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KSAT Anleitung

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Bedienungsanleitung<br />

<strong>KSAT</strong>


Funktionsprinzip auf einen Blick<br />

Das Gerät dient zur Messung der hydraulischen Leitfähigkeit Ks von<br />

gesättigten Böden. Es benutzt dazu die Gleichung von Darcy.<br />

Gleichung von Darcy<br />

Ks = – (L . V) / (H . A . t)<br />

Wasser<br />

Druckhöhe der<br />

Wassersäule<br />

L Länge der Probe<br />

V durch die Bodenprobe<br />

gedrungenes Wasservolumen<br />

pro Zeit<br />

H Höhe der Wassersäule<br />

A Querschnitt der Probe<br />

t Zeit<br />

Bodenprobe<br />

Wasserablauf<br />

Drucksensor und Elektronik<br />

USB-Anschluss<br />

des Computers<br />

Hinweis: Erklärung der Zeichen und Systematik der Bedienungsanleitung<br />

Wasser Elektronik Luft<br />

Boden aufgesättigter Boden Mechanik<br />

In den blauen Feldern links finden<br />

Sie Schritt für Schritt, wie Sie bei<br />

der Arbeit mit dem Ksat vorgehen,<br />

z. B. „Stechzylinder auf Ring<br />

aufsetzen“.<br />

In den grauen Feldern<br />

rechts sehen Sie, wie<br />

das Ergebnis Ihrer Tätigkeit<br />

aussehen sollte.


Bestandteile des Geräts<br />

und Lieferumfang<br />

Constant Head Rohr<br />

und Dichtung<br />

Bürette<br />

Schraubkappe<br />

Krone mit<br />

Gitterscheibe<br />

Füllhahn<br />

Stechzylinder<br />

Ring mit<br />

Porenscheibe<br />

Füllhahn<br />

Messdom<br />

USB-Anschluß<br />

Wasser-Ablauf<br />

Bürettenhahn


5l-Vorratsgefäß<br />

Zusätzlich im Lieferumfang<br />

• <strong>KSAT</strong> View ® -Software<br />

• 5-Liter Vorratsgefäß<br />

• 1,2 m Zuleitungsschlauch<br />

• 1,2 m Ableitungsschlauch<br />

• 2 Ersatzdichtungsringe für Kronen<br />

• 2 Ersatz O-Ringe für die Bürette<br />

• Wanne für Bodenproben-<br />

aufsättigung<br />

• Edelstahlplatte für Prüfung<br />

des Druckaufnehmers<br />

• Abstreifplatte<br />

Für konsolidiertes Messgut<br />

(blauer Schlauch Ø 6 mm)<br />

Krone mit<br />

Gitterscheibe<br />

Für unkonsolidiertes Messgut<br />

Krone mit<br />

Porenscheibe<br />

Messaufbau<br />

Wasser-Ablauf<br />

(weißer Schlauch<br />

Ø 12 mm)


Theoretische Grundlagen<br />

Die Bedeutung des hydraulischen Widerstands<br />

Die Wasserspeicherung und Wasserleitung in Böden ist von herausragender<br />

Bedeutung für eine Vielzahl von ökosystemaren Prozessen in terrestrischen<br />

Öko systemen.<br />

Die gesättigte Wasserleitfähigkeit beeinflusst Faktoren wie die landwirtschaftlichen<br />

Nutzungsmöglichkeiten, geotechnische Eigenschaften und ist<br />

eine Schlüsselgröße beim Transport von Nähr- und Schadstoffen. Sie ist die<br />

bestimmende Größe für das Design von Drainagen oder den Betrieb von<br />

Beregnungsanlagen.<br />

Messprinzip<br />

Man lässt eine voll mit Wasser gesättigte Stechzylinder probe senkrecht zum<br />

Probenquerschnitt in einer Apparatur stationär oder instationär mit entlüftetem<br />

Wasser bei Raumtemperatur durchströmen und misst den Wasserdurchsatz.<br />

Die Wasserdurchlässigkeit (K f<br />

bzw. K S<br />

-Wert) errechnet sich aus dem perkolierten<br />

Wasservolumen V in der Zeit t, dem Fließquerschnitt A, der Höhe hydraulischen<br />

Druckhöhendifferenz H und der Länge der Bodensäule L, über welche<br />

die Druckhöhendifferenz abgebaut wird.<br />

Nach Darcy (1856) gilt für die Flussdichte q bei laminarem Fluss<br />

q =<br />

V<br />

A ∙ t<br />

= – K S<br />

H<br />

L<br />

und somit<br />

L V<br />

K S<br />

= –<br />

H A t<br />

Henry Darcy<br />

(1803 – 1885)<br />

Theoretische Grundlagen | 3


Stechzylinderprobenahme<br />

Nach DIN 19683-9 können Wasserdurchlässigkeitsmessungen an Stechzylinderproben<br />

in gestörter oder in ungestörter Lagerung durchgeführt werden. Gepackte<br />

Proben erlauben keine Aussagen über in situ-Leitfähigkeiten, da diese<br />

in der Regel durch die Bodenstruktur bestimmt werden.<br />

Zur Entnahme ungestörter Proben gehen Sie wie folgt vor<br />

• Setzen Sie den Stechzylinder in der gewünschten<br />

Tiefe auf den freigelegten Boden auf.<br />

• Treiben Sie den Stechzylinder mit Hilfe einer Schlaghaube<br />

und eines mittelgroßen vibrationsfreien Hammers möglichst<br />

ohne Verkantung in den Boden (vertikal oder horizontal).<br />

• Graben Sie die Probe dann mit einem Spaten so aus, dass<br />

der Boden verbund im Stechzylinder und über die Stechzylinderoberflächen<br />

hinaus in der originalen Lagerung bleibt.<br />

• Anschließend präparieren Sie mit Hilfe eines Messers oder eines<br />

Metallsägeblattes auf beiden Stechzylinderseiten absolut plane<br />

Oberflächen, ohne dabei Poren zu verschmieren. Vorhandene<br />

Wurzeln schneiden Sie mit einer Schere ab.<br />

• Für den Transport (siehe auch Zubehör) decken Sie die Proben<br />

mit Schutzkappen ab.<br />

Entscheidend bei der Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit von gesättigten<br />

Bodenproben ist, dass keine Klüfte, Spalten oder Risse durch die Probe in<br />

Richtung der Wasserströmung entstehen. Zu den größten Messfehlern führen<br />

hierbei Randklüfte. Stechzylinder, die verkantet genommen wurden, sind<br />

deshalb zu verwerfen. Nach Dirksen (1999) ist nicht die Messgenauigkeit,<br />

sondern die Qualität und Repräsentativität der Bodenproben die größte<br />

Herausforderung bei der Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit. Aus<br />

diesem Grund werden Bodenproben mit Stechzylinder in wenigstens 5- bis<br />

10-facher Wiederholung genommen.<br />

4 | Theoretische Grundlagen


Wertebereiche für k f<br />

Sofern nichts anderes angegeben ist, beziehen sich die in der Literatur angegebenen<br />

