DIN 19687-2011 Soil quality - Percolation rate of water from the soil《土壤质量 土壤中水的渗透率》.pdf

1、August 2011DEUTSCHE NORM Normenausschuss Wasserwesen (NAW) im DINPreisgruppe 9DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 13.080.40!$rg“1799668www.din.deDDIN 19687Boden

2、beschaffenheit Berechnung der Sickerwasserrate aus dem BodenSoil quality Percolation rate of water from the soilQualit du sol Calcul du taux de leau de percolation du solAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 19687:1998-05www.beuth.deGesamtumfang 13 SeitenDIN 1968

3、7:2011-08 Inhalt Seite Vorwort . 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Normative Verweisungen. 5 3 Begriffe 5 4 Durchfhrung 6 4.1 Allgemeines. 6 4.2 Ermittlung der nutzbaren Feldkapazitt im effektiven Wurzelraum 6 4.3 Ermittlung des Betrags des mittleren kapillaren Aufstiegs . 6 4.3.1 Ermittlung de

4、r mittleren tglichen kapillaren Aufstiegsrate 6 4.3.2 Ermittlung der mittleren Dauer des kapillaren Aufstiegs in der Vegetationsperiode 6 4.3.3 Berechnung des Betrags des mittleren kapillaren Aufstiegs in der Vegetationsperiode. 7 4.3.4 Begrenzung des Betrags des mittleren kapillaren Aufstiegs in de

5、r Vegetationsperiode auf einen Maximalwert . 8 4.4 Berechnung der pflanzenverfgbaren Wassermenge 8 4.5 Ermittlung korrigierter Niederschlagshhen . 9 4.6 Abtrennung des auf Oberflchenabfluss entfallenden Niederschlagsanteils . 9 4.7 Ermittlung potentieller Verdunstungshhen als Gras-Referenzverdunstun

6、g . 9 4.8 Berechnung der Sickerwasserrate aus dem Boden 10 5 Berechnungsbeispiel . 11 6 Prfbericht. 12 Literaturhinweise . 13 Tabellen Tabelle 1 Regressionsgleichungen zur Abschtzung der mittleren Dauer des kapillaren Aufstiegs in Abhngigkeit von der mittleren kapillaren Aufstiegsrate und der nutzba

7、ren Feldkapazitt des effektiven Wurzelraums . 7 2 DIN 19687:2011-08 Vorwort Diese Norm wurde im Unterausschuss NA 119-01-02-03 UA Standortbeurteilung“ im Normenausschuss Wasserwesen (NAW) erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knne

8、n. Das DIN ist nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 19687:1998-05 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Abschnitte Einleitung“ und Anwendungsbereich“ berarbeitet; b) Regressionsgleichung zur Abschtzung der mittleren Dau

9、er des kapillaren Aufstiegs neu als Tabelle 1 aufgenommen; c) Abschnitte 4.5, 4.6 und 4.7 neu aufgenommen; d) neue Regressionsgleichungen zur Berechnung der Sickerwasserrate aus dem Boden in 4.8. Anlsse zur Neuentwicklung waren: Anpassung der Regressionsgleichungen an die neue, bundesweit vorliegend

10、e Korrektur der Niederschlagshhe (4.5); Anpassung der Regressionsgleichungen an die neue, bundesweit einheitliche Verdunstungs-berechnung (FAO-Gras-Referenzverdunstung) anstelle der bisher in Deutschland blichen HAUDE-Verdunstung (4.7); Anwendbarkeit der Regressionsgleichungen in allen Klimaregionen

11、 der Bundesrepublik Deutschland. Frhere Ausgaben DIN 19687: 1998-05 3 DIN 19687:2011-08 Einleitung Diese Norm beschreibt ein empirisches Verfahren zur Ermittlung der Sickerwasserrate aus dem Boden. In vereinfachender Betrachtung ergibt sich die Sickerwasserrate aus dem Boden aus der Differenz von Ni

12、ederschlag minus Verdunstung und Oberflchenabfluss. Die Sickerwasserrate ist das Resultat der Abfluss-bildungsprozesse in der ungesttigten Bodenzone, die von der Charakteristik des Niederschlagsgeschehens, dem atmosphrischen Verdunstungsanspruch, der Ausbildung der Vegetation, der Oberflchenmorpholo

13、gie sowie den physikalischen Eigenschaften des Bodens abhngig sind. Die Wasserbewegung in der ungesttigten Bodenzone wird durch Infiltration aus Niederschlag und Beregnung, Evaporation von der Bodenoberflche, Wasseraufnahme durch Pflanzenwurzeln bzw. Trans-piration des Pflanzenbestandes und kapillar

