinders benutzt wird· Bei aufgebrachtem Einsohlagdaokel ist der Steohzylinder plan abgeschlossen, so daß oberhalb des. in ihm befindlichen Bodenmonoliths kein HohlraumIf, in certain soil structures, it is necessary to insert the steowing cylinder into the ground instead of the otherwise normal Sindrüokens, a separate Einsohlagdeokel is used, which is used instead of the above-described Deokels for closing the Steohzylinders · When applied Einohlagdaokel the Steohzylinder is completed plan, so that above the. In his soil monolith no cavity

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verbleibt. Im Bineohlagdeekel sind Bntlüftungslöoher und auf dem Deckel ein Amboßstück angebracht.remains. In Bineohlagdeekel Bntlüftungslöoher and attached to the lid an Amboßstück.

Bei Handhabung der Vorrichtung wird der Stechzylinder in den Boden gedrückt bzw. gesohlagen. Der Steohzylinder füllt sich dabei mit dem zu untersuchenden Boden, die Luft kann über den Entlüftungshahn bzw. die Bntlüftungslöcher entweichen. Ist der Stechzylinder in den betreffenden Boden eingebracht und bei verwendetem Binsohlagdeokel dieser duroh den das Meßrohr tragenden Dekkel ausgewechselt worden, wird die Entlüftung des Hohlraumes oberhalb des Bedenmonoliths vorgenommen.When the device is handled, the piercing cylinder is pressed into the ground. The Steohzylinder fills with the soil to be examined, the air can escape via the venting cock or Bntlüftungslöcher. If the piercing cylinder has been introduced into the soil in question and replaced with Binsohlagdeokel this duroh the measuring tube bearing Dekkel, the venting of the cavity is made above the Bedenmonoliths.

Zu diesem Zweck wird aus dem Wasservorratsbehälter über den Einweg^hahn Wasser solange in den Hohlraum geleitet, bis aus dem Entlüftungshahn keine Luft mehr entweicht. Das austretende Wasser wird über einen am Plann angebrachte.¹! Schlauch von der Meßstelle weggeleitet. Nach vollzogener Entlüftung wird der Entlüftungshahn geschlossen und das Meßrohr bis über den oberen Pegel der Meßstrecke mit Wasser gefüllt. Danach wird der Einwegehahn geschlossen.For this purpose, water is fed from the water reservoir via the disposable tap into the cavity until no more air escapes from the vent tap. The escaping water is attached to the plan. ¹ ! Hose away from the measuring point. After complete venting of the vent cock is closed and filled the measuring tube to above the upper level of the test section with water. Thereafter, the Einwegehahn is closed.

Durch den einsetzenden Infiltrat .onsprozeß des Wassers im Boden fällt der Wasserspiegel und erreicht schließlich den oberen Pegel der Meßstreoke. Nun beginnt der eigentliche Meßvorgang. Dabei kann sowohl die Änderung der PUlIstandshöhe im Meßrohr In einer vorgegebenen Zeit - Meßstrecke variabel, Zeit konstant - als auch die für eine vorgegebene Änderung der FUlIstandshöhe erforderliche Zeit - Zeit variabel, Meßstreoke konstant - als Maß für die Infiltrationsrate des untersuchten Bodens benutzt werden. Im ersten Pail wird der sich nach Ablauf der vorgegebenen Zeit duroh Absinken des Wasserspiegels einstellende variable untere Pegel am Meßrohr und im zweiten Pail die für das Absinken des Wasserspiegels von einem oberen auf einen festen unteren Pegel des Meßrohres erforderliche Zeit erfaßt.By the onset of infiltration .onsprozeß the water in the ground falls the water level and finally reaches the upper level of Meßstreoke. Now the actual measuring process begins. In this case, both the change in the PUlIstandshöhe in the measuring tube in a given time - measuring path variable, time constant - as well as the time required for a given change in FUlIstand height - variable time, Meßstreoke constant - are used as a measure of the infiltration rate of the examined soil. In the first Pail is the after the predetermined time by sinking the water level adjusting variable lower level on the measuring tube and in the second Pail for the decrease of the water level from an upper to a fixed lower level of the measuring tube required time is detected.