Werte für k f<br />

üblicherweise auf Wasser. Ist der Durchlässigkeitsbeiwert<br />

k f<br />

für ein mit Wasser durchströmtes Medium bekannt, dann lässt sich die Durchlässigkeit<br />

dieses Mediums für andere Fluide berechnen.<br />

Wasserdurchlässigkeit nach DIN 18130<br />

sehr stark durchlässig >10 –2 m/s<br />

stark durchlässig 10 –2 bis 10 –4 m/s<br />

durchlässig<br />

10 –4 bis 10 –6 m/s<br />

schwach durchlässig 10 –6 bis 10 –8 m/s<br />

sehr schwach durchlässig < 10 –8 m/s<br />

Durchlässigkeitsbeiwerte für Lockergesteine (Wasser)<br />

reiner Kies<br />

10 –1 bis 10 –2 m/s<br />

grobkörniger Sand um 10 –3 m/s<br />

mittelkörniger Sand 10 –3 bis 10 –4 m/s<br />

feinkörniger Sand 10 –4 bis 10 –5 m/s<br />

schluffiger Sand<br />

10 –5 bis 10 –7 m/s<br />

toniger Schluff<br />

10 –6 bis 10 –9 m/s<br />

Ton<br />

< 10 –9 m/s<br />

Die Grenze zwischen einem durchlässigen und einem undurchlässigen Boden<br />

liegt etwa bei 10 –6 m/s. Böden mit einem k f<br />

-Wert < 10 –9 m/s sind nahezu wasserundurchlässig.<br />

Theoretische Grundlagen | 5


Perkolationslösung<br />

Nach DIN (DIN 19683-9, 1998; DIN 18130-1, 1998) soll zur Aufsättigung und als<br />

Perkolationslösung entgastes „elektrolytarmes Wasser von Raumtemperatur“<br />

verwendet werden. Als Perkolationsfluid eignet sich entgastes Leitungswasser<br />

oder entgastes Wasser mit einer schwachen Lösung eines zweiwertigen<br />

Kations (z. B. 0,01 M CaCl 2<br />

-Lösung; McKenzie et al., 2002). Das Entgasen kann<br />

z. B. durch Abkochen erfolgen.<br />

Da die Ionenstärke der Bodenlösung erheblich die Weite der elektrischen<br />

Doppelschicht von Böden beeinflusst, und diese sich in feinkörnigen Substraten<br />

auf die hydraulische Leitfähigkeit auswirkt, sollte im Ideal ein Perkolationsfluid<br />

mit einem Elektrolytgehalt verwendet werden, welcher der in-situ Bodenlösung<br />

ähnlich ist. Bei tonhaltigen Böden führt die Verwendung von einwertigen<br />

Kationen zur Dispersion der Tonpartikel und zur Ausschwemmung sowie zur<br />

Verstopfung des Sekundärporensystems.<br />

Die Perkolationslösung wird im <strong>KSAT</strong>-System aus einem Vorratsgefäß, welches<br />

oberhalb der Apparatur gelagert ist, über eine Schlauchleitung und den<br />

Hahn der Bürette zugeführt. Dies gewährt neben der komfortablen Befüllung<br />

der Bürette minimalen atmosphärischen Kontakt, eine möglichst geringe<br />

Rückdiffusion von Luft, sowie die Temperierung auf Umgebungstemperatur.<br />

6 | Theoretische Grundlagen


Erstinbetriebnahme<br />

Legen Sie die CD mit der <strong>KSAT</strong> VIEW-Software<br />

ein oder führen Sie einen Down load<br />

unter www.ums-muc.de/<strong>KSAT</strong>.zip durch.<br />

Doppelklicken Sie auf die Datei <strong>KSAT</strong>.msi.<br />

Folgen Sie den Anweisungen des Wizards.<br />

Der Wizard führt Sie durch die Installation.<br />

Sollte der <strong>KSAT</strong> USB Treiber nicht automatisch<br />

installierte werden, dann installieren<br />

sie diesen manuell (siehe Kapitel Manuelle<br />

Installation des USB Treibers)<br />

Schließen Sie das Gerät mit dem<br />

USB-Stecker an Ihrem Rechner an.<br />

Starten Sie die <strong>KSAT</strong>-Software.<br />

Das Gerät verbindet sich automatisch<br />

mit Ihrem Rechner.<br />

Installieren Sie Wasserzu- und -ablauf.<br />

Das Gerät ist bereit zur Messung.<br />

Hinweis<br />

Für die Installation der <strong>KSAT</strong> VIEW-Software benötigen Sie eventuell Administratorenrechte.<br />

Erstinbetriebnahme | 7


Konfiguration des Gerätes<br />

Im Menü „File naming“ können Sie Ihre Messkampagne mit Namen versehen<br />

und abspeichern.<br />

Anzeige Eingabe Erläuterung Voreinstellung<br />

Dateiname alphanumerisch frei wählbar für die Messkampagne –<br />

Zähler numerisch<br />

Zählt die Anzahl der Messungen pro<br />

Messkampagne automatisch<br />

–<br />

Pfad<br />

Verzeichnis<br />

Hier legen Sie fest, auf welchem Speicher platz<br />

und in welchem Ordner Sie Ihre Messdaten<br />

speichern.<br />

Messwerte werden<br />

im .csv-Format<br />

gespeichert<br />

Im Menü „Setup“ im Fenster „Testparameter“ können Sie auch die folgenden<br />

Parameter verändern. Normalerweise sind keine Änderungen an der Konfiguration<br />

für den Messbetrieb erforderlich. Bitte ändern Sie nur Einstellungen,<br />

deren Auswirkungen Sie kennen.<br />

Befehl Format Erklärung Voreinst.<br />

Operation parameters<br />

H_end_abs<br />

[cm]<br />

Absolute Druckhöhendifferenz, bei deren Unterschreitung<br />

die Messung beendet wird<br />

0.5<br />

H_end_rel [ - ]<br />

Relative Druckhöhendifferenz , bei deren Unterschreitung<br />

die Messung beendet wird<br />

0.25<br />

dH_min<br />

[cm]<br />

Minimale Druckhöhendifferenz, die beim Registrierungsmodus<br />

0.1<br />

„automatisch“ zur Anzeige eines neuen Druckwertes führt<br />

dH_ini<br />

[cm]<br />

Minimale Druckhöhenerhöhung, die zur Auslösung des<br />

automatischen Starts der Messungen führt<br />

1<br />

Geometry parameters<br />

A_bur1 [cm²] Querschnittsfläche der Standardbürette 4.536<br />

A_bur2 [cm²] Querschnittsfläche der aufgesteckten Kapillarbürette 0.09<br />

A_cap [cm²] Äußere Querschnittsfläche der Luftkapillare 0.144<br />

A_sample [cm²] Querschnittsfläche der vermessenen Probe 50<br />

L_bur [cm] Länge der Bürette 22.5<br />

L_sample [cm] Länge der Probe 5<br />

L_plate_Bottom [cm] Dicke der unteren porösen Platte 0.8<br />

L_plate_Top [cm] Dicke der oberen porösen Platte 0.3<br />

Evaluation parameters<br />

T_ref [°C] Referenztemperatur 10<br />

K_plate [cm/d] Hydraulische Leitfähigkeit der porösen Platten 14000<br />

Use Auto-Offset [ - ]<br />

Benutzung der automatischen Offsetkorrektur beim fitten<br />

True<br />

der Exponentialfunktion<br />

Max Auto-Offset [cm] Maximalwert der Offsetkorrektur 1<br />

Im Menü „Setup“ im Fenster „Measurement“ wählen Sie den Messmodus („Falling<br />

head“ oder Constant head“), die Rate der Datenaufnahme (feste Zeitintervalle<br />

oder flexible aufgrund von Änderungen der Wassersäule), sowie den Kronentyp<br />

