1、Juni 2006DEUTSCHE NORM Normenausschuss Wasserwesen (NAW) im DINPreisgruppe 10DIN 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 01.040.13; 13.080.40!,jbb“9716363www.din.deDDIN I
2、SO 15709Bodenbeschaffenheit Bodenwasser und die ungesttigte Zone Begriffe, Symbole und theoretische Grundlagen (ISO 15709:2002)Soil quality Soil water and the unsaturated zone Definitions, symbols and theory (ISO 15709:2002)Qualit du sol Eau du sol et zone non sature Dfinitions, symboles et thorie (
3、ISO 15709:2002)Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 16 SeitenDIN ISO 15709:2006-06 2 Nationales Vorwort Die vorliegende Norm ist im ISO/TC 190 Bodenbeschaffenheit“ erarbeitet worden. Fr Deutschland war der NA 119-01-01-01 UA Begriffe“ an der Bearbei
4、tung beteiligt. Fr die in der Einleitung genannten Internationalen Normen wird im Folgenden auf die entsprechenden Deutschen Normen hingewiesen: ISO 11274 siehe DIN ISO 11274 ISO 11275 siehe DIN ISO 11275 ISO 11276 siehe DIN ISO 11276 ISO 11461 siehe DIN ISO 11461 Nationaler Anhang NA (informativ) L
5、iteraturhinweise DIN ISO 11274, Bodenbeschaffenheit Bestimmung des Wasserrckhaltevermgens Laborverfahren DIN ISO 11275, Bodenbeschaffenheit Bestimmung der ungesttigten hydraulischen Leitfhigkeit und des Wasserrckhaltevermgens Evaporationsverfahren nach Wind DIN ISO 11276, Bodenbeschaffenheit Bestimm
6、ung des Porenwasserdrucks Tensiometerverfahren DIN ISO 11461, Bodenbeschaffenheit Bestimmung des Wassergehalts des Bodens als Volumenanteil mittels Stechzylinder Gravimetrisches Verfahren DIN ISO 15709:2006-06 3 Bodenbeschaffenheit Bodenwasser und die ungesttigte Zone Begriffe, Symbole und theoretis
7、che Grundlagen Inhalt Seite Einleitung .4 1 Anwendungsbereich 6 2 Begriffe 6 2.1 Allgemeine Begriffe6 2.2 Bodenwasserpotential und quivalente 6 3 Symbole und Einheiten10 4 Theorie.12 4.1 Zusammensetzung der ungesttigten Zone12 4.2 Energiezustand des Bodenwassers .13 4.3 Transport von Bodenwasser.14
8、Literaturhinweise.16 DIN ISO 15709:2006-06 4 Einleitung Dieses Dokument enthlt Hintergrundinformationen zu bodenphysikalischen Untersuchungen der ungesttig-ten Zone. Es ermglicht ein besseres Verstndnis der Internationalen Normen, die bei der Bestimmung von Bodeneigenschaften und Beschreibung des Zu
9、stands des Bodenwassers Anwendung finden (z. B. ISO 10573, ISO 11267N1), ISO 11274, ISO 11275, ISO 11461 usw.). Der Boden ist ein inniges Gemisch aus Flssigkeiten (Wasser), Gasen und pflanzlichem und tierischem Leben in einer festen porsen Matrix. Wasser ist ein besonders wichtiger Bodenbestandteil.
