DE10034178A1 - Infiltrierverfahren und Hilfsmittel zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Ein einfach durchzuführendes, sehr präzises und auch kostengünstiges Infiltrierverfahren für die Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit eines Bodens 1 ist durch die Verfahrensschritte charakterisiert, daß ein unter Luftdruck stehender Flüssigkeitsvorrat 10 zur Versickerung gebracht wird, dass die pro Zeiteinheit versichernde Flüssigkeitsmenge bestimmt wird und dass der Flüssigkeitsvorrat 10 durch einen geregelten Nachlauf aus einem Reservoir 4 auf einen konstanten Pegel H gehalten wird, wobei die Regelung automatisiert in Abhängigkeit des Pegels H des Flüssigkeitsvorrates 10 ventilgesteuert erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Infiltrierverfahren für die Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit eines Bodens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Im Hinblick auf die zunehmende Bodenversiegelung bei dem Ausweisen von Neubaugebieten, der Planung von Fabrikationsanlagen, beim Straßenbau oder dergleichen wird angestrebt, das Niederschlagswasser dieser Bereiche nicht in die Kanalisation zuleiten, sondern im Boden vor Ort zu versickern. Ziel ist es, der fortdauernden Absenkung des Grundwassers und der Zunahme von Überschwemmungen entgegenzuwirken. Zur Bemessung der hierfür erforderlichen Versickerungssysteme ist es erforderlich, die Durchlässigkeit des Bodens mit geeigneten Hilfsmitteln zu bestimmen.

Bei einem bekannten Infiltrierverfahren für die Bestimmung der oberflächigen Wasseraufnahmefähigkeit wird ein kreisringförmiges Reservoir einfach auf einem Boden aufgesetzt, dieses mit einem Flüssigkeitsvorrat aufgefüllt, der offen, d. h. hier unter dem normalen Umgebungsluftdruck stehend, vorgesehen ist. Mit Abnahme des Flüssigkeitspegels ist dann dieses kreisringförmige Reservoir manuell wieder aufzufüllen. Aus der mengenmäßig zu bestimmenden Nachfüllmenge kann die pro Zeiteinheit versickerte Flüssigkeitsmenge bestimmt werden. Zwar ist dieses Infiltrierverfahren einfach in seiner Anwendung, jedoch kann nur die Durchlässigkeit der jeweiligen oberen Bodenschichten vermessen werden.

Bei einem anderen Infiltrierverfahren erfolgt eine Infiltration in einem Bohrloch. So können auch Durchlässigkeiten tiefer liegender Bodenschichten gemessen werden. Hierbei ist die versickernde Flüssigkeitsmenge kontinuierlich durch Auffüllen zu ergänzen, um einen konstanten Pegel im Bohrloch zu halten. Eine manuelle Zufuhr kann jedoch nur dann erfolgen, wenn die Oberfläche der versickernden Flüssigkeitsmenge gut sichtbar ist, insbesondere in Oberflächennähe liegt. Bei tiefer liegenden Messungen findet häufig ein Vakuum-Infiltrometer, bekannt als Constant-Head-Permeameter oder Amoozemeter Verwendung, bei dem ein im Bohrloch befindlicher Flüssigkeitsvorrat durch eine Drucksteuerung des geschlossenen Reservoirs auf einem konstanten Pegel gehalten wird. Der Nachlauf wird hierbei von einem dem Infiltrometer zugeordneten Dreiwegeventil gesteuert, das entsprechend mit Wasser- und Vakuumzylindern zusammengeschaltet ist und regelmäßig manuell auch zu betätigen ist. Auch hier ist die manuelle Regelung als nachteilig anzusehen, da das Permeameter dauernd zu beobachten und zu kontrollieren ist. Auch ist der Pegel der Erstauffüllung des Bohrloches geeignet zu überprüfen und, falls erforderlich, zu korrigieren. Insbesondere ist bei diesem Permeamter jedoch die Meßtiefe lediglich auf zwei bzw. mit Sonderausstattung auf vier Meter begrenzt. Weiter ist dieses Gerät aufgrund des zu kleinen Reservoirs von nur vier Litern Wasser bei einer Messung bei größeren vorgesehene Flächen, bei hohen Versickerungswerten oder für Langzeitmessungen nicht geeignet, da ein Auffüllen des Reservoirs die teilweise Abschaltung der Vorrichtung erfordert, um das unter Vakuum stehende System stabil zu halten.