(Krone mit Gitter oder Krone mit Filterplatte).<br />

8 | Konfiguration des Gerätes


Anzeige Eingabe Erläuterung Voreinstellung<br />

Sampling rate [mm:ss] Rate der Datenaufnahme (Auto, min. 1 s, max. 24:00 h) Auto<br />

Wählen Sie normalerweise die Krone mit Gitter. Für stark erosive Böden, z. B. gepackte<br />

Proben mit hohem Schluffanteil, wählen Sie die Porenscheibe, welche<br />

ein Ausschwemmen von Bodenpartikeln minimiert.<br />

Im Menü „Setup“ im Fenster „Constant Head Steps“ im Modus „Constant head“<br />

wählen Sie, bei welcher Höhe der Wassersäule Sie die Taste „Click here“ drücken<br />

werden. Weitere Ablesung durch Drücken von „Add“ eingeben, Höhe der Wassersäule<br />

durch Drücken von „Insert“ eingeben, Löschen einer Ablesung durch „Delete“.<br />

Anzeige Eingabe Erläuterung Voreinstellung<br />

[0], [1], [2], … – Reihenfolge der Ablesungen –<br />

Zahl [cm] Höhe der Wassersäule –<br />

Korrektur der ermittelten Leitfähigkeit<br />

durch Berücksichtigung des Gerätewiderstands<br />

Ist die Leitfähigkeit des Bodens sehr hoch, muss der Widerstand des Messgeräts,<br />

insbesondere der porösen Platten berücksichtigt werden. Dieser Systemwiderstand<br />

1/K Platte<br />

wurde als Voreinstellung in die Parameterliste eingetragen.<br />

Die hydraulische Leitfähigkeit des Bodens wird aus der effektiven Leitfähigkeit<br />

des Systems Platte-Boden K eff<br />

, die sich aus der Auswertung der Darcy-Gleichung<br />

ergibt, wie im folgenden dargestellt, errechnet (DIN 19683-9, 1998).<br />

Da sich die Widerstände (R = L/K)<br />

der beiden Systeme addieren, gilt<br />

L Boden<br />

+ L Platte<br />

L Boden<br />

= +<br />

K eff<br />

K S<br />

L Platte<br />

K Platte<br />

Durch Umformung und Auflösen<br />

nach K S<br />

folgt<br />

K S<br />

=<br />

L Boden<br />

L Boden<br />

+ L Platte<br />

K eff<br />

– L Platte<br />

K Platte<br />

mit L Boden<br />

[cm] Länge der Bodenprobe<br />

L Platte<br />

[cm] Dicke des Systemwiderstandes<br />

K Platte<br />

[cm/d] Leitfähigkeit der gesättigten porösen Platte<br />

K S<br />

[cm/d] Leitfähigkeit der gesättigten Bodenprobe<br />

Konfiguration des Gerätes | 9


Ermittlung des Plattenwiderstands<br />

Der Effekt des Plattenwiderstandes wird in <strong>KSAT</strong> VIEW berücksichtigt, auch<br />

wenn er nur bei extrem durchlässigen Proben bemerkbar ist.<br />

In <strong>KSAT</strong> VIEW wird bei einer Plattendicke von 0,8 cm eine Systemleitfähigkeit<br />

von 14000 cm/d in angenommen. Bei Alterung oder Verschmutzung kann<br />

sich der Wert verändern. Er kann bei Bedarf vom Benutzer separat, z. B. in Form<br />

einer Leermessung ermittelt werden.<br />

Man geht dazu vor wie folgt<br />

• Leeren Zylinder ins System einbringen.<br />

• Parameter L Platte<br />

auf Null stellen.<br />

• Parameter L Boden<br />

auf 0,8 cm stellen.<br />

• Messung durchführen.<br />

• Erzielten Messwert als K Platte<br />

interpretieren und in der Parameterliste ändern.<br />

• Alle Längenparameter wieder in die richtigen Werte bringen.<br />

Beispiel Test Parameter<br />

Falling Head<br />

10 | Konfiguration des Gerätes


Einfluss der Temperatur auf K s<br />

Die hydraulische Leitfähigkeit ist temperaturabhängig. Der Benutzer entscheidet,<br />

für welche Temperatur er die Messwerte angeben will. Eine Umrechnung von der<br />

automatisch erfassten Messtemperatur zu einer gewünschten Referenztemperatur<br />

T [° C] erfolgt proportional zur dynamischen Viskosität η [mPa ∙ s] von Wasser.<br />

Diese kann über folgende Funktion<br />

angenähert werden η = 0,0007 T² - 0,0531T + 1,764<br />

mit r² = 0.9996<br />

mit η [mPa ∙ s] dynamische Viskosität<br />

T [° C] Referenztemperatur<br />

In <strong>KSAT</strong> View wird auf dieser Basis eine Viskositätskorrektur von der Messtemperatur<br />

T auf eine im Parameterfile definierte Referenztemperatur T ref<br />

durchgeführt.<br />

Die Tabelle unten listet einige Kennwerte der Viskosität.<br />

Temperatur in ° C 5 10 15 20 25<br />

Dynamische Viskosität von reinem<br />

Wasser [mPa s], bei 1 bar<br />

1,518 1,306 1,137 1,001 0,894<br />

Konfiguration des Gerätes | 11


Nullpunkt setzen<br />

Bürette durch Öffnen des Füllhahns füllen.<br />

Messdom durch Öffnen des Bürettenhahns<br />

fluten.<br />

Wasserlinse bildet sich.<br />

Bürettenhahn schließen.<br />

Abstreifplatte auf Wasserlinse drücken<br />

und abziehen.<br />

In der Software die Funktion „Nullpunkt<br />

setzen“ wählen.<br />

Button „Nullpunkt setzen“ drücken.<br />

Wasserspiegel liegt auf dem<br />

Niveau des Messdomrandes.<br />

Nullpunkt<br />

setzen<br />

Software-Assistent zum Setzen des Nullpunkts<br />

Hinweis: Druckanzeige<br />

In der Funktion „Messen“ zeigt der Bildschirm nach dem Nullsetzen eine Wassersäule<br />

von -6.9 cm an. Dies liegt daran, dass der Messaufbau mit Probe 6.9 cm hoch ist.<br />

12 | Nullpunkt setzen


Vorbereiten einer Messung<br />

Aufsättigen der Bodenprobe<br />

Stechzylinder mit Bodenprobe(n) aus<br />

dem Transportbehälter nehmen.<br />

Deckel an der Stechzylinder-Unterseite<br />

abnehmen und Stechzylinder reinigen.<br />

Stechzylinder auf Ring mit Porenplatte<br />

aufsetzen.<br />

Stechzylinder mit Ring in die Wanne setzen.<br />

Etwa 2 cm hoch entgastes Wasser mit vergleichbarer<br />

Ionenstärke und -zusammensetzung<br />

wie die Boden probe einfüllen.<br />

2 cm<br />

Wasser bis zur Höhe der Schneidkante<br />

nachgießen (Zeit siehe unten).<br />

Probenoberfläche spiegelt.<br />

Nicht auf die Probe gießen (Lufteinschluß).<br />

Nach der unten angegebenen Zeit ist die<br />

Aufsättigung abgeschlossen.<br />

Hinweis:<br />

Die im Ring eingesetzte Porenscheibe muss vor Aufsetzen auf die Probe völlig luftfrei mit<br />