Die Dimensionierung des Meßrohres ergibt eich aua dem Kompromiß zwisohen möglichst maximaler Empfindlichkeit in der Änderung der PUlIstandshöhe im Meßrohr bei ablaufendem Infiltrationsvorgang und einem möglichst breiten erfaßbaren Meßbereich der Infiltrationsrate, der aus der Anwendung bei den unterschiedlichsten Bodenstrukturen resultiert.The dimensioning of the measuring tube results eich au the compromise zwisohen maximum sensitivity in the change in PUlIstandshöhe in the measuring tube in the course of infiltration process and the widest possible detectable range of the infiltration rate, resulting from the application in a variety of soil structures.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einer Zusatzeinrichtung auegerüstet werden, die die manuelle duroh eine automati-The device according to the invention can be equipped with an additional device which allows the manual operation by means of an automatic

sehe Meßwertgewinnung ersetzt. Pur eine solohe Meßwertgewinnung ist es vor allem vom Standpunkt der Realisierung günstiger, wenn von den beiden angegebenen Prinzipien diejenige ausgewählt wird, bei der die für eine vorgegebene Füllstandsänderung im Heßrohr erforderliche Zeit als Maß für die zu ermittelnde Meßgröße zugrundegelegt wird. In diesem Falle wird das Passieren des oberen und des unteren Pegels des Meßrohres durch den Wasserspiegel berührungslos mittels entsprechender Initiatoren, vorzugsweise mittels kapazitiver Initiatoren, erfaßt. Das erfolgt durch Änderung des elektrischen Pegels am Ausgang des jeweiligen Initiators, sobald der Wasserspiegel als dielektrisches Betätigungematerial diese den oberen und unteren Pegel der Meßstreoke markierenden kapazitiven Initiatoren passiert. Damit ist die Möglichkeit der automatischen Meßwertgewinnung z. B. durch digitale Zeitmessung gegeben.see measured value recovery replaced. It is more advantageous, especially from the point of view of realization, for a solo measurement value to be obtained if the two principles given indicate that the time required for a given fill level change in the hosing tube is taken as a measure of the measured variable to be determined. In this case, the passage of the upper and lower levels of the measuring tube through the water level is detected without contact by means of appropriate initiators, preferably by means of capacitive initiators. This is done by changing the electrical level at the output of the respective initiator, as soon as the water level passes as a dielectric actuating material, this the upper and lower levels of Meßstreoke marking capacitive initiators. Thus, the possibility of automatic data acquisition z. B. given by digital timing.

Die Zusatzeinrichtung hat vor allem die Aufnahme und die Verschiebbarkeit der Initiatoren längs des Meßrohres und deren Verstellbarkeit radial zum Meßrohr zu gewährleisten. Deshalb können die Initiatoren unabhängig voneinander an jede beliebige Stelle des Meßrohres gebracht und somit eine weitere Anpassung an den gewünschten Meßbereich vorgenommen werden. Die radiale Verstellbarkeit der Initiatoren ist für die Einstellung des Sohaltabstandes dieser Initiatoren erforderlich. Außerdem trägt die Zusatzeinrichtung die Halterung für den Wasservorratsbehälter und übernimmt die Schutzfunktion für das Meßrohr, die im Falle der manuellen Meßwertgewinnung von einer gesonderten Schutzeinrichtung wahrgenommen wird.The additional device has to ensure especially the recording and the displaceability of the initiators along the measuring tube and their adjustability radially to the measuring tube. Therefore, the initiators can be independently brought to any point of the measuring tube and thus made a further adjustment to the desired measuring range. The radial adjustability of the initiators is required for the adjustment of the soaking distance of these initiators. In addition, the attachment carries the holder for the water reservoir and takes over the protection function for the measuring tube, which is perceived in the case of manual data acquisition by a separate protection device.

Die Zusatzeinrichtung wird im Austausch mit der sonst angewendeten Schutzeinrichtung über das Meßrohr gesohoben und am Deckel befestigt·The additional device is swept over the measuring tube in exchange with the otherwise used protective device and fastened to the cover.

