Geländepraktikum Bodenphysik 2003 TDRsTensiometer Instantaneous Profile Experiment.
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Geländepraktikum Bodenphysik 2003 TDR’s Tensiometer Instantaneous Instantaneous Profile Experiment Profile Experiment
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Geländepraktikum Bodenphysik 2003
TDR’sTensiometer
Instantaneous Profile Instantaneous Profile ExperimentExperiment
Gliederung
• Versuchsbeschreibung• Messdaten (Wassergehalte, Matrixpotentiale)• Klassische Auswertung • Inverse Simulation
Standort FAL
Infiltration
0
10
20
30
40
50
60
70
0 50 100 150 200 250 300
Zeit [h]
Wa
ss
erg
eh
alt
[%
]
20 cm
20 cm
40 cm
40 cm
60 cm
60 cm
80 cm
Messdaten Wassergehalte (TDR)
Do 26.6
Fr 27.6 Mo 30.6 Fr 4.7. Di 8.7.
Messdaten Matrixpotential
Klassische Auswertung
z
Hkzt )(
i
i
z
z
t z
Hkdz |)(
0
i iz z
t z
Hkdz
0 0
)(
H: hydraulisches Potentialzi: Messtiefen (20, 40, 60, 80 cm) z-Achse positiv nach unten !
Richards-Gleichung:
Integration zwischen Bodenoberfläche und zi:
1. Bestimmung von .
iz
t dz0
0
10
20
30
40
50
60
70
0 50 100 150 200 250 300
Zeit [h]
Wa
ss
erg
eh
alt
[%
]
20 cm
20 cm
40 cm
40 cm
60 cm
60 cm
80 cm
Messdaten Wassergehalte
Do 26.6
Fr 27.6 Mo 30.6 Fr 4.7. Di 8.7.
0
10
20
30
40
50
60
70
0 50 100 150 200 250 300
Zeit [h]
Wa
ss
erg
eh
alt
[%
]
20 cm
40 cm
60 cm
80 cm
Wassergehalte
0
10
20
30
40
50
60
70
0 50 100 150 200 250 300
Zeit [h]
Wa
ss
erg
eh
alt
[%
]
20 cm
40 cm
60 cm
80 cm
Wassergehalte
Wassergehaltsprofile
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50
Wassergehalt [%]
Tie
fe [
cm
]
0
0.25
0.5
0.75
1
3
12
48
256
Integration zwischen 0 und zi zwischen Bodenoberfläche und zi gespeicherter Wassergehalt.
Wassergehaltsprofile
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30 40 50
Wassergehalt [%]
Tie
fe [
cm
]
0
0.25
0.5
0.75
1
3
12
48
256
z.B.z = 40 cmt = 256 h
Integration zwischen 0 und zi zwischen Bodenoberfläche und zi gespeicherter Wassergehalt.
Wasserspeicherung im Profil
Für ausgewählte Zeiten werden Ableitungen gebildet.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 50 100 150 200 250 300
Zeit [h]
Inte
gra
ler
Wa
ss
erg
eh
alt
zw
. 0
un
d z
i [c
m]
20 cm
40 cm
60 cm
80 cm
iz
t dz0
• 2. Bestimmung von .izz
H|
Hydraulisches Potential
Hydraulisches Potential: H = z+
Hydraulisches Potential: angepasste Kurven
Hydraulisches Potential: Tiefenprofile
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
0 20 40 60 80 100
Tiefe [cm]
Hyd
rau
lis
ch
es
Po
ten
tia
l [c
m]
t=0
t=0.25
t=0.5
t=0.75
t=1
t=1.5
t=3
t=6
t=12
t=24
t=48
t=96
t=256
Ableitung nach der Tiefe liefert hydraulischen Gradienten .izz
H|
0
50
100
150
200
250
300
0 20 40 60 80 100 120
Matrixpotential [cm]
K(p
si)
[c
m d
-1]
20 cm
40 cm
60 cm
80 cm
Ergebnisse: ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit
Ergebnisse: ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit
0.01
0.1
1
10
100
1000
0.5 1 1.5 2 2.5
pF
K (
ps
i) [
cm
d-1
]
20 cm
40 cm
60 cm
80 cm
Ergebnisse: ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit
0
50
100
150
200
250
300
0 20 40 60 80 100 120 140
Matrixpotential [cm]
K(p
si)
[c
m d
-1]
20 cm40 cm60 cm80 cmfit
Ks [