Wasser gefüllt sein. Sie erkennen die vollständige Aufsättigung der Porenscheibe daran,<br />

dass sie in Wasser nicht schwimmt, sondern sich absetzt.<br />

Wenn eine trockene Scheibe kurzfristig verwendet werden soll, wird eine Aufsättigung unter<br />

Vakuum in einem Exsikkator empfohlen. Es genügt, den Exsikkator mit der vollständig unter<br />

Wasser befindlichen Platte einmal zu evakuieren und dann wieder dem atmosphärischen<br />

Druck auszusetzen.<br />

Wenn Sie die Platte stets waagerecht halten, können Sie die aufgesättigte Platte außerhalb<br />

des Wassers transportieren und bewegen. Die Poren werden das Wasser gegen die<br />

Gravitation festhalten. Vermeiden Sie dagegen die Senkrechtstellung der Platte, da dann<br />

die Gravitationskräfte die Platte am oberen Ende bereits entwässern.<br />

Vorbereiten einer Messung | 13


Hinweis: Typische Dauer der Aufsättigung<br />

Hinweis: Ablesen eines Meniskus<br />

Material<br />

Nachfüllen<br />

nach<br />

Aufgesättigt<br />

nach<br />

Grobsand ca. 9 min ca. 10 min<br />

Feinsand ca. 45 min ca. 1 h<br />

Schluff ca. 6 h ca. 24 h<br />

Ton entfällt bis zu 2<br />

Wochen<br />

Umgang mit quellenden Proben<br />

Beim Aufsättigen kann die Probe aufquellen, wenn sie nicht durch eine Last<br />

beschwert wird. Für die Vermessung im Gerät sollte die Probe grundsätzlich<br />

das normierte Volumen von 250 cm³, d. h. eine Probenlänge von 5 cm, besitzen.<br />

Die DIN empfiehlt deshalb, die Probe in bereits gequollenem Zustand<br />

in-situ zu nehmen.<br />

Da aufgrund des Wegfalls der natürlichen Auflast eine Nachquellung statt -<br />

finden kann, bietet das Gerät die Möglichkeit, durch die Schraubkappe und<br />

die Verwendung der Krone mit poröser Platte das Quellen zu unterbinden. In<br />

dem Fall wird die Probenmasse, die sich im feldfrisch entnommenen Zustand<br />

im Zylinder befindet, in eben dem Ent nahme volumen belassen, und das<br />

Porensystem bleibt gegenüber dem in-situ Zustand weitgehend unverändert.<br />

Alternativ können Sie auch die Probe im unbelastet aufgequollenen Zustand<br />

untersuchen. In dem Fall müssen Sie nach Quellung das überschüssige Material<br />

bündig zur Stechzylinderoberfläche entfernen, wobei die Probenmasse<br />

gegenüber der in-situ Masse im Stechzylinder vermindert sein wird.<br />

Hinweis:<br />

Es gibt keine allgemein verbindliche Richtlinie, wie bei quellenden Proben zu verfahren ist.<br />

14 | Vorbereiten einer Messung


Einbringen der Probe ins Gerät<br />

Bürette durch Öffnen des Füllhahns füllen.<br />

Messdom durch Öffnen des Bürettenhahns<br />

bis zum Überlauf fluten.<br />

Wasserlinse bildet sich.<br />

Bürettenhahn schließen.<br />

Bodenprobe waagrecht aus der Wanne<br />

zum Gerät transportieren.<br />

Leicht schräg auf die Wasserlinse aufsetzen,<br />

um Luft entweichen zu lassen.<br />

Krone aufsetzen.<br />

Mit Schraubkappe festschrauben.<br />

Bürette wieder füllen.<br />

Bürettenhahn öffnen und so lange Wasser<br />

laufen lassen, bis es am Ablauf austritt.<br />

Bei Bodenproben aus Ton kann Wasser<br />

aus der Pipette auf die Probe gegeben<br />

werden.<br />

Nur bei Ton<br />

Wasser tritt am<br />

Ablauf aus.<br />

Bürette bis 5 cm WS füllen.<br />

Bürettenhahn öffnen.<br />

Sinnvoller Wertebereich für die Absinkgeschwindigkeit:<br />

< 1mm/min für dichte und<br />

tonreiche Böden, mehrere cm/s für höchst<br />

durchlässige Böden.<br />

5<br />

0<br />

Hinweis: Bürettenanzeige<br />

Wenn nach Ablaufen des Wassers aus der Bürette der Meniskus bei Null steht, ist die Mess -<br />

an ordnung dicht. Die Druckanzeige am Bildschirm kann systembedingt ± 0,1 cm betragen.<br />

Vorbereiten einer Messung | 15


Verdunstungsschutz bei Langzeitmessung<br />

Bei Messungen, bei denen die Durchflussrate geringer ist als die im Labor zu<br />

erwartende Verdunstung (oft in der Größenordnung 0,2 bis 0,5 cm/d), muss<br />

der freie Wasserspiegel über der Bodenprobe gegen Verdunstung geschützt<br />

werden. Sie erreichen dies z. B. durch Überstülpen einer Haube aus Kunststofffolie<br />

(z. B. PE-Folie für Lebensmittel) über die Schraubkappe.<br />

Simulation einer Messung<br />

Damit Sie als Benutzer die Möglichkeit haben, die Softwarefunktionen auch im<br />

„Trockenbetrieb“ ohne Bodenprobe kennen zu lernen, wurde diese Funktion<br />

in der Software vorgesehen.<br />

• Hierzu klicken Sie im Register „Measurement“ das Feld „Use Synthetic Data“ an.<br />

• Im Register „Synthetic Data Parameter“ wählen Sie die Parameter für die<br />

Simulation, z. B. Anfangswert der Wassersäule, Krümmung der abfallenden<br />

E-Funktion, statistische Streuung der aufgenommenen Daten, Verzögerungszeit<br />

nach Start bis zum Öffnen des Verbindungshahns.<br />

• Drücken Sie „Start“.<br />

Unter Berücksichtigung Ihrer Eingaben simuliert die Software eine Messung,<br />

die am Bildschirm erscheint.<br />

Simulation einer<br />

Messung mit der<br />

Falling-Head-Methode<br />

16 | Simulation einer Messung


Messung mit Falling Head<br />

Beim Messen mit dem <strong>KSAT</strong> wird die Methode mit fallendem Überstau (Falling<br />

Head) empfohlen, da sie nach erfolgtem Start vollautomatisch ohne manuelle<br />

Ablesungen und Eingriffe auskommt. Ihre Auswertung ist in die Software integriert.<br />

Während die Methode traditionell eher an wenig durchlässigen Proben angewendet<br />

wurde und mit hohen Wasserdrücken operierte, ist diese Einschränkung<br />

beim <strong>KSAT</strong> nicht notwendig – wegen der Präzision der elektronischen Messdatenaufnahme.<br />

Die Messmethode ist deshalb der Standard und wird für alle<br />

Proben unabhängig von ihrer Durchlässigkeit empfohlen.<br />

Das Gerät benutzt folgende Daten zur Berechnung von K s<br />

L [cm] Länge der Bodensäule.<br />

A Boden<br />

[cm²] Querschnittsfläche der Bodensäule<br />

A Bürette<br />

[cm²] Querschnittsfläche der Bürette<br />

H(t) [cm²] am System Boden+Platte anliegende<br />

hydraulische Druckdifferenz<br />

Es erfolgt zunächst die Bestimmung der effektiven Leitfähigkeit des Gesamtsystems,<br />

die durch den Widerstand des Bodens, der porösen Platte, und der<br />

Leitungen bestimmt ist. Die Leitfähigkeit des Bodens wird dann aus der Kenntnis<br />

der Leitfähigkeit der porösen Platte und der Gesamtleitfähigkeit errechnet.<br />