Ausfuhrungobeispiel

Ein Funktionsmuster der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde speziell für wissenschaftliche Einzelmessungen realisiert (Fig. 1), (Fig. 2). Bei diesem Gerät wird ein 250-om^-Steohzylindei· 1 aus rostfreiem Stahl eingesetzt und damit die Vergleichbare!t des im Boden am natürlichen Standort ermittelten Infiltrat!onsVermögens mit dem im Labor naoh der Steohzylindermethode ermittelten k_f-Wert gewährleistet. Dieser Steohzylinder wird mittelsA functional model of the device according to the invention was realized specifically for scientific individual measurements (FIG. 1), (FIG. 2). This device uses a stainless steel 250 micrometre cylinder and thus ensures the comparable amount of infiltrated oil found in the soil at the natural site with the k _f value determined in the laboratory using the steer cylinder method. This Steohzylinder is using

2GH SSl2GH SSl

Schraubverbindung nach oben durch einen Deckel 3 - ebenfalls aus rostfreiem Stahl gefertigt - abgeschlossen. Eine Gummidichtung zwischen Stechzylinder und Deckel garantiert Wasserdichtheit. Der entlüftbare Hohlraum 19 oberhalb des bei der Untersuchung sich im Stechzylinder befindlichen Bodenmonoliths wird von der konisch gedrehten Deckelunterseite und dem Siebeinsatz 2 aus rostfreier Gaze begrenzt.Screwed up through a lid 3 - also made of stainless steel - completed. A rubber seal between the piercing cylinder and lid guarantees watertightness. The ventable cavity 19 above the bottom monolith located in the test cylinder during the examination is delimited by the conically turned lid underside and the sieve insert 2 made of stainless gauze.

In der Mitte des Deckels, also an der Spitze der konischen Verjüngung, ist auf der Deckeloberseite der Entlüftungshahn 18 eingesetzt. Das Meßrohr 16 wird am Deckel außermittig angebracht und ist elastisch durch ein Kugelgelenk 6 (sphärischer Schliff) mit dem Deckel verbunden, wobei die Schliff kugel am lusßrohr angebracht und die Schliffschale in eine Aufnahmevorrichtung 5 eingekittet wurde.In the middle of the lid, so at the top of the conical taper, the vent cock 18 is inserted on the top cover. The measuring tube 16 is mounted eccentrically on the lid and is elastically connected by a ball joint 6 (spherical ground) with the lid, the ground ball attached to the lusotube and the ground cup was cemented into a receiving device 5.

Schliffkugel und Schliffschale werden durch Federkraft zusammengehalten. Die Aufnahmevorrichtung ihrerseits wird in den Deckel geschraubt und schafft soeit die Verbindung zum Hohlraum über dem Bodenmonolith. Das Meßrohr wurde aus einer Meßpipette gefertigt, die zu diesem Zweck neben der Schliffkugel am unteren Ende mit einem seitlich abzweigenden Einwe^ehahn 7 versehen und am oberen Ende trichterförmig erweitert wurde»Ground ball and ground shell are held together by spring force. The receiving device in turn is screwed into the lid and thus creates the connection to the cavity above the soil monolith. The measuring tube was made of a measuring pipette, which was provided for this purpose in addition to the ground ball at the bottom with a side branching Einwe ^ ehahn 7 and funnel-shaped at the top was extended »

Beim vorliegenden AusfUhrungsbeispiel beträgt das Nennvolumen der verwendeten Pipette 2 cm . Bei Erfordernis können auch Meßpipetten anderer standardisierter Nennvolumen für die Fertigung des Meßrohreo verwendet werden.In the present embodiment, the nominal volume of the pipette used is 2 cm. If required, also measuring pipettes of other standardized nominal volumes can be used for the production of the measuring tubes.

Die ausgeführte Zusatzeinrichtung wurde durch zwei Gewindespindeln 15 und eine gemeinsame Führungsstange 9» die eine dreieckförmige Grund- 4 und Deokplatte 13 jeweils an ihren Eckpunkten miteinander verbinden, sowie durch je ein mit einer Spindelführung 14 und einem FUhrungsstück 10 versehenen Halterungsblech 17 für den jeweiligen kapazitiven Initiator 8 realisiert. Durch Drehen der Stellknöpfe 12 können die Initiatoren, die somit 120° versetzt um das Meßrohr angeordnet sind, unabhängig voneinander an eine beliebige Stelle des Meßrohres gebracht und dadurch kann die Forderung nach ihrer Versohisbbarkeit längs des Meßrohres erfüllt werden. Die geforderte radiale Verstellbarkeit der Initiatoren kann durch die an diesen befindlichen Überwurfmuttern vorgenommen werden. Die Zusatzeinrichtung trägt außerdem die Halterung für den W&sservorratsbehälter 11 und erfüllt in diesem Falle mit die Schutzfunktion für das Meßrohr.The executed auxiliary device was connected by two threaded spindles 15 and a common guide rod 9 which connect a triangular base 4 and plate 13 Deokplatte each at their vertices, as well as each with a spindle guide 14 and a FUhrungsstück 10 provided mounting plate 17 for the respective capacitive initiator 8 realized. By turning the control knobs 12, the initiators, which are thus arranged offset 120 ° around the measuring tube, independently brought to any point of the measuring tube and thereby the demand for their Versohisbbarkeit along the measuring tube can be met. The required radial adjustability of the initiators can be made by the union nuts located on these. The additional device also carries the holder for the Ws sortratsbehälter 11 and fulfilled in this case with the protection function for the measuring tube.

