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Zuigspanning

Wasser in der Wurzelzone des Bodens
Legende:
S: nicht kolloidal Partikel
A: Kolloidmineralien
H: Kolloid, organisches Partikel
ICH: Adsorptionswasser
C: Kapillarwasser
m: Makroporen

Saugspannungskurve von Sand (ss), Schlick (Äh), schluffig Lehm (Lu) und Lehm (Tt). Beziehung zwischen Wassergehalt ausgedrückt in cm³pro cm³ Boden- und Bodenwasserpotenzial in hPa

Das Saugspannung oder Wasserspannung gibt das Energieverhältnis im Wasser des Poren in dem Unterseite Wetter. Es besteht ein funktioneller Zusammenhang zwischen dem Saugdruck (Druck des Wassers in den Poren) und der Wassermenge in den Poren (Sättigungsgrad des Bodens). Der Zusammenhang zwischen Saugdruck und Bodenfeuchte ist charakteristisch für die Porengrößenverteilung und auch für die Wasseraufnahmefähigkeit des Bodens.

Am Sättigungspunkt ist der Boden vollständig mit Wasser gesättigt, die Saugspannung beträgt 0 hPa und bei der welke Punkt der Saugdruck beträgt 15000 hPa. Zwischen diesen Werten kann die Pflanze Wasser aufnehmen. Übersteigt der Saugdruck 800 hPa, dann bieten sich hierfür Möglichkeiten geregnet.

Die Saugspannung ist eine mechanische Spannung im Wasser der Poren und ist das Ergebnis der Kapillarität des Bodenstruktur und der Oberflächenspannung des Kampf Flüssigkeiten. Mikroskopisch kann die Saugspannung als a Diskontinuität des Phasendrücke auf die Phasengrenzflächen zwischen der feuchten und der nichtfeuchten Phase zurückgeführt werden. Der Kopf in einem nicht bewässerten Boden stammt aus dem Grundwasser je höher, desto feiner sind die miteinander verbundenen Poren. Dies ist auf den kapillaren Anstieg zurückzuführen, der gegen den Schwere wirksam werden.

Zum Hagen-Poiseuilles Gesetz eine laminare Strömung durch ein Rohr nimmt um die vierte Potenz des Rohrdurchmessers ab. Dadurch sinkt mit steigendem Saugdruck im Boden nicht nur der Wassergehalt, sondern auch der Wasserdurchsatz.

Zur Beschreibung der Wasserbewegung im Boden wird sie als Maß für die Energieverhältnisse des Porenwassers verwendet Wasserpotential, die Summe aus Gravitationspotential und tensiometrischem Druckpotential (siehe Darcys Gesetz), benutzt. Dient als Bezugspunkt im Bodenmechanik oft die Grundwasserspiegel. Konventionell sind die Porenwasserdrücke unterhalb des Grundwasserspiegels positiv und darüber mit umgekehrtem Vorzeichen (negativ) als Sogspannungen dargestellt.

Potenzialkonzept

pF-Kurve von Ton

pF-Kurve von Sand

Potenziale werden in einer Energiedimension ausgedrückt. Zur Charakterisierung der Energiezustände werden die Potentiale oft auf ein bestimmtes Volumen, Masse oder Gewicht bezogen. Bei der Kopf und der Bodenmechanik sie sind fast immer nach Gewicht normiert, so dass sie in der Potentialformel das Längenmaß (Meter Wassersäule) haben. Der Saugdruck eines Meters lässt sich grafisch darstellen als Belastung, die eine meterhohe Wassersäule auf eine Oberfläche ausübt Membran trainieren würde. Mit dem Matrixpotential (Saugspannung) wird die vorhandene Energie ausgedrückt, die das Wasser gegen die Schwerkraft in der Bodenmatrix hält. Das Matrixpotential wird in der Bodenkunde mit dem pF-Wert als die Logarithmus mit Basis 10 des Saugdrucks ausgedrückt in cm Wassersäule (vergleichbar mit dem pH-Wert). Ein Saugdruck von -100 hPa entspricht dem Druck eines 100 cm (10² cm) hohe Wassersäule, also ein pF von 2,0.

Saug- oder Wasserdruckkurve

Zwischen Saugdruck und Wassermenge, ausgedrückt als volumetrische oder gravimetrisch Wassergehalt gibt es eine charakteristische Beziehung im Boden. Das Bild der Saugspannungskurve zeigt den Funktionsverlauf des Matrixpotentials für Sand, Schluff, schluffigen Lehm und Ton. Aus dem Kurvenverlauf lässt sich sowohl die Porengrößenverteilung eines Bodens als auch die der Pflanze zur Verfügung stehende Wassermenge für jeden Wassergehalt des Bodens ableiten. Die Saugspannungskurve, die die Porengrößenverteilung charakterisiert, gilt auch für die Wasserdurchlässigkeit normativ. Aus dem Zusammenhang zwischen dem unteren Saugdruck und dem Bodenfeuchtigkeit, um die Abnahme der Wasserdurchlässigkeit abzuleiten, wenn der Sättigungsgrad abnimmt.