Die Berücksichtigung des Plattenwiderstandes ist nur für sehr hohe Leitfähigkeiten<br />

des Bodens von Belang, wird aber standardmäßig in die Auswertung<br />

integriert (siehe Seite 9).<br />

Messung mit Falling Head | 17


Messablauf<br />

Die Messung beginnt nach dem Betätigen des Buttons „Start“ mit dem Öffnen<br />

des Bürettenhahns. Der Beginn wird von <strong>KSAT</strong> VIEW aufgrund des Drucksprungs<br />

automatisch erkannt, und kann zusätzlich manuell durch Anklicken der Taste<br />

„Restart“ zu jeder beliebigen Zeit ausgelöst werden. Durch die Restart-Taste ist<br />

es überdies möglich, erste aufgezeichnete Daten einer laufenden Messung zu<br />

löschen und unmittelbar weiter zu verfahren. Dies kann sinnvoll sein, wenn die<br />

ersten Daten eine Störung anzeigen, oder der Drucksprung für den automatischen<br />

Start nicht erkannt wurde.<br />

Die Messung endet automatisch, wenn der Wasserstand in der Zulaufbürette<br />

unter einen in der Parameterliste definierten absoluten oder relativen minimalen<br />

Wasserspiegel gefallen ist.<br />

Bürette bis 5 cm WS füllen.<br />

Bei Böden mit sehr geringer Wasserdruchlässigkeit<br />

(< 1 cm/d) Bürettenverlängerung<br />

aufstecken und füllen.<br />

Messung mit Falling Head<br />

in der Software starten.<br />

Bürettenhahn zügig öffnen.<br />

5<br />

0<br />

Messung läuft automatisch ab.<br />

18 | Messung mit Falling Head


Typische Messkurve zeigt<br />

einen exponentiellen Abfall.<br />

Die auflaufenden Daten werden visualisiert und ab dem Vorhandensein<br />

von mindestens zwei validen Messwerten in Echtzeit in die Berechnung von<br />

K s<br />

umgesetzt. Die Messung im Falling-Head-Modus kann unbeaufsichtigt<br />

laufen. Sie wird automatisch beendet, wenn ein Stop-Kriterium erreicht<br />

wird (siehe Kapitel Konfiguration des Gerätes).<br />

Die Messkampagne können Sie jederzeit manuell durch Drücken der Taste<br />

„Stop Messung“ beenden, und danach als neue Messung wieder aufnehmen.<br />

Bei einer Neu-Aufnahme wird die neue Messung in Form eines weiteren<br />

Reiters am Bildschirm eingefügt. Die vorigen Messungen bleiben erhalten<br />

und sind auch während einer laufenden Messung anklickbar.<br />

Messung mit Falling Head | 19


In der Regel ist es für eine verlässliche Messung nicht nötig, einen großen Zeitraum<br />

mit Daten aufzunehmen. Für den Fall sehr gering durchlässiger Böden<br />

mit entsprechend langsamen Abfall des Wasserstandes erhalten Sie selbst bei<br />

einer relativ kleinen Veränderung des Bürettenstandes, etwa um ca. 1,0 cm,<br />

eine stabile Schätzung der hydraulischen Leitfähigkeit, wenn diese im Messverlauf<br />

konstant bleibt.<br />

Bei fehlerlosem Versuchsverlauf erfolgt ein exponentieller Abfall der Druckhöhendifferenz<br />

über die Zeit (siehe Bild unten).<br />

Beispielmessung erfolgte für eine gepackte Probe eines Quarzschluffs „milisil M6“<br />

Potentialdifferenz H [cm]<br />

70<br />

60<br />

50<br />

40<br />

30<br />

20<br />

H = 62.80368e –0.21903 t<br />

R 2 = 0.99993<br />

10<br />

0<br />

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 Zeit t [h]<br />

Ein Fit von R²>0,999 zeigt eine valide Messung an. Wenn der Fit systematische<br />

Abweichungen zeigt oder ein wesentlich kleineres r², dann gibt es zwei mögliche<br />

Ursachen:<br />

1) Veränderung der Leitfähigkeit der Probe während der Messsung oder<br />

2) eine mangelhafte Dichtung zwischen Probe und Gerät.<br />

Gründe für Fall 1) sind auf S. 27 beschrieben.<br />

20 | Messung mit Falling Head


Auswertung der Falling-Head-Messung<br />

Die flächennormierte momentane Durchflussrate durch die Bodenprobe ergibt<br />

sich aus der Veränderung des Wasserstandes in der Bürette nach:<br />

q =<br />

Q<br />

A Boden<br />

= A Bürette<br />

A Boden<br />

∙<br />

dH<br />

dt<br />

Nach dem<br />

Darcy-Gesetz ist<br />

diese Rate gleich<br />

q = –K s<br />

∙<br />

H<br />

L<br />

Gleichsetzen der beiden Gleichungen und<br />

Trennen der Variablen ergibt 1<br />

H<br />

dH = –K ∙ s<br />

A Boden<br />

A Bürette<br />

∙<br />

1<br />

L ∙ dt<br />

Durch Integrieren vom Anfangszustand<br />

H = H 0<br />

zum Zeitpunkt t = 0 bis zu einem<br />

Zeitpunkt t erhalten wir<br />

ln H(t) – ln H 0<br />

= – K S<br />

∙<br />

A Boden<br />

A Bürette<br />

∙<br />

1<br />

L ∙ t<br />

und somit<br />

A Boden<br />

1<br />

H(t) = H 0<br />

exp – K S<br />

∙ ∙ = a exp (–b ∙ t)<br />

L ∙ t<br />

A Bürette<br />

Wird über eine Regression eine Exponentialfunktion<br />

an die beobachtete Zeitreihe H(t) angepasst und<br />

so der Koeffizient b ermittelt, so ergibt sich daraus<br />

die gesättigte hydraulische Leitfähigkeit nach<br />

K S<br />

=<br />

A Bürette<br />

∙ L ∙ b<br />

A Boden<br />

mit A Bürette [cm 3 ] durchströmte Fläche der Bürette<br />

A Boden [cm 3 ] durchströmte Fläche der Bodensäule<br />

L [cm] Länge der Bodensäule<br />

t [s] Zeit seit Messbeginn<br />

H(t) [cm] Hydraulische Potentialdifferenz zur Zeit t<br />

b [cm 3 ] Exponent der angepassten Exponentialfunktion.<br />

<strong>KSAT</strong> VIEW nutzt zur Berechnung diese Methode.<br />

Messung mit Falling Head | 21


Messung mit Constant Head<br />

Voraussetzungen<br />

Der Messaufbau ist identisch wie bei Falling Head. Der entscheidende Unterschied<br />

besteht darin, dass in die Bürette das Constant Head Rohr (auch<br />

als Kapillare oder Luftkapillarrohr bezeichnet) mit Dichtungskappe gesteckt<br />

wird und die Zulaufbürette als Mariotte’sche Flasche fungiert. Die Änderung<br />

des Wasservolumens in der Mariotte’schen Flasche erlaubt die volumetrische<br />

Messung des kumulativen Zuflusses. Diese Änderung kann im Gegensatz zur<br />

Falling-Head Methode nicht vollautomatisch erfasst werden.<br />

Nach Öffnen des Bürettenhahns beginnt die Perkolation (Durchströmung der<br />

Probe). <strong>KSAT</strong> registriert nach Messbeginn die an der Probe anliegende Druckhöhe<br />

des zuströmenden Wassers, die nun konstant bleibt und durch die Eintauchtiefe<br />

der Luftkapillare reguliert wird. Der Benutzer markiert durch Mausklick<br />

in <strong>KSAT</strong> VIEW den Zeitpunkt des Erreichens von mindestens 2 Füllständen<br />

der Bürette.<br />

Die Messung ist beendet, sobald der letzte vorgewählte Füllstand markiert wurde.<br />