14、en Aufstieg aus dem Grundwasser beeinflusst. Das resultierende Sickerwasser verlsst den Boden als Zwischenabfluss und/oder fllt durch Grundwasserneubildung aus Sickerwasser den Grundwasserspeicher auf. Die Sickerwasserrate aus dem Boden ist daher eine wesentliche Prozessgre des Landschaftswasserhaus

15、halts. Neben der quantitativen Bedeutung fr die Trinkwasser-versorgung aus dem Grundwasser, bestimmt das Sickerwasser in entscheidender Weise auch den Ablauf bodenbildender Prozesse und die Verlagerung und Auswaschung von Nhr- und Schadstoffen. Zur Bestimmung der standortspezifischen Evapotranspirat

16、ion und Sickerwasserrate gelangen in der Praxis unterschiedliche Verfahren zur Anwendung, die von der direkten Messung der Zielgre mittels Lysimetern ber bodenhydrologische Gelndemessungen zur Berechnung der Bodenwasserflsse bis hin zur Simulation des Bodenwasserhaushalts mit numerischen Modellen re

17、ichen. Allen diesen Anstzen ist gemeinsam, dass sie aufgrund ihres hohen Aufwandes bei der Direktmessung oder Parameterermittlung im Gelnde oder Labor fr flchenhafte Anwendungen ausscheiden. Eine Alternative bieten empirische Verfahren in Form von Nomogrammen oder Regressionsgleichungen, die die Zie

18、lgre nherungsweise aus einfach zu erhebenden Boden- und Klimainformationen nutzungsspezifisch abzuschtzen erlauben. Die Entwicklung des in der vorliegenden Norm beschriebenen Verfahrens vollzog sich in zwei Schritten: in einem ersten Schritt wurden fr typische Klimarume, Bden, Grundwasserbedingungen

19、 und Landnutzungen der Bundesrepublik Deutschland Sickerwasserberechnungen mit einem funktionalen Simulationsmodell des Bodenwasser-haushalts durchgefhrt, in einem zweiten Schritt wurden die Modellergebnisse mittels multipler Regressionsanalyse ausgewertet und zur Ableitung von Gleichungen genutzt,

20、die die Zielgre als Funktion weniger unabhngiger Variablen zu bestimmen erlauben 1, 2, 3, 4. Das im Abschnitt 4 dokumentierte Verfahren berechnet die Sickerwasserrate mit Hilfe eines Satzes von Regressionsgleichungen, die als Inputdaten ausschlielich bodenkundliche und klimatologische Gren verwenden

21、, die einfach zu bestimmen sind bzw. routinemig vorgehalten werden, so dass eine breite Anwendung in der Praxis gewhrleistet ist. Informationen ber Eigenschaften wie Bodenart, Trockenrohdichte oder Humusgehalt flchenreprsentativer Bodenprofile knnen aus vorliegenden Bodenkarten gewonnen werden. Aus

22、diesen Basisdaten knnen unter Verwendung von DIN 4220 Kennwerte der Wasserbindung wie die nutzbare Feldkapazitt abgeleitet werden. Die weiterhin bentigten Klimadaten sind flchendeckend z. B. im 1-km-Raster vom Deutschen Wetterdienst verfgbar oder nherungsweise dem Hydrologischen Atlas von Deutschlan

23、d 1 zu entnehmen. Die fr diesen Ansatz neu entwickelten Gleichungen sind ausschlielich fr mehrjhrige Berechnungs-zeitrume konzipiert und setzen auf Seiten der klimatischen Eingangsdaten Niederschlag und potentielle Evapotranspiration ebenfalls langfristige Mittelwerte voraus. 4 DIN 19687:2011-08 1 A

24、nwendungsbereich Das in der vorliegenden Norm beschriebene Verfahren ist auf alle klimatischen1)und bodenkundlichen Standortbedingungen der Bundesrepublik Deutschland anwendbar. Die Gltigkeit seiner Ergebnisse wurde an unabhngigen Messdaten von Gebietsabflssen reprsentativer Einzugsgebiete berprft 1

25、, 2, 3, 5. Es erlaubt daher bundesweit eine Einschtzung der Sickerwasserrate aus dem Boden im langjhrigen Mittel. Dennoch sind methodische Anstze, die auf detaillierten, standortspezifischen Messergebnissen basieren, im Fall ihrer Durchfhrbarkeit aufgrund ihrer hheren Genauigkeit zu bevorzugen. Dies

26、e Norm gilt fr die flchenbezogene Auswertung gro- bis kleinmastbiger Bodenkarten gleichermaen wie fr die punktbezogene Ermittlung der Sickerwasserrate aus bodenkundlichen Standortaufnahmen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich

27、. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 4047-3, Landwirtschaftlicher Wasserbau Begriffe Teil 3: Bodenkunde, Bodensystematik und Boden-untersuchung

28、 DIN 4049-3, Hydrologie Teil 3: Begriffe zur quantitativen Hydrologie DIN 4220:2008-11, Bodenkundliche Standortbeurteilung Kennzeichnung, Klassifizierung und Ableitung von Bodenkennwerten (normative und nominale Skalierungen) DIN ISO 11074, Bodenbeschaffenheit Wrterbuch 3 Begriffe Fr die Anwendung d

29、ieses Dokuments gelten die Begriffe nach DIN 4047-3, DIN 4049-3 und DIN ISO 11074 und die folgenden Begriffe. 3.1 Betrag des mittleren kapillaren Aufstiegs Wassermenge je Zeiteinheit, die aus dem Grundwasser durch Kapillarkrfte entgegen der Schwerkraft in den Wurzelraum nachgeliefert wird ANMERKUNG

30、Der Betrag des mittleren kapillaren Aufstiegs ist die Gesamtmenge des kapillaren Aufstiegs im langjhrigen Mittel in mm. Sie errechnet sich als Produkt aus der mittleren tglichen kapillaren Aufstiegsrate aus dem Grundwasser in mm/d und der durchschnittlichen Dauer des kapillaren Aufstiegs whrend der

31、Vegetationsperiode in Tagen. 3.2 korrigierter Niederschlag tatschlich gefallene Niederschlagshhe, die sich aus der mit dem HELLMANN-Niederschlagsmesser registrierten Niederschlagshhe durch Korrektur systematischer Messfehler errechnet 3.3 potentielle Evapotranspiration Verdunstungshhe eines einheitl

32、ichen, niedrigen Pflanzenbestandes bei den gegebenen meteorologischen Bedingungen und unbegrenzt verfgbarem Wasser 1)Das Verfahren in dieser Norm lst das in der DIN 19687:1998 dokumentierte Verfahren ab, das in seinem Gltigkeitsbereich auf Jahreswerte des Niederschlags von hchstens 1 000 mm und der

33、potentiellen Evapotranspiration von 300 mm bis 700 mm beschrnkt war.5 DIN 19687:2011-08 3.4 FAO-Gras-Referenzverdunstung International einheitlicher Standard zur Berechnung der potentiellen Evapotranspiration auf der Basis eines bestimmten physikalischen Modells 4 Durchfhrung 4.1 Allgemeines Das fol

34、gende Verfahren schtzt die jhrliche Sickerwasserrate aus dem Boden ber einen Satz nutzungsabhngiger Regressionsgleichungen, die Niederschlag, potentielle Evapotranspiration, nutzbare Feldkapazitt im effektiven Wurzelraum und Betrag des mittleren kapillaren Aufstiegs als Inputdaten verwenden. 4.2 Erm

35、ittlung der nutzbaren Feldkapazitt im effektiven Wurzelraum Die nutzbare Feldkapazitt je Bodenhorizont kann unter Anwendung der DIN 4220 ermittelt werden: fr Mineralbden in Abhngigkeit von der Bodenart und der Trockenrohdichtestufe (siehe DIN 4220:2008-11, Tabelle 31), ggf. unter Bercksichtigung hum

36、usgehaltsbedingter Zu- oder Abschlge (siehe DIN 4220:2008-11, Tabelle 32), fr Torfe in Abhngigkeit von der Torfart und Zersetzungsstufe sowie der Stufe des Substanzvolumens (siehe DIN 4220:2008-11, Tabelle 33). Aus den gleichen Eingangsdaten kann nach DIN 4220:2008-11, Tabelle 39, die mittlere Durch

37、wurzelungstiefe bzw. Tiefe des effektiven Wurzelraums bestimmt werden. Die nutzbare Feldkapazitt des effektiven Wurzelraums nFKWe errechnet sich dann als Summenwert aller Bodenhorizonte ber das Tiefenintervall von der Gelndeoberflche bis zur Untergrenze des effektiven Wurzelraums. Alternativ kann di

38、e nutzbare Feldkapazitt auch unter Verwendung von DIN 4220:2008-11, Anhang A, fr das pF-Intervall 2,5 bis 4,2 oder unter Bercksichtigung des Feuchtigkeitsquivalents nach DIN 4220:2008-11, Anhang C, ermittelt werden. 4.3 Ermittlung des Betrags des mittleren kapillaren Aufstiegs 4.3.1 Ermittlung der m