Das van Genuchten-Modell

Das van Genuchten-Modell:^[1]

{displaystyle heta (psi)=heta _{r} {frac { heta _{s}-heta _{r}}{links[1 (alpha |psi |)^{n}nacht]^{1-1/n }}}}

bei welchem

{Displaystil-Heta (psi)}

ist die Saugspannungskurve³l⁻³];

{Anzeigestil |psi |}

ist Sog ([L⁻¹] oder cm Wassersäule);

{displaystyle heta_{s}}

gesättigter Wassergehalt [L³l⁻³];

{displaystyle heta_{r}}

Restwassergehalt [L³l⁻³];

{displaystyle alpha }

hängt mit dem Kehrwert des Ansaugluftsogs zusammen,

{Anzeigestil Alpha >0}

([L⁻¹] oder cm⁻¹); und

{displaystyle n}

ist das Maß für die Porengrößenverteilung,

{Anzeigestil n>1}

(dimensionslos).

Darauf aufbauend wurde ein Vorhersagemodell für die Form der ungesättigten Wasserverdrängung - Sättigung - Druckbeziehung entwickelt.^[2].

Hysterese

Zwischen der Entwässerung (Desorption) eines gesättigten Bodens und der Bewässerung eines trockenen Bodens gibt es einen Unterschied im Verlauf der Saugdruckkurve, der typisch ist Hysterese Show. Je nach Vorgeschichte der Be- oder Entwässerung gibt es bei gleichem Wassergehalt unterschiedliche Energieniveaus (Matrixpotentiale). Die Gründe dafür sind komplex und nicht einfach zu erklären. Einer der Gründe ist, dass beim Entwässern das Wasser zuerst aus den großen Poren verschwindet und bei langsamer Bewässerung aufgrund von Kapillareffekten zuerst die feinen Poren mit Wasser gefüllt werden. Auch die eingeschlossene Luft hat in beiden Fällen ein anderes Verhältnis.

Messwerte und Messgerät

Der untere Saugdruck wird in mm . ausgedrückt Wassersäule oder mm Quecksilbersäule oder als Unterdruck hPa angegeben. Als Messgeräte, Manometer, Tensiometer, verwendet bestehend aus wassergefüllten durchlässigen Keramikdie mit dem Grundwasser in Kontakt stehen.

Konvertierungsbeispiele

Bei der hydrostatisches Gleichgewicht ein Grundwasserspiegel von z. B. 60 cm unter dem ebenerdig entspricht einer Saugspannung von -60hPa oder einem pF-Wert von 1,8 (Sand) - 2,5 (Ton), der Feldkapazität. Es welke Punkt von 4,2 pF entspricht einer Saugspannung von -1,5MPa (-15000 hPa).

Siehe auch

Fußnoten

↑van Genuchten, M.Th., Eine geschlossene Gleichung zur Vorhersage der hydraulischen Leitfähigkeit ungesättigter Böden, Soil Science Society of America Journal, 1980, 44, 5, 892-898, doi=10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x pdf
↑Mualem, Y., Ein neues Modell zur Vorhersage der hydraulischen Leitfähigkeit ungesättigter poröser Medien, Water Resources Research, 1976, 12, 3, 513–522, doi=10.1029/WR012i003p00513

Quellen

F. Scheffer, P. Schachtschabel (2002): Lehrbuch der Bodenkunde, S.151 - 185, Spektrum Akademischer Verlag. 15. Auflage, ISBN 3-827-41324-9
Karl Heinrich Hartge: Einführung in die Bodenphysik, S. 132-140, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-89681-6

Web-Links

(und) UNSODA-Modell
(und) SWRC-Fit

[1] van Genuchten, M.Th., Eine geschlossene Gleichung zur Vorhersage der hydraulischen Leitfähigkeit ungesättigter Böden, Soil Science Society of America Journal, 1980, 44, 5, 892-898, doi=10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x pdf

[2] Mualem, Y., Ein neues Modell zur Vorhersage der hydraulischen Leitfähigkeit ungesättigter poröser Medien, Water Resources Research, 1976, 12, 3, 513–522, doi=10.1029/WR012i003p00513

[1]

[2]

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