Vor diesem technischen Hintergrund macht die Erfindung es sich zur Aufgabe, ein einfach durchzuführendes, sehr präzises und auch kostengünstiges Infiltrierverfahren sowie Hilfsmittel zur Durchführung des Verfahrens für die Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit eines Bodens zur Verfügung zu stellen, bei dem für das Verfahren gemäß des Anspruches 1 darauf abgestellt ist, daß ein Flüssigkeitsvorrat zur Versickerung gebracht wird, daß die pro Zeiteinheit versickernde Flüssigkeitsmenge bestimmt wird und daß der Flüssigkeitsvorrat durch einen geregelten Nachlauf aus einem Reservoir auf einem konstanten Pegel gehalten wird, wobei die Regelung automatisiert in Abhängigkeit des Pegels des Flüssigkeitsvorrates ventilgesteuert erfolgt.

Durch das Verfahren nach der Erfindung werden eine Reihe von Vorteilen erreicht. Zunächst wird der Einfachheit halber auch von einem unter Umgebungsluftdruck stehenden Flüssigkeitsvorrat ausgegangen, anhand dessen Volumenänderung die Versickerung letztlich indirekt bestimmt wird. Hierzu ist naturgemäß auch die pro Zeiteinheit versickernde Flüssigkeitsmenge zu bestimmen, wozu der Flüssigkeitsvorrat durch einen geregelten Nachlauf aus einem Reservoir auf einem konstanten Pegel gehalten wird und die Menge der nachlaufenden bzw. nachgelaufenen Flüssigkeit bestimmt wird. Erfindungsgemäß ist auch hierbei das Reservoir bevorzugt offen, d. h. hier grundsätzlich unter dem normalen Umgebungsluftdruck stehend, vorgesehen. Die Regelung des Nachlaufs erfolgt weiter automatisiert in Abhängigkeit des Pegels des Flüssigkeitsvorrates ventilgesteuert, wobei weiter bevorzugt dieses Ventil in unmittelbarer Nachbarschaft des Flüssigkeitsvorrates, insbesondere auch durch seine räumliche Lage die Höhe des Pegels bestimmend, angeordnet ist.

Dadurch, daß das Reservoir offen und über dem Flüssigkeitsvorrat befindlich angeordnet ist, ist ein Nachlauf ohne Druckbeaufschlagung des Reservoirs ermöglicht, wobei hier offen lediglich zum Ausdruck bringen soll, daß auch dieses Reservoir unter dem normalen Umgebungsluftdruck steht. Natürlich kann jedoch ein solches Reservoir zum Schutz vor einer Verschmutzung und/oder Manipulation luftdurchlässig abgedeckt oder abgedeckt anderweitig mit dem Umgebungsluftdruck verbunden sein.

Alternativ ist es gleichfalls möglich, das Reservoir geschlossen auszuführen und den Flüssigkeitsvorrat mit einem Druck zu beaufschlagen. In Folge dieser Maßnahme ist es ermöglicht, das Reservoir auch unterhalb des Flüssigkeitsvorrats anzuordnen, beispielsweise im Bereich von Steilhängen, Mulden oder dergleichen. Durch die Maßnahme, daß der Nachlauf aus dem Reservoir ventilgesteuert erfolgt, wird auch in einem solchen Fall der Pegel konstant gehalten, ohne das es aufgrund des Überdrucks zu einem Anstieg desselben kommt. Der Überdruck dient lediglich dem Aufrechterhalten des Nachlaufes.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, das Reservoir mit einer Vorrichtung für das Ablesen der nachgelaufenen Flüssigkeitsmenge zu versehen, wobei hierbei in einfacher Weise an Markierungen für das Ablesen der Flüssigkeitshöhe innerhalb des Reservoirs gedacht sein kann. Für geeignete Schwimmerschalter oder dergleichen kann zusätzlich oder alternativ hier ein elektrischer Geber auch vorgesehen sein. In einem solchen Fall wird regelmäßig eine geeignete Schnittstelle für eine Auswertung mittels eines Computers, bspw. eines Laptops, vorgesehen, so daß typische, die Wasserdurchlässigkeit eines Bodens beschreibenden Werte, beispielsweise der Durchlässigkeitsbeiwert k_f, unmittelbar ermittelt werden können.

