Diplomarbeit - OPUS Bayreuth - Universität Bayreuth

5.4. LYSIMETER
in der Flasche befindet (0,4 bis 2 l), wird die Flasche komplett ausgetauscht und die Probe
im Kühlschrank bei 4 °C bis zur Aufarbeitung gelagert.
Zur Aufnahme des Chloriddurchbruches sind analog zu den Laborsäulenexperimenten
zwischen Lysimeterauslauf und Flasche eine Durchflußzelle zur Messung der elektrischen
Leitfähigkeit und der Chloridaktivität eingeschaltet. In diesem Fall besteht die Flasche aus
Kunststoff und ist mit 4 Wasserstandsensoren bestückt (Eigenbau Wehrer/Storck, Honeywell
LiquidLevelSensor, mit Widerständen 47 kΩ und 10 kΩ zur Spannungsreduktion). Daten
der Meßzellen (10-Minuten-Intervall) und Wasserstandssensoren (30-Minuten-Intervall)
werden ebenfalls mit dem Logger aufgezeichnet.
5.4.2 Beregner
Da sich zum einen die Lysimeterkästen als undicht erwiesen und zum anderen im vorgesehenen
Meßzeitraum Niederschlagsereignisse extrem selten auftraten, mußten die Lysimeter
künstlich beregnet werden. Der verwendete Beregner (Fa. EMC, nach Plänen von
Totsche) besteht aus einer Mariotteschen Flasche (30 l Vorratsvolumen bei 1 m Höhe
und Innendurchmesser 0,2 m) zur Einstellung einer konstanten Beregnungsrate, die über
ein Schlauchsystem mit einer kanülenbesetzten (49 Stück, Neolus 27G Innendurchmesser
0,4 mm, Fa. Terumo, Leuven, Belgium) Aluplatte (0,5 m x 0,5 m) verbunden ist. Die
Platte wird mit 0,25 m hohen Beinen mit Höhenausgleich parallel zur Erdoberfläche auf
das Lysimeter aufgesetzt. Acht Kanülen, unter denen sich Meßsonden befinden oder die
zu nahe am Lysimeterrand sind, werden mittels Stopfen ausgeschaltet. Die Sandschicht
im Lysimeter soll für eine dennoch gleichmäßige Verteilung des Wassers bis zur Ankunft
im Probenmaterial sorgen, was Wehrer [2003,unv.] in Farbtracerversuchen bestätigt fand.
Um die Verdunstung gering (und den Wassergehalt nahe an Sättigung) zu halten und Einund
Austräge von Spritzwasser zu vermeiden, werden Beregner und Lysimeter mit Folie
eingehüllt. Der natürliche Niederschlag, der meist PAK enthält, wird dem Lysimeter vorenthalten.
Als einzige natürliche Randbedingung verbleiben ausschließlich Temperatur und
Luftdruck.
Näherungsweise läßt sich der erwartete Ausfluß aus der Mariotteschen Flasche mit dem
Hagen-Poisseuilleschen Gesetz berechnen, wobei der Gesamtfluß als Summe der Einzelkapillaren
angenommen wird und der Widerstand der Schläuche vernachlässigt wird (Gl. 5.1,
der Faktor 10 g dient zur Umrechnung von cm auf Pa):
I = r4 i
π ∆p 10 g
8 ηl
(5.1)
I: Flußrate durch eine Kapillare [m 3 s −1 ]; ri: Innenradius der Kapillare [m]; ∆p: Druckunterschied
[cmW assersäule]; η: Viskosität von Wasser [Pa s]; l: Länge der Kapillare [m]
g: Fallbeschleunigung, 9,81 [m s −2 ]
Der Innenradius der Kanülen wird von mir auf 1,5 10 −4 m geschätzt, was sich bei
Überprüfung in einem Ausflußversuch mit 6 Kanülen als annehmbar erweist. Die Kanülenlänge
beträgt 0,025 m. η nimmt bei 10 °C einen Wert von 1,28 mPa s und bei 30 °C von
0,78 mPa s an [Hillel, 1996], eine Verringerung auf ca. 60 %; dagegen ist der temperaturbedingte
Dichteunterschied des Wassers zu vernachlässigen (unter 0,5 %, [Küster und Thiel,
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