Hinweis:<br />

Aufgrund des Kapillarpotentials (ca. 1 hPa) ist der anliegende Druck nicht exakt identisch<br />

mit der Eintauchtiefe der Luftkapillare.<br />

Wegen der nicht kontinuierlichen Zuströmung von Luftblasen in die Mariotte‘sche Flasche<br />

schwankt der anliegende Druck. Dies wird von der Software ausgemittelt.<br />

Die unterste gewählte Füllstandshöhe der Bürette muss oberhalb der Eintauchtiefe der<br />

Luftkapillare liegen.<br />

22 | Messung mit Constant Head


Messablauf<br />

Bürette bis oben füllen.<br />

Constant Head Rohr einsetzen und<br />

z. B. auf 5 cm WS stellen.<br />

Messung mit „Constant Head“<br />

in der Software wählen.<br />

Gewünschte Ablesehöhen eingeben.<br />

5<br />

Click here<br />

Messung starten.<br />

Bürettenhahn öffnen.<br />

Bei den gewählten Ablesehöhen<br />

Button „Click here“ drücken.<br />

0<br />

Typische Messkurve zeigt einen konstanten Verlauf.<br />

Messung mit Constant Head | 23


Die Messung beginnt mit dem Öffnen des Bürettenhahns.<br />

Das Gerät nimmt bei vorgewählten Wasserständen Z [cm WS] die Daten Zeit<br />

t [in s] und kumulativ perkoliertes Wasservolumen V [cm³] auf. Hierzu müssen<br />

Sie bei Erreichen der vorgewählten Wasserstände die Taste „Click here“ drücken.<br />

Es gehen folgende Parameter in die Berechnung ein<br />

Länge L [cm] und Querschnittsfläche A [cm] der Bodensäule, Höhe der<br />

porösen Platte z [cm], konstante Druckhöhendifferenz H [cm] zwischen Zulauf<br />

und Ablauf.<br />

Auswertung der Constant-Head-Messung<br />

Zunächst erfolgt die Ermittlung der stationären Durchflussrate Q = ∆V/∆t über<br />

lineare Regression der Auslaufdaten.<br />

Die Berechnung der hydraulischen Leitfähigkeit K s<br />

[cm/d]<br />

bei konstantem Überstau erfolgt nach<br />

K S<br />

=<br />

Q<br />

A Bodensäule<br />

∙<br />

L<br />

H<br />

mit Q [cm 3 /d] stationäre Strömungsrate aus der Mariotte’schen Flasche<br />

A [cm 2 ] durchströmte Fläche der Bodensäule<br />

L [cm] Länge der Bodensäule<br />

H [cm] antreibende hydraulische Druckhöhendifferenz<br />

24 | Messung mit Constant Head


Ende einer Messkampagne<br />

Eine Falling-Head-Messung endet automatisch, wenn die Druckhöhendifferenz<br />

ein Stoppkriterium erreicht.<br />

Stoppkriterien sind<br />

• das Unterschreiten eines relativen Wasserstands im Vergleich zum Messbeginn<br />

• das Unterschreiten eines minimalen Wasserstands (absolut)<br />

Die voreingestellten Werte können User im Menü „Test Parameters“ verändern.<br />

Die Messung kann jedoch auch vorher schon manuell beendet werden,<br />

wenn Sie sehen, dass der zu ermittelnde Wert mit hoher Genauigkeit und Verlässlichkeit<br />

erhoben ist. Dies ist für mittel bis gut leitende Proben bereits nach<br />

wenigen Sekunden der Fall.<br />

Eine Constant-Head-Messung ist beendet, wenn der User für alle vorgewählten<br />

Wasserstände die entsprechenden Buttons angeklickt hat.<br />

Ausgabe der Messwerte<br />

Messwerte werden im .csv-Format gespeichert, so dass diese in Programmen<br />

wie z. B. Excel eingelesen werden können. Diagramme können als Bild im<br />

.jpg-Format exportiert werden.<br />

Anzeige des Start-Stop-Zeitintervalls<br />

Der Startzeitpunkt und der Stoppzeitpunkt der in der Auswertung verwendeten<br />

Daten sind durch eine senkrechte Linie im Grafikfenster der Datenanzeige<br />

gekennzeichnet.<br />

Ende einer Messkampagne | 25


Typische Messergebnisse<br />

Beispiel Sand, Falling-Head-Modus<br />

Beispiel feinkörniger Boden, Falling-Head-Modus<br />

26 | Typische Messergebnisse


Ursachen für eine<br />

nicht konstante Leitfähigkeit<br />

Wasserverlust aus dem Messaufbau<br />

Prüfen Sie den Messaufbau auf Wasseraustritt und stellen Sie die Dichtigkeit<br />

sicher:<br />

• zwischen Stechzylinder und Ring mit poröser Platte<br />

• und Stechzylinder und Krone.<br />

Lösen Sie die Schraubkappe, entnehmen Sie die Dichtringe und säubern Sie sie.<br />

Dann befestigen Sie den Stechzylinder wieder.<br />

Leitfähigkeit der Probe steigt im Lauf der Messung<br />

• Probe wird durch den Messvorgang innerlich erodiert.<br />

• Auflösung von Gasbläschen am Übergang Boden-Platte oder in der<br />

Bodenprobe.<br />

• Erwärmung des Wassers und die Viskosität der Messflüssigkeit verringert sich.<br />

• Wasserfluss durch Probe in einzelnen Makroporen als turbulente Strömung,<br />

die im Lauf der Messung aufgrund des geringer werdenden Druckgradienten<br />

laminar wird.<br />

Leitfähigkeit der Probe sinkt im Lauf der Messung<br />

• Rückgang der Ionenstärke im Wasser, wenn z. B. Messung mit<br />

zu geringem Elektrolytgehalt erfolgt.<br />

• Ausgasung innerhalb der Probe durch biogene Gasbildung oder aus nicht<br />

genügend entlüftetem Wasser<br />

• Abkühlung des Wassers und die Viskosität der Messflüssigkeit erhöht sich.<br />

