DE4311032A1 - Doppelringtensionsinfiltrometer - Google Patents

Doppelringtensionsinfiltrometer

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DE4311032A1 DE19934311032 DE4311032A DE4311032A1 DE 4311032 A1 DE4311032 A1 DE 4311032A1 DE 19934311032 DE19934311032 DE 19934311032 DE 4311032 A DE4311032 A DE 4311032A DE 4311032 A1 DE4311032 A1 DE 4311032A1
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
    • G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
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Description

Stand der Technik
Die hydrraulische Leitfähigkeit von Böden im gesättigten und anschließenden ungesättigten Bereich des Bodenwassers wird vorzugsweise in Feldversuchen ermittelt, da hierbei das besonders wirksame Grobporensystem weitgehend ungestört bleibt.
Die Infiltrationsmethode wurde dabei für den gesättigten Bereich des Bodenwassers zu einem Standardverfahren entwickelt (Doppelzylinderinfiltrometer nach DIN 19 682).
Für den anschließenden ungesättigten Bereich werden in zunehmenden Maße Tensionsinfiltrometer angewandt (Ankeny, M. D.; Kaspar, T. C.; Horton, R., Design for an automated tension infiltrometer. Soil Sci. Soc. Am J. 52: 893-896 (1988)). Die Berechnung der hydraulischen Kennwerte des Bodens aus den im Versuch ermittelten Infiltrationsraten setzt bei diesen Geräten die Kenntnis der Fließverhältnisse im untersuchten Bodenvolumen voraus.
Diese Fließverhältnisse werden durch die im Experiment räumlich begrenzten Infiltrationsflächen bestimmt und kompliziert gestaltet, da einem vertikalen Infiltrationsfluß im Gravitationsfeld der Einfluß des Matrixpotentials überlagert ist, das bei diesen Randbedingungen eine horizontale Komponente der Fließbewegung bewirkt.
Beim Doppelzylinderinfiltrometer für den gesättigten Bereich wird die Infiltrationsfläche durch einen inneren und einen äußeren Zylinder in zwei Bereiche unterteilt, wobei der äußere Bereich den Einfluß der Randbedingungen vom inneren Bereich abschirmt.
Für Tensionsinfiltrometer ist eine konstruktive Lösung für eine derartige Abschirmung bisher nicht bekannt. Für die bisher gebräuchlichen experimentellen Anordnungen wird daher über geeignete mathematische Ansätze eine Beziehung zwischen der hydraulischen Leitfähigkeit des untersuchten Bodens und dem gesamten Infiltrationsfluß abgeleitet und der Berechnung zugrunde gelegt (Wooding, R. A., Steady Infiltration from a shallow circular pond. Water Resour. Res. 4: 1259-1273 (1968). Diese mathematischen Ansätze enthalten Annahmen und Näherungen die nicht universell für alle Bodenarten gelten.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist ein Tensionsinfiltrometer, bei dem durch eine geeignete experimentelle Anordnung der Infiltrationsfluß in einen Bodenbereich allein unter dem Einfluß eines vertikalen Gradienten ermittelt werden kann. Für eine solche Anordnung kann ein direkter Zusammenhang zwischen dem stationären Infiltrationsfluß und der hydraulischen Leitfähigkeit angegeben werden, der auch unabhängig ist von den hydraulischen Parametern der untersuchten Bodenart.
Lösung
Die Zielstellung der Erfindung wird dadurch erreicht, daß die üblicherweise kreisförmige Infiltrationsfläche eines Tensionsinfiltrometers in einen kreisförmigen zentralen Bereich und einen konzentrischen Außenbereich unterteilt wird, wobei die Infiltrationsflüsse für beide Bereiche getrennt ermittelt werden und die in beiden Bereichen wirkenden Tensionen gekoppelt und auf einem einheitlichen Wert gehalten werden. Die Flußrate im zentralen Bereich der Infiltrationsfläche wird bei dieser Anordnung allein durch einen nahezu vertikal gerichteten Potentialgradienten bestimmt. Der konzentrische Randbereich liefert eine Flußrate, die zusätzlich durch Horizontalkomponenten des Potentialgradienten in diesem Randbereich bestimmt wird und damit einen zusätzlichen hydraulischen Parameter für den untersuchten Boden liefert.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Eine Infiltrationsvorrichtung 1 mit kreisförmiger Infiltrationsfläche ist durch eine zylinderförmige Trennwand 8 in zwei Kammern unterteilt, wobei die äußere Kammer 2 eine innere Kammer 3 konzentrisch umschließt. Diese Kammern werden jeweils aus einem separaten Infiltrationsgefäß 5 und 6 gespeist. Die hydraulische Druckhöhe (Tension) in beiden Infiltrationsgefäßen wird aus einem Mariotteschen Gefäß 7 gesteuert und damit auf einem einheitlichen Wert gehalten. Die gemeinsame Tension kann durch die Eintauchtiefe des Belüftungsröhrchens in dem Mariotteschen Gefäß gewählt werden. Die an der Infiltrationsfläche wirksame Tension in der jeweiligen Kammer wird durch eine Druckmeßeinrichtung nach Patent P 42 42 388.0 ermittelt, bei der die teilweise mit Wasser gefüllten Zusatzvolumina über ein gemeinsames Luftvolumen an ein U-Rohrmanometer angeschlossen sind.

Claims (3)

1. Doppelringtensionsinfiltrometer zur Bestimmung der ungesättigten hydraulischen Leitfähigkeit von Böden, mit einem Mariotteschen Wasserzuführungssystem und einer damit verbundenen Infiltrationsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Infiltrationsvorrichtung (1) in mindestens zwei getrennte, vollständige Infiltrationskammern unterteilt ist, wobei die äußere Kammer (2) eine innere Kammer (3) konzentrisch umschließt.
2. Doppelringtensionsinfiltrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mariottesches Wasserzuführungssystem (4) mindestens zwei Infiltrationsgefäße (5) und (6) enthält, aus denen jeweils eine Kammer der Infiltrationsvorrichtung gespeist wird.
3. Doppelringtensionsinfiltrometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Infiltrationsgefäße (5), (6) aus einem Mariotteschen Gefäß (7) auf gleichen Unterdruck gesteuert werden.
DE19934311032 1993-03-30 1993-03-30 Doppelringtensionsinfiltrometer Withdrawn DE4311032A1 (de)

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