In weiterer Ausgestaltung des Infiltrierverfahrens nach der Erfindung ist vorgesehen, daß das Reservoir aufgeständert über eine Bodenfläche angeordnet wird. Hierbei ist regelmäßig das Reservoir selbst oder ein das Reservoir tragender Boden mit einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einer Libelle oder dergleichen zu versehen, um das Reservoir auszurichten, damit die Ablesung der nachgelaufenen Flüssigkeitsmenge auch exakt vorgenommen werden kann.

Regelmäßig wird auch zwischen dem Reservoir und dem Flüssigkeitsvorrat eine Leitung vorgesehen sein, beispielsweise ein einfacher Schlauch, an dem flüssigkeitsvorratsseitig das Ventil angeordnet ist. Ist weiter für die Stellung des Ventils und damit der Regelung des Nachlaufes ein den Pegel des Flüssigkeitsvorrates erfassender mechanischer Geber vorgesehen, so bedarf es keiner weiteren Verbindung oder Rückkopplung des Ventils und des Gebers über den Schlauch, eine elektrische Leitung oder dergleichen mit einer Steuer- und Auswertevorrichtung, die dem Reservoir unmittelbar zugeordnet ist. Ist ein elektrischer/elektronischer Geber bzw. Steuerung eines Gebers alternativ vorgesehen, kann diese Elektrik/Elektronik bspw. auch batteriegespeist unmittelbar dem Ventil oder dessen Träger zugeordnet sein, wodurch auf elektrische Leitungen zwischen Reservoir und versickernder Flüssigkeitsmenge auch verzichtet werden kann. Grundsätzlich können solche jedoch vorgesehen sein. Ist eine Elektrik/Elektronik vorgesehen, kann auch das Ventil elektrisch betätigt werden, wodurch die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens noch erhöht werden kann.

In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß der Geber einen Schwimmer aufweist, durch den der Pegel des Flüssigkeitsvorrates exakt erfaßt werden kann. Stellt der Schwimmer unmittelbar das Ventil, bspw. mechanisch, so ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung ein einfaches Infiltrierverfahren ermöglicht, bei dem lediglich das Ventil exakt zu positionieren ist, um den Pegel des Flüssigkeitsvorrates weitestgehend bei der Erstauffüllung zu bestimmen und im weiteren Verlauf der Messung konstant zu halten.

Der Pegel wird insbesondere dann äußerst exakt und gleichmäßig gehalten, wenn der Volumenstrom der Nachlaufmenge regelbar ist, insbesondere auch bei einer mechanischen Stellung des Ventils durch den Schwimmer. Je nach Abweichung des Pegels des Flüssigkeitsvorrates von einer Soll-Vorgabe kann die den Flüssigkeitsvorrat auffüllende und deren Pegel wieder auf die Vorgabe bringende Nachlaufmenge rasch bzw. langsam nachgeführt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung ist sowohl für das eingangs erläuterte Bohrloch- als auch für das Oberflächeninfiltrierverfahren geeignet. Bei beiden Verfahren wird eine Vorrichtung gemäß des Anspruchs 10 verwendet, die ein offenes Reservoir mit einer Meßvorrichtung für das Erfassen einer abgegebenen Flüssigkeitsmenge aufweist, sowie eine Leitung, die an ihrem freien Ende ein Ventil aufweist, gesteuert von einem Geber, für einen von einem Pegel eines zur Versickerung anstehenden Flüssigkeitsvorrates bestimmten Flüssigkeitsnachlauf.

Vorrichtung und Verfahren nach der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert, in der lediglich schematisch in

Fig. 1 eine Bohrlochinfiltrierung in einem Schnitt und in

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung von Geber und Ventil für die Regelung des Nachlaufes dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen Bodenausschnitt 1 mit eingebrachtem Bohrloch 2, endend mit der Sohle 3. In dem über der Sohle 3 liegenden Bohrlochabschnitt soll beispielsweise die Wasserdurchlässigkeit bestimmt werden.