39、ittleren tglichen kapillaren Aufstiegsrate Die mittlere tgliche kapillare Aufstiegsrate aus dem Grundwasser KR kann unter Verwendung von DIN 4220 ermittelt werden: fr Mineralbden in Abhngigkeit von der Bodenart und dem Abstand zwischen der Grundwasseroberflche und der Untergrenze des effektiven Wurz

40、elraums (siehe DIN 4220:2008-11, Tabelle 36), fr Torfe in Abhngigkeit von der Torfart, Zersetzungsstufe und der Stufe des Substanzvolumens sowie dem Abstand zwischen der Grundwasseroberflche und der Untergrenze des effektiven Wurzelraums (siehe DIN 4220:2008-11, Tabelle 37). 4.3.2 Ermittlung der mit

41、tleren Dauer des kapillaren Aufstiegs in der Vegetationsperiode Die durchschnittliche Dauer des kapillaren Aufstiegs ta whrend der Vegetationsperiode fr verschiedene landwirtschaftliche Nutzungsarten kann bei Kenntnis der mittleren tglichen kapillaren Aufstiegsrate KR und der nutzbaren Feldkapazitt

42、des effektiven Wurzelraums nFKWe mit Hilfe der empirischen Regressions-gleichungen (siehe Tabelle 1) abgeschtzt werden. 6 DIN 19687:2011-08 Tabelle 1 Regressionsgleichungen zur Abschtzung der mittleren Dauer des kapillaren Aufstiegs in Abhngigkeit von der mittleren kapillaren Aufstiegsrate und der n

43、utzbaren Feldkapazitt des effektiven Wurzelraums Kulturart Mittlere tgliche kapillare Aufstiegs-rate KR mm/d Gleichung zur Berechnung der mittleren Dauer des kapillaren Aufstiegs taa aus der nutzbaren Feldkapazitt des effektiven Wurzelraums nFKWebGetreide 1,0 ta = 0,14 nFKWe + 14,3 2,0 ta = 0,13 nFK

44、We + 23,4 3,0 ta = 0,10 nFKWe + 35,0 4,0 ta = 0,07 nFKWe + 44,4 5,0 ta = 60,0 Zuckerrben, Mais 1,0 ta = 0,20 nFKWe + 16,6 2,0 ta = 0,18 nFKWe + 32,8 3,0 ta = 0,16 nFKWe + 45,3 4,0 ta = 0,11 nFKWe + 62,5 5,0 ta = 90,0 Intensivweide 1,0 ta = 0,25 nFKWe + 19,5 2,0 ta = 0,23 nFKWe + 38,7 3,0 ta = 0,21 n

45、FKWe + 59,4 4,0 ta = 0,18 nFKWe + 81,0 5,0 ta = 120,0 ain Tagen, d bin Millimeter, mm4.3.3 Berechnung des Betrags des mittleren kapillaren Aufstiegs in der Vegetationsperiode Der Betrag des mittleren kapillaren Aufstiegs KA in mm errechnet sich als Produkt aus der mittleren kapillaren Aufstiegsrate

46、und der mittleren Dauer des kapillaren Aufstiegs in der Vegetationsperiode nach Gleichung (1). KA = KR ta (1) Dabei ist KA der mittlere kapillare Aufstieg; KR die mittlere kapillare Aufstiegsrate in mm/d; ta die mittlere Dauer des kapillaren Aufstiegs in d. 7 DIN 19687:2011-08 4.3.4 Begrenzung des B

47、etrags des mittleren kapillaren Aufstiegs in der Vegetationsperiode auf einen Maximalwert Nach obigem Berechnungsgang, siehe 4.3.1 bis 4.3.3, unter Anwendung von Gleichung (1), kann der Betrag des mittleren kapillaren Aufstiegs Werte von 300 mm (im Fall der Nutzung durch Getreide) bzw. von 600 mm (i

48、m Fall der Nutzung durch Intensivweide) annehmen. Tatschlich ist der kapillare Aufstieg jedoch in Abhn-gigkeit vom Defizit der klimatischen Wasserbilanz im Sommerhalbjahr zu begrenzen. Das Berechnungs-ergebnis nach Gleichung (1) ist daher zu prfen bzw. gegebenenfalls zu korrigieren. Das initiale Ber

49、ech-nungsergebnis fr KA ohne diese Korrektur wird KAinitgenannt und ist mit einem nutzungsspezifischen Maximalwert KAmaxabzugleichen. Zur Ermittlung nutzungsspezifischer Maximalwerte KAmaxwerden folgende empirische Gleichungen empfohlen: Acker KAmax= 1,05 ETpotso (Nsokorr+ 0,5 nFKWe) (2) Grnland KAmax= 1,20 ETpotso (Nsokorr+ 0,5 nFKWe) (3) Wald KAmax= 1,30