• Ausgasung aus der Wasserphase erzeugt Blasenfilm am Übergang der<br />

Bodenprobe zu den porösen Platten<br />

Ursachen für eine nicht konstante Leitfähigkeit | 27


Typische Fehler und Abhilfe<br />

Aufstellung<br />

Falsch<br />

Richtig<br />

Schwingungen verfälschen<br />

das Messergebnis.<br />

Stabile, erschütterungsfreie Unterlage,<br />

mit Wasserwaage ausgerichtet<br />

Reinigung des Messdoms<br />

Falsch<br />

Druckaufnehmer<br />

Richtig<br />

Messdom vorsichtig<br />

reinigen. Druckaufnehmer<br />

nicht<br />

berühren.<br />

Lufteinschluss<br />

Falsch<br />

Lufteinschluss<br />

zwischen Krone<br />

und Bodenprobe<br />

zwischen Bodenprobe<br />

und<br />

Poren scheibe<br />

unter der<br />

Porenscheibe<br />

Richtig<br />

Krone<br />

Stechzylinder<br />

Bodenprobe<br />

Ring mit<br />

Porenscheibe<br />

Undichtigkeit<br />

Stechzylinder und/oder Dichtungen<br />

verschmutzt.<br />

Säubern Sie alle Flächen des Messaufbaus,<br />

vor allem Stechzylinder<br />

und Dichtungen.<br />

28 | Typische Fehler und Abhilfe


Fließraten<br />

Hohe Fließraten erodieren die Bodenprobe<br />

und führen zu falschen Messergebnissen.<br />

Bildung von Gasbläschen aus der Probe<br />

reduzieren die Leitfähigkeit.<br />

Extrem hohe Fließraten führen zu<br />

turbulenter Strömung, bei der das<br />

Messverfahren ungültig wird.<br />

Halten Sie den hydraulischen Gradienten<br />

generell niedrig.<br />

Laut DIN sollte der Gradient bei der<br />

Messung bei empfindlichen Proben den<br />

Verhältnissen im Feld angepasst werden.<br />

Dort ist der Gradient meist kleiner als 1,<br />

was im <strong>KSAT</strong> einer Anfangshöhe der<br />

Wassersäule kleiner 5 cm entspricht.<br />

Temperatureinflüsse<br />

Die Viskosität der Messflüssigkeit verringert<br />

sich durch Erwärmung. Eine Abweichung<br />

der Wassertemperatur von 20 auf 23° C<br />

führt zu einer Abweichung der Meßwerte<br />

von 18 %.<br />

Messgerät, Umgebung und Wasser<br />

müssen die gleiche Temperatur haben.<br />

Halten Sie die Umgebungstemperatur<br />

während der Messung konstant.<br />

Ionenstärke und die Ionenzusammensetzung<br />

Unterschiedliche Ionenstärke und<br />

die Ionenzusammensetzung führen zu<br />

einer Veränderung der gemessenen<br />

Leitfähigkeit.<br />

Stellen Sie sicher, dass diese Parameter<br />

in der Bodenprobe und im Wasser ähnlich<br />

sind. Korrigieren Sie wenn nötig durch<br />

Zugabe von CaCl 2<br />

.<br />

Ausgasen des Wassers<br />

Ausgasung von gelösten Gasen aus<br />

dem Wasser führt zu einem Blasenfilm<br />

am Übergang der porösen Scheibe zur<br />

Bodenprobe und einer Verminderung<br />

der gemessenen Leitfähigkeit.<br />

Verwenden Sie entgastes Wasser<br />

(Abkochen vor der Messung genügt).<br />

Ausgasende Bodenproben<br />

Lösen von Gasbläschen verändert<br />

die hydraulische Leitfähigkeit der<br />

Messanordnung.<br />

Verwenden Sie entgastes Wasser.<br />

Sättigen Sie die Bodenprobe<br />

unter Vakuum auf.<br />

Wasserablauf aus dem Gerät<br />

Erodierte Partikel aus nicht konsolidierten<br />

Proben wie Sand können zu einer Verstopfung<br />

des Ablaufs führen.<br />

Reinigen Sie den Messdom von Partikeln<br />

und spülen sie den Ablauf gründlich durch.<br />

Typische Fehler und Abhilfe | 29


Manuelle Installation des USB-Treibers<br />

• Verbinden Sie das Gerät mit dem USB-Port Ihres Computers.<br />

• Wählen Sie „device manager“ im „control panel“ (in Windows 2000 wählen<br />

Sie zuerst „Hardware“, dann "device manager“). Dann erscheint eine<br />

Liste von Geräten, die an den Computer angeschlossen sind.<br />

• Wählen Sie den UMS <strong>KSAT</strong> Adapter, klicken rechts auf die Maus und dann<br />

„properties".<br />

• Im angezeigeten Fenster wählen sie „driver“ und dann „update driver“.<br />

• Die Software fordert Sie auf zu browsen. Wählen Sie zum Beispiel:<br />

„C:\Programme\UMS GmbH\<strong>KSAT</strong> View\Driver\“<br />

• Wenn ein Warnhinweis erscheint wie „ … the hardware has not passed the<br />

Windows Logo Test …“ wählen Sie „Continue installation“.<br />

• Der Treiber sollte nun erfolgreich installiert sein.<br />

Hinweis:<br />

Für Windows 2000/XP benötigen Sie evtl. lokale Administratorenrechte. Abhängig von der<br />

Sprachversion Ihres Windows-Betriebssystems können die angezeigten Texte variieren.<br />

Firmware Update<br />

• Im Menü Extras „Update Firmware“ wählen<br />

• hex-Datei auswählen<br />

• Firmware Update wird durchgeführt<br />

Hinweis:<br />

Gerät nicht vom Computer trennen. Computer nicht herunterfahren.<br />

30 | Firmware Update


Wartung und Pflege<br />

Lagerung<br />

Wird das Gerät längere Zeit nicht verwendet, sollte es entleert werden. Trocknen<br />

Sie alle Teile, um Algenbildung zu vermeiden.<br />

Reinigung<br />

Das Äußere des Gerätes kann mit einem feuchten Tuch abgewischt werden.<br />

Vermeiden Sie das Eintrocknen von Wasserlachen.<br />

Haben sich Erd- und Sandkörner abgesetzt, so sollte das gesamte Gerät unter<br />

einem weichen Wasserstrahl gereinigt werden. Sie können die Reinigung mit<br />

Wasser durch einen Reinigungspinsel unterstützen.<br />

Die Ablaufrinne und die Leitung zum Ablauf können Sediment enthalten, vor<br />

allem wenn Proben durch den Messvorgang erodiert wurden. Spülen Sie das<br />

Gerät mit viel Wasser frei. Reinigen Sie auch die Gewinde der Abdeckhaube<br />

und des Messdoms mit Wasser und Bürste.<br />

Hinweis: Reinigung<br />

Reinigen Sie das Gerät nicht mit Seife, Spülmittel oder anderen tensidhaltigen Mitteln. Tenside<br />

verändern die Oberflächenspannung des Wassers, wodurch das Mess ergebnis verfälscht wird.<br />

