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Zusammenfassung Band 6

Hennig, A. (1992): Vergleich verschiedener Methoden zur Berechnung und Simulation des Bodenwasserhaushaltes - dargestellt am Beispiel von Auenböden bei Hennef / Sieg.

 

Hauptsächliches Anliegen vorliegender Arbeit war der Vergleich verschiedener auf Saugspannungsmessungen des Bodenwassers beruhender Methoden zur Ermittlung des Bodenwasserhaushaltes. Dabei erfolgten Berechnungen des Wasserhaushaltes uber Wassergehaltsänderungen ober- und unterhalb einer horizontalen Wasserscheide, über die Flüssemethode sowie über Verdunstungsformeln und die Bodenwasserhaushaltsbilanz. Zusätzlich wurden ein explizites bodenphysikalisches Simulationsmodell auf Grundlage der RICHARDS-Gleichung und ein Speicherkaskadenmodell unter Verwendung wahlweise linearer oder nichtlinearer Speicherkaskaden entwickelt und angewendet.

Wahrend eine Berechnung des Bodenwasserhaushaltes über die Flüssemethode wegen deren Empfindlichkeit gegenüber Fehleinschätzungen der ungesättigten Wasserleitfähigkeit und des hydraulischen Gradienten sehr unzuverlässig ist, treten bei der Berechnung aus Wassergehaltsänderungen ober- und unterhalb der horizontalen Wasserscheide nur einzelne Perioden geringer Zuverlässigkeit auf, nämlich dann, wenn entweder die horizontale Wasserscheide an der Untergrenze des betrachteten Profils verweilt oder wenn tiefreichende Durchwurzelung Wassergehaltsänderungen unterhalb der Wasserscheide nicht mehr ausschließlich durch Vasickerung erklären läßt. Beide Effekte führen zu einer systematischen Überschätzung der Grundwasserneubildung.

Die Berechnung des Bodenwasserhaushaltes über deterministische Verdunstungsformeln und die Bodenwasserhaushaltsbilanz erwies sich als zuverlässigste der drei standortspezifischen Methoden, vor allem dann, wenn die Perioden hoher Zuverlässigkeit des Wasserscheidenverfahrens zur Parameterfestlegung verwendet werden. So wurden hier Verfahren zur Bestimmung des Bulk-Stomata-Widerstandes bei Verwendung der Formel nach MONTEITH (1965) und zur Festlegung der Reduktionsfunktion von potentieller auf aktuelle Evapotranspiration entwickelt. Während der lineare Speicheransatz verworfen wurde, da er eine Aufteilung der verwendeten Entleerungsfunktion in mehrere Äste unterschiedlicher Steigung erforderlich machte, ließ sich sowohl mit dem bodenphysikalischen Simulationsmodell als auch mit dem nichtlinearen Speicherkaskadenmodell der gemessene Wassergehaltsverlauf gut abbilden. Das nichtlineare Speicherkaskadenmodell wurde auch durch gemessene Zeit-Tiefenfunktionen wasserlöslicher Stoffe bestätigt. Die Simulation kleinskaliger Prozesse bleibt bodenphysikalischen Modellen vorbehalten. Die bei deren Anwendung auflretenden Probleme, vor allem der zu betreibende Meßaufwand und die häufige Unzuverlässigkeit der pF-Kurven und ku-Funktionen lassen Speicherkaskadenmodelle aber als geeignete Alternative für die Praxis erscheinen, vor allem, weil - wie gezeigt wurde - die erforderlichen Parameter einer relativ leicht zu gewinnenden "Entleerungscharakteristik" entnommen werden können. Das Speicherkaskadenmodell wurde an Daten einer Reihe sehr unterschiedlicher Standorte überprüft und ließ in allen Fällen eine zufriedenstellende Beschreibung gemessener Wasser- bzw. Äquivalentwassergehalte zu.

Die Untersuchungen erfolgten auf sandig-schluffigen bis schluffig-sandigen Auenböden unterschiedlicher Gründigkeit. Der dreijährige Untersuchungszeitraum war von mehreren Witterungsanomalien geprägt. Insgesamt lag der gemessene Niederschlag mit 720 mm/a ca. 10 % unter dem langjährigen Mittel. Die horizontale Wasserscheide zeigte jeweils im Frühjahr ein sehr rasches Herabwandern bis zur Untergrenze des Hochflutsedimentes, z.T. bis 190 cm Tiefe. Die Auflösung der horizontalen Wasserscheide erfolgte erst zu Beginn des hydrologischen Winterhalbjahres, wohingegen die "winterliche" Auffüllung des Bodens bereits deutlich früher einsetzte. Die effektive Grundwasserneubildung betrug auf einem sandig-schluffigen Auenboden im dreijährigen Untersuchungszeitraum ca. 220 mm/a bzw. 30 % des Niederschlages. Darin enthalten ist ein geringer kapillarer Aufstieg in der Größenordnung von 25 mm/a.

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