Hierzu wird die Infiltrationsmenge, z. B. die Versickerung von 1,5 Litern in fünf Minuten in eine Fläche von 0,5 m² indirekt bestimmt durch den Nachlauf einer Flüssigkeitsmenge aus einem Reservoir 4, das hierzu mit einer geeigneten Vorrichtung für das Ablesen dieser nachgelaufenen Flüssigkeitsmenge versehen ist.

Ist diese Vorrichtung beispielsweise ein elektrisch arbeitender Geber, kann dieser unmittelbar an einen Computer, beispielsweise einem Laptop, angeschlossen werden, so daß unmittelbar der Infiltrationswert in einen Durchlässigkeitsbeiwert k_f umgerechnet und tabelliert werden kann.

Das Reservoir 4 steht auf einer Plattform 5 eines Dreibeins 6 aufgeständert über einer Bodenfläche 8 und ist mit einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einer Libelle oder dergleichen, versehen, so daß das Reservoir 4 exakt vertikal ausgerichtet werden kann für die Bestimmung der nachgelaufenen Flüssigkeitsmenge.

Das Reservoir 4 ist offen bezüglich des umgebenden Luftdrucks angeordnet, was einen Deckel für das Verschließen des Reservoirs mit der Nachlaufflüssigkeit 7 naturgemäß nicht ausschließt.

Durch die Anordnung des Reservoirs 4 auf einem Dreibein 6 über der Bodenfläche 8 ist auch für das eingangs erläuterte Oberflächeninfiltrierverfahren sichergestellt, daß der automatisierte Nachlauf für die Ergänzung eines Flüssigkeitsvorrates allein aufgrund der Schwerkraft erfolgen kann.

Da das erfindungsgemäße Verfahren einen ventilgesteuerten Nachlauf aufweist, wobei das Ventil den Nachlauf auch gleichsam abschaltend regelt, ist die Höhe des Reservoirs über der Versickerungsstelle unkritisch und kann eine Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit innerhalb des Reservoirs auch einen Flüssigkeitsnachlauf sicherstellen, wenn die Versickerungsstelle oberhalb des Reservoirs angeordnet ist. Unabhängig von solch einer Druckbeaufschlagung wird der Pegel des zur Versickerung zu bringenden Flüssigkeitsvorrates konstant gehalten.

Der Nachlauf erfolgt über eine Leitung, bspw. einen Schlauch 9 hin zu dem zur Versickerung zu bringenden Flüssigkeitsvorrat 10. Dessen Pegel h soll für die Dauer des Meßverfahrens möglichst konstant gehalten werden, so daß sich eine Versickerungsblase 11 ausbilden wird.

Erfindungsgemäß ist hier ein geregelter Nachlauf aus dem Reservoir 7 vorgesehen, der in Abhängigkeit des Pegels h des Flüssigkeitsvorrates 10 durch ein Ventil 12 gesteuert erfolgt, welches Ventil 12 flüssigkeitsvorratsseitig, an dem freien Ende des Schlauchs 12 als Leitung, angeordnet ist.

Das Ventil 12 sowie ein Geber, der den Pegel h des Flüssigkeitsvorrates 10 erfaßt, können in einem Korb 13 oder dergleichen zum Schutz vor einer mechanischen Beschädigung bzw. Funktionsbeeinträchtigung noch eingebracht sein, der gleichzeitig als Träger und Halter für Ventil 12 und Geber ausgebildet sein kann.

Anhand der Fig. 2 wird ein Ausführungsbeispiel eines gebergesteuerten Ventils 12 noch näher erläutert.

Das in bzw. an einem Korb 13 einem geschlitzten oder gelochten Rohrabschnitt oder dergleichen Träger angeordnete Ventil 12 weist einen Stutzen 14 für den Anschluß des Schlauchs 9 in an sich bekannter Art auf. Auch das Ventil 12 und Schlauch 13 weisen selbst keine Besonderheiten auf.

Das Ventil 12 wird durch einen Schwimmer 15 in Kugelform als Geber unmittelbar mechanisch gestellt. Bekannte, das Ventil 12 unmittelbar stellende Schwimmerschalter sind gleichfalls möglich. Infolge sind gesonderte Leitungen für das Stellen des Ventils 12 unnötig.