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Die wahlweise Befestigung von Zusatz- oder gesonderter Schutzeinrichtung erfolgt am Deokel der Vorrichtung, indem deren Grundplatte duroh die oben genannte·in den Deokel einschraubbare Aufnahmevorrichtung an diesem gehaltert wird.The optional attachment of additional or separate protection device is done on Deokel the device by the base plate duroh the above mentioned · in the deoclar screwed recording device is supported on this.

Das Amboßstück 22 des mit vier lintlüf tungslöchern 20 versehenen Binsohlagdeckels 21 (Fig. 2) wurde aus Polyäthylen gefertigt, das sich durch eine hohe Schlagfestigkeit auszeichnet· In einer ersten Applikation der ausgeführten Vorrichtung erfolgte die Bestimmung der Zeitabhängigkeit der potentiellen Infiltrationerate bis zum sich nahezu konstant einstellenden Infiltrationsverraögen in der oberen Schicht eines Bodens der Bodenform Salm-Voga (Pig. 3).The Amboßstück 22 of the four lintlüf tion holes 20 provided Binsohlagdeckels 21 (Fig. 2) was made of polyethylene, which is characterized by a high impact resistance · In a first application of the running device, the determination of the time dependence of the potential infiltration rate was almost constant setting infiltration reveals in the upper layer of a soil of the soil form Salm-Voga (Pig. 3).

Claims

claims

Device for determining the infiltration rate, in particular the infiltration capacity, which permits application directly in the soil at the natural site at binding conditions of the water into the soil which correspond to the practical conditions and which allows comparability of the determined values with the corresponding values measured in the laboratory thereby guarantees a high local resolution of the infiltration rate, characterized in that a piercing cylinder (1) through a lid (3) is sealed watertight so that above the measurement in Steoh cylinder in the soil monolith remains a ventable cavity (19), which via a Bore with a graduated measuring tube (16) is in communication and via a laterally attached to the lower end of the measuring tube Einwegehahn (7) from a Wasscrvorratsbehälter (11) can be filled and that the measuring tube duroh a Ubergeschobene and attached to the top cover transparent So huczeinriohtung, to which the holder for the Waeaorvorratsbehälter is attached, is protected from damage and finally that especially for the automatic detection of the passing of the WasQoropiegela on the Meßstreoke defining upper and lower levels of the measuring tube an additional device is available, which also in place of Protective device pushed over the measuring tube and attached in the gleiohen way to the Deokeloberseite, fulfills the function of the protective device and auoh the holder of the water reservoir with takes over.

2. Device according to claim 1 characterized daduroh, that the lid (3) is machined on its underside so that it forms the ventable cavity together with the sieve (2) designed in the BefUllung the Steohzylinders the bottom monolith upwards final perforated Fläohe and finally that it may be substituted for the operation of placing it in the ground by means of a single-hole dowel (21) with anvil (22).

Device according to claim 1 characterized daduroh,

the measuring tube (16) is elastically connected to the lid via a receiving device, that it easily replaced

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and can be replaced by such with a modified, the respective measuring range of the infiltration rate adapted Durohmesser.

Apparatus according to Anspruoh 1, characterized in that an additional device two staggered around the measuring tube arranged initiators, preferably capacitive initiators (6), both supported by a Halterungsbleoh (17), cur setting the Sohalterabstandes of these initiators in this radially to the measuring tube and a threaded spindle (13) in a common PUhrung rod (9) for both Halterungsbleohe can be versohoben as independent of each other with this Halterungsbleoh a further possibility der'Anpassung to the respective measuring range of the infiltration rate along the measuring tube.

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