10、 Der Zustand des Wassers im Boden ndert sich stndig aufgrund von nderungen der hydraulischen Bedingungen, die durch die Zufuhr von Wasser (Infiltration, Kapillaraufstieg) und/oder Verluste aufgrund von Evapotranspiration und Entwsserung verursacht werden. Gesttigte Bden haben im Allgemeinen einen Wa
11、ssergehalt von 30 % bis 50 % des Gesamtvolumens des Bodens. In den oberen ungesttigten Schichten sind die Wassergehalte geringer, sie zeigen jedoch in Abhngigkeit vom Boden und von der Umgebung starke zeitliche Schwan-kungen im Bereich von weniger als 10 Volumen-% bis zu mehr als 30 Volumen-%. In ei
12、nigen Fllen, z. B. nach starkem Regen und im Vorfrhling, kann auch der gesttigte Zustand eintreten. Die Kenntnis der Menge des im Boden vorhandenen Wassers ist in vielen Fllen von Nutzen. Das meiste Bodenwasser wird in Porenrumen festgehalten, obgleich bestimmte Bden, z. B. solche, in denen Smektite
13、 oder hnliche Mineralien dominierend sind, betrchtliche Mengen an schwer beweglichem Wasser enthalten knnen, das von den Mineraloberflchen adsorbiert wird. Die Gre und Form einer Pore und die Menge des darin enthaltenen Wassers bestimmen, wie stark das Wasser darin festgehalten wird bzw. wie leicht
14、das Wasser durch sie hindurch flieen kann. Wasserstrme knnen aufgrund von Gradienten der potentiellen Energie auftreten. Deshalb ermglichen Informationen zu den wasserrckhaltenden Eigenschaften und zur hydraulischen Leitfhigkeit des betreffenden Bodens sowie zu den Bodenwasser-Feldpotentialen ein we
15、sent-lich besseres Verstndnis der Bodenwasser-Bedingungen. Welche dieser Bodeneigenschaften im Zusam-menhang mit einem bestimmten Projekt ermittelt werden sollte, hngt von der Art des zu untersuchenden Problems ab. Die Bodenbeschaffenheit kann nur in Hinsicht auf den vorgesehenen Verwendungszweck de
16、s Bodens definiert werden; so sind z. B. Bodenwasser-Bedingungen, die fr ein natrliches Feuchtgebiet gnstig sind, ungeeignet fr die Produktion von Getreide mit Ausnahme von Reis. Die Bodenbeschaffenheit ist besonders unter Umweltaspekten sowie fr die landwirtschaftliche Produktion von Bedeutung. Die
17、 Bodenwasser-Kennwerte sollten besonders dann bekannt sein, wenn die Betrachtung auf einem der folgenden Punkte liegt: a) Verfgbarkeit von Bodenwasser fr das Pflanzenwachstum; b) Aufrechterhaltung oder nderung der Bedingungen, die den oberflchennahen Grundwasserspiegel beeinflussen; c) Bodenverunrei
18、nigung, die von punktfrmig, linear oder diffus verteilten Verschmutzungsquellen verur-sacht wird. Auerdem ist das Bodenwasser fr die Qualitt des Oberflchen- und des Grundwassers von Bedeutung. Bodenwasser-Bewegungen sind hufig der Mechanismus, durch den lsliche Schadstoffe in das Oberflchen- und/ode
19、r das Grundwasser transportiert werden. Wasser spielt eine wesentliche Rolle fr das Leben von Pflanzen, und zwar direkt als solches ebenso wie in seiner Eigenschaft als Transportmittel von Nhrstoffen aus dem Boden zur Pflanze und innerhalb derselben; es ist auerdem entscheidend fr den Aufgang der Sa
20、at. Da der Stress, dem die Nutzpflanzen in Bezug auf die Wasserversorgung ausgesetzt sind, auf ein Mindestma reduziert werden muss, ist die landwirtschaftliche Produktion von der Aufrechterhaltung der Wasservorsorgung abhngig. berschssiges Bodenwasser ist jedoch ebenso problematisch, denn, wenn ein
21、groer Teil des verfgbaren Porenraumes mit Wasser gefllt ist, kann der damit verbundene Sauerstoffmangel zu einer Behinderung des Wurzelwachstums und in extremen N1) Nationale Funote: In der Original-ISO-Norm ist eine falsche Nummer genannt. Es muss heien ISO 11276. DIN ISO 15709:2006-06 5 Fllen soga
22、r zum Tod der Pflanze(n) fhren. Die Verfgbarkeit von Bodenwasser ist hufig von Bedeutung fr die Bestimmung des Typs der in einem bestimmten Gebiet wachsenden natrlichen Vegetation. Die Erhaltung einer bestimmten Pflanzengemeinschaft kann von regelmig wiederkehrenden Perioden des Was-sermangels und/o