Der in der Höhe des Pegels h sich regelmäßig befindliche Schwimmer 15 ist durch geeignete Führungen 16, 17 im wesentlichen ausschließlich vertikal beweglich. Sinkt der Pegel h unter das durch die Positionierung des Ventils 12 mit dem Geber 15 vorgegebene Maß, wie in Fig. 2 dargestellt, so wird das Ventil 12 geöffnet und wird über einen Auslaß 18 der Pegel h wieder angehoben, d. h. der Flüssigkeitsvorrat 10 ergänzt. Durch diese Maßnahme wird der Schwimmer 15 aufwärts­ steigen und auf den keilförmigen, um eine Achse 19 verschwenkbaren Nocken 20 auftreffen. Mit weiterem Aufsteigen des Schwimmers 15 wird in unterschiedlichem Maß ein Schieber 21 des Ventils 12 betätigt.

Ist insbesondere ein Ventil 12 vorgesehen, bei dem die Durchlaufmenge einstellbar ist, bspw. durch die Stellung eines Schiebers 21, wird die Menge der nachlaufenden Flüssigkeit geregelt dem Flüssigkeitsvorrat 10 zugeführt werden. So wird bei weit herausstehendem Schieber 21 hier die Flüssigkeitsmenge am größten sein, beispielsweise 10 Liter pro Minute, naturgemäß auch abhängig von der Höhe des Reservoirs 7 über dem Flüssigkeitsvorrat. Ist der Schieber 21 weit eingebracht, nahezu geschlossen, so wird der Volumenstrom der Nachlaufmenge gegen 0 gehen.

Infolge dieser Maßnahme ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben, bei dem in einfachster Weise zunächst der Flüssigkeitsvorrat 10 beispielsweise in einem Bohrloch 2 eingebracht werden kann, in dem lediglich das Ventil 12 mit Geber 15 exakt positioniert wird. Relativ schnell wird sich dann aus dem Reservoir 4 oder geeigneter anderer Quelle gespeist, der Flüssigkeitsvorrat 10 mit exakt vorgegebenen Pegel h einstellen. Mit abnehmendem Pegel h aufgrund von Versickerung wird das Ventil 12 geöffnet und der Nachlauf in Abhängigkeit des Pegels h automatisch auf dessen vorgegebene Höhe nachgeregelt.

Claims (11)

1. Infiltrierverfahren für die Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit eines Bodens (1),
bei dem ein unter Luftdruck stehender Flüssigkeitsvorrat (10) zur Versickerung gebracht wird,
bei dem die pro Zeiteinheit versickernde Flüssigkeitsmenge bestimmt wird und
bei dem der Flüssigkeitsvorrat (10) durch einen geregelten Nachlauf aus einem Reservoir (4) auf einem konstanten Pegel (h) gehalten wird,
wobei die Regelung automatisiert in Abhängigkeit des Pegels (h) des Flüssigkeitsvorrats (10) ventilgesteuert erfolgt.

2. Infiltrierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir (4) offen und über dem Flüssigkeitsvorrat (10) befindlich angeordnet ist.

3. Infiltrierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir (4) geschlossen und druckbeaufschlagt angeordnet ist.

4. Infiltrierverfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir (4) mit einer Vorrichtung für das Ablesen der nachgelaufenen Flüssigkeitsmenge versehen ist.

5. Infiltrierverfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir (4) aufgeständert über einer Bodenfläche (8) angeordnet ist.

6. Infiltrierverfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reservoir (4) und dem Flüssigkeitsvorrat (10) eine Leitung (9) vorgesehen ist, die flüssigkeitsvorratsseitig ein Ventil (12) aufweist.

7. Infiltrierverfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelung des Ventils (12) ein den Pegel (h) des Flüssigkeitsvorrates (10) erfassender Geber (15) vorgesehen ist.

8. Infiltrierverfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (15) einen Schwimmer aufweist.

9. Infiltrierverfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwimmer (15) unmittelbar das Ventil (12) mechanisch stellt.

10. Infiltrierverfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachlaufmenge regelbar ist.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Infiltrierverfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, aufweisend ein offenes Reservoir (4) mit einer Meßvorrichtung für das Erfassen einer abgegebenen Flüssigkeitsmenge und eine Leitung (9), die an ihrem freien Ende ein Ventil (12) aufweist, gesteuert von einem Geber (15), für einen von einem Pegel (h) eines zur Versickerung anstehenden Flüssigkeitsvorrates (10) bestimmten Flüssigkeitsnachlauf.