Der Druckaufnehmer ist empfindlich gegen hohen Wasserdruck und die Berührung mit spitzen<br />

harten Gegenständen.<br />

Zubehör<br />

Transportbox und<br />

Stechzylinder<br />

Schlagadapter<br />

SZA<br />

Ring mit<br />

Porenscheibe<br />

HYPROP ©<br />

Laborverdunstungsverfahren<br />

zur<br />

Bestimmung der<br />

pF-Kurve und der<br />

ungesättigten<br />

Leitfähigkeit<br />

Normierter Stechzylinder zur Gewinnung ungestörter<br />

Proben mit einheitlichem Volumen in Transportbox<br />

zum optimalen Schutz<br />

Die Schlagadapter SZA250 ermöglichen eine vor sichtige<br />

Bodenprobenahme ohne Stauchung. Der Stechzylinder<br />

ist frei drehbar im Edelstahl-Schlagadapter.<br />

Die Anschaffung zusätzlicher Scheiben empfiehlt sich,<br />

wenn mehrere Bodenproben gleichzeitig aufgesättigt<br />

werden sollen. Dies reduziert die Messzeit erheblich.<br />

Die Verdunstungsmethode nach Wind/Schindler ist ein<br />

einfaches und schnelles Verfahren um die Retentionskurve<br />

anhand von 250 ml-Stechzylinder proben zu bestimmen.<br />

Durch zwei Tensiometerzellen in verschiedenen Höhen<br />

wird simultan die pF-WG-Kurve und die ungesättigte<br />

Leitfähigkeit bestimmt. Diese kann gegen die Wasserspannung<br />

oder den Wassergehalt aufgetragen werden.<br />

Wartung und Pflege | Zubehör | 31


Zahlen, Daten, Fakten<br />

Technische Daten<br />

Minimal messbare Werte für Ksat<br />

Maximal messbare Werte für Ksat<br />

Hydraulische Leitfähigkeit der Porenplatte<br />

Typische statistische Ungenauigkeit<br />

bei konstanten Umgebungsparametern und<br />

konstantem Fließwiderstand im Boden<br />

Genauigkeit des Drucksensors<br />

Genauigkeit des Temperatursensors<br />

Stechzylinder (passt auch auf UMS HYPROP ® )<br />

Software Voraussetzungen<br />

0,01 cm/d<br />

5000 cm/d<br />

Ks = 14000 cm/d<br />

etwa 2 %<br />

(in der Praxis ca. 10 %)<br />

1 Pa (entsprechend 0,01 cm WS)<br />

0,2° C<br />

Volumen: 250 ml<br />

Höhe: 50 mm, Ø (innen): 80 mm<br />

Windows 7 und neuer<br />

Microsoft Framework 3.5<br />

Bestimmungsgemäße Verwendung<br />

Das <strong>KSAT</strong> © dient der Messung der gesättigten Wasserleitfähigkeit von Bodenproben<br />

in einem UMS-Stechzylinder. Die Methodik folgt der DIN 19683-9 und<br />

DIN 18130-1 und beruht auf der Darcy-Gleichung.<br />

Die Auswertungsgleichungen basieren auf der Annahme laminaren Wasserflusses.<br />

Sie gelten also nur für geringe Fließgeschwindigkeiten.<br />

Garantie<br />

Die Garantiedauer beträgt 12 Monate und erstreckt sich bei bestimmungsgemäßer<br />

Verwendung auf Herstellungsfehler und Mängel. Der Umfang ist beschränkt<br />

auf die ersatzweise Lieferung oder Reparatur inklusive Verpackung.<br />

Versandspesen werden nach Aufwand berechnet.<br />

Erfüllungsort ist München, Gmunderstr. 37.<br />

32 | Zahlen, Daten, Fakten


Literaturverzeichnis<br />

Darcy, Henry (1856)<br />

Les fontaines publiques de la ville de Dijon. Dalmont, Paris.<br />

DIN 19683-9 (1998)<br />

Physikalische Laboruntersuchungen, Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit in<br />

wassergesättigten Stechzylinderproben. Beuth Verlag GmbH.<br />

DIN 18130 (1998)<br />

DIN 18130-1:1998-05 Baugrund – Untersuchung von Bodenproben; Bestimmung<br />

des Wasserdurch-lässigkeitsbeiwerts – Teil 1: Laborversuche. Beuth Verlag GmbH.<br />

DIN 19672-1 und E DIN ISO 10381-4<br />

Bodenentnahmegeräte für den Landeskulturbau; Geräte zur Entnahme von<br />

Bodenproben in ungestörter Lagerung bzw. Probennahme bei der Untersuchung<br />

von natürlichen, naturnahen und Kulturstandorten, Beuth Verlag GmbH.<br />

Dirksen C. (1999)<br />

Soil Physics Measurements. Catena Verlag, Reiskirchen.<br />

Hartge K.-H. und R. Horn (2009)<br />

Die physikalische Untersuchung von Böden. 4. Auflage. E. Schweizerbartsche<br />

Verlagsbuchhandlung, Stuttgart.<br />

McKenzie N.J., T.W. Green und D.W. Jacquier (2002)<br />

Laboratory measurement of hydraulic conductivity. In: McKenzie et al.: Soil<br />

Physical Measurement and Interpretation for Land Evaluation. CSIRO Publ.,<br />

Collingwood, Australien.<br />

Literaturverzeichnis | 33


Inhalt<br />

Theoretische Grundlagen ...................................................................................... 3<br />

Die Bedeutung des hydraulischen Widerstands..............................................3<br />

Messprinzip...........................................................................................................3<br />

Stechzylinderprobenahme.................................................................................4<br />

Wertebereiche für K f<br />

..........................................................................................5<br />

Perkolationslösung...............................................................................................6<br />

Erstinbetriebnahme ................................................................................................ 7<br />

Konfiguration des Gerätes ..................................................................................... 8<br />

Berücksichtigung des Plattenwiederstands ..................................................10<br />

Nullpunktsetzen .................................................................................................... 12<br />

Vorbereiten einer Messung ................................................................................. 13<br />

Aufsättigen der Bodenprobe ..........................................................................13<br />

Umgang mit quellenden Proben ....................................................................14<br />

Einbringen der Probe ins Gerät .......................................................................15<br />

Verdunstungsschutz bei Langzeitmessung ....................................................16<br />

Simulation einer Messung .................................................................................... 16<br />

Messung mit Falling Head ................................................................................... 17<br />

Messablauf ........................................................................................................18<br />

Auswertung .......................................................................................................21<br />

Messung mit Constant Head ............................................................................... 22<br />

Voraussetzungen ..............................................................................................22<br />

Messablauf ........................................................................................................23<br />

Auswertung .......................................................................................................24<br />

Ende einer Messkampagne ................................................................................ 25<br />

Ausgabe der Messwerte..................................................................................25<br />

Anzeige des Start-Stop-Zeitintervalls ..............................................................25<br />

Typische Messergebnisse (Beispiele) ................................................................. 26<br />

Ursachen für eine nicht konstante Leitfähigkeit ................................................ 27<br />

Typische Fehler und Abhilfe ................................................................................ 28<br />

Manuelle Installation des USB-Treibers................................................................ 30<br />

Firmware Update .................................................................................................. 30<br />

Wartung und Pflege .............................................................................................. 31<br />

Zubehöhr ............................................................................................................... 31<br />

Zahlen, Daten, Fakten .......................................................................................... 32<br />

Technische Daten ............................................................................................32<br />

Bestimmungsgemäße Verwendung ..............................................................32<br />

Garantie ............................................................................................................32<br />

Literaturverzeichnis ............................................................................................... 33<br />

34 | Inhalt


© 2013 UMS GmbH, München<br />

Druckschriftennummer: <strong>KSAT</strong>/L/12.12d<br />

Änderung, die dem technischen Fortschritt dienen, sind jederzeit möglich.<br />

<strong>KSAT</strong> ® und <strong>KSAT</strong> VIEW ® sind eingetragene Warenzeichen der UMS GmbH, München.<br />

Gedruckt auf Papier aus chlorfrei gebleichtem Zellstoff.<br />

UMS GmbH<br />

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81379 München<br />

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