23、der des Wasserberschusses abhngen. Der Wasserverbrauch der Pflanzen wird durch den atmosphrischen Verdunstungssog angetrieben. Die fr die Pflanzenverdunstung (Transpiration) zur Ver-fgung stehende Wassermenge wird von der physikalischen Bodengte bestimmt; diese lsst sich durch mehrere Parameter quan
24、tifizieren, zu denen der Bodenwassergehalt, die Wasserrckhaltekurve und die hyd-raulische Leitfhigkeit der ungesttigten Zone gehren. In vielen Fllen bestimmt die Bodenbedeckung die Geschwindigkeit der Grundwasserneubildung sowie die durch den pflanzlichen Wasserverbrauch bedingte Grundwasserabgabeme
25、nge und damit die Aufrechterhal-tung der Hhe des Grundwasserspiegels. Die Bewertung der Auswirkungen der Entnahme von oberflchen-nahem Grundwasser auf die Landwirtschaft und die Umwelt wird durch die Anwendung bodenphysikalischer und hydrogeologischer Verfahren erleichtert. Messungen der Porenwasser
26、potentiale sowohl der gesttigten als auch der ungesttigten Zone sowie der hydraulischen Leitfhigkeit sind von entscheidender Bedeutung, um die Richtung und Geschwindigkeit der Wasserbewegungen verstehen zu knnen. Schadstoffe werden blicherweise unabhngig davon, ob sie durch punktfrmig, linear oder d
27、iffus verteilte Verunreinigungsquellen eingetragen werden von Wasserstrmen durch den Boden transportiert. Sie werden blicherweise durch Wasserstrme von der Oberflche abtransportiert. Die Schadstoffe unterliegen auf ihrem Weg in und durch den Boden der Einwirkung vieler verschiedener Prozesse. Um die
28、 Zeiten bestimmen zu knnen, die die Schadstoffe bentigen, um eine bestimmte Strecke zurckzulegen, und um feststellen zu knnen, ob ein Abbau oder eine Verzgerung durch Sorption mglich ist, ist es von entscheidender Bedeutung, die Wege der Wasserstrme und ihre Geschwindigkeiten zu kennen. Wasser und S
29、chadstoffe, die in Bereiche jenseits der ungesttigten Zone gelangen, verursachen Verunreinigungen des Oberflchen- und/oder des Grundwassers. Daher sind bodenphysikalische Untersuchungen ein wichtiger Bestandteil von Studien zu Verunreinigungen. Das Bodenwasser ist fr die Untersuchungen mehrerer Zwei
30、ge der mit Bden und der Erde befassten Wis-senschaften von Interesse; zu diesen gehren die Landwirtschaft, die Forstwirtschaft, die Umweltwissenschaf-ten, die Hydrologie, die Hydrogeologie und das Tiefbauwesen. Jede dieser Wissenschaften hat ihre eigenen Untersuchungsverfahren entwickelt, von denen
31、sich viele berschneiden. Im Zusammenhang mit der Bewer-tung der Bodenwasser- und der Bodenbeschaffenheit fr Umwelt- und landwirtschaftliche Zwecke sollte das Ziel sein, diese verschiedenen Verfahren in zufrieden stellender Weise zusammenzufhren, um eine Beurteilung der die Bodenbeschaffenheit beeinf
32、lussenden Bedingungen zu ermglichen. Es ist wichtig, den Organisationen, die sich mit der Bodenbeschaffenheit beschftigen, genormte Verfahren zur Messung der Bodenwassereigenschaften und eine genormte Gruppe von Begriffen, Einheiten und Symbolen zur Verfgung zu stellen, damit die Zuverlssigkeit der
33、von ihnen vorgenommenen Bestimmungen sichergestellt und Vergleiche mit den Ergebnissen aus anderen Quellen ermglicht werden. Die in Abschnitt 4 wiedergegebene vereinfachte Theorie zur Physik des Bodenwassers in der ungesttigten Zone stimmt im Wesentlichen mit den in den Literaturhinweisen unter 3 un
34、d 5 angegebenen Quellen berein. DIN ISO 15709:2006-06 6 1 Anwendungsbereich Dieses Dokument enthlt eine vereinfachte Theorie zur Physik des Bodenwassers in der ungesttigten Zone und legt eine Reihe von Begriffen, Gren, Einheiten und Symbolen fest, die fr den Bereich der bodenphy-sikalischen Untersuc
35、hungen der ungesttigten Zone gelten. Dieses Dokument ist nur auf Normen zu bodenphysikalischen Untersuchungen der ungesttigten Zone (einschlielich quellfhiger Bden) anwendbar, die im ISO/TC 190 erarbeitet wurden. Diese Internationale Norm schliet Strme durch Grobporen ausdrcklich aus. 2 Begriffe Fr
36、die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden auf 8, 9 und 10 basierenden Begriffe. 2.1 Allgemeine Begriffe 2.1.1 Wassergehalt wVolumenanteil Volumen des aus dem Boden verdunstenden Wassers, wenn dieser bei 105 C bis zur Mas-senkonstanz getrocknet wird, geteilt durch das ursprngliche Gesamtvol
37、umen des Bodens ANMERKUNG Der Wassergehalt ist dimensionslos. 2.1.2 Wassergehalt wwMassenanteil Masse des aus dem Boden verdunstenden Wassers, wenn dieser bei 105 C bis zur Massen-konstanz getrocknet wird, geteilt durch die Trockenmasse des Bodens ANMERKUNG Der Wassergehalt ist dimensionslos. 2.1.3
38、Wasserrckhaltevermgen des Bodens hm() Beziehung zwischen Bodenwassergehalt und Hhe der Bodenmatrix eines bestimmten Bodens (einer bestimmten Bodenprobe) 2.1.4 hydraulische Leitfhigkeit K Proportionalittsfaktor der Bodenwasser-Fliegeschwindigkeit zum hydraulischen Gradienten in der Darcy-Gleichung be
39、i Annahme isotroper Bedingungen, d. h. v = K hhANMERKUNG Die hydraulische Leitfhigkeit wird in Meter je Sekunde (m s1) angegeben. 2.2 Bodenwasserpotential und quivalente 2.2.1 Potential ANMERKUNG Potentiale werden in Joule je Kilogramm (J kg1) angegeben. DIN ISO 15709:2006-06 7 2.2.1.1 Gesamtpotenti
40、al etdes Bodenwassers die Arbeit, die verrichtet werden muss, um eine unendlich kleine Wassermenge in fest-gelegtem Abstand zur Erdoberflche und bei atmosphrischem Druck umkehrbar und isothermisch aus einem Reservoir reinen Wassers zum Bodenwasser am zu untersuchenden Messpunkt zu transportieren, ge
41、teilt durch die Masse des transportierten Wassers 2.2.1.2 pneumatisches Potential eadie Arbeit, die verrichtet werden muss, um eine unendlich kleine Menge an Wasser, dessen Zusammenset-zung der des Bodenwassers genau entspricht, umkehrbar und isothermisch von einem Reservoir, an dem atmosphrischer D
42、ruck herrscht und das den gleichen Abstand zur Erdoberflche wie der zu untersuchende Messpunkt hat, zu einem hnlichen Reservoir zu transportieren, bei dem der Gas-Auendruck dem des zu untersuchenden Messpunktes entspricht, geteilt durch die Masse des transportierten Wassers 2.2.1.3 Gravitationspoten
43、tial egdie Arbeit, die verrichtet werden muss, um eine unendlich kleine Menge an Wasser, dessen Zusammenset-zung der des Bodenwassers genau entspricht, umkehrbar und isothermisch von einem in festgelegtem Abstand zur Erdoberflche befindlichen Reservoir, an dem der Gas-Auendruck dem des zu untersuche
44、nden Messpunktes entspricht, zu einem hnlichen Reservoir zu transportieren, das den gleichen Abstand zur Erd-oberflche wie der zu untersuchende Messpunkt hat, geteilt durch die Masse des transportierten Wassers 2.2.1.4 Matrixpotential emdie Arbeit, die verrichtet werden muss, um eine unendlich klein
45、e Menge an Wasser, dessen Zusammenset-zung der des Bodenwassers genau entspricht, umkehrbar und isothermisch von einem Reservoir, das den gleichen Abstand zur Erdoberflche wie der zu untersuchende Messpunkt hat und an dem der gleiche Gas-Auendruck herrscht wie an dem zu untersuchenden Messpunkt, zum
46、 Bodenwasser am zu untersuchenden Messpunkt zu transportieren, geteilt durch die Masse des transportierten Wassers 2.2.1.5 osmotisches Potential eodie Arbeit, die verrichtet werden muss, um eine unendlich kleine Menge an reinem Wasser umkehrbar und isothermisch von einem Reservoir, das auf den gleic
47、hen Abstand zur Erdoberflche wie der zu untersuchende Messpunkt hat und an dem der gleiche Gas-Auendruck herrscht wie an dem zu untersuchenden Messpunkt, zu einem hnlichen Reservoir zu transportieren, das Wasser enthlt, dessen Zusammensetzung der des Bodenwassers genau entspricht, geteilt durch die
48、Masse des transportierten Wassers 2.2.1.6 Porenwasserpotential Tensiometerpotential epdie Summe der Matrix- und der pneumatischen Potentiale ANMERKUNG In den meisten Fllen ist eagleich Null, was bedeutet, dass ep= emist. 2.2.1.7 hydraulisches Potential ehdie Summe der Matrix-, der pneumatischen und
49、der Gravitationspotentiale ANMERKUNG In den meisten Fllen ist ea= eo= 0, was bedeutet, dass eh= etist. DIN ISO 15709:2006-06 8 2.2.2 Druckquivalent ANMERKUNG Die Drcke werden blicherweise mit einem Tensiometer gemessen; sie werden in Pascal (Pa) ange-geben. 2.2.2.1 Druck p der dem Bodenwasserpotential entsprechende Druck ANMERKUNG Die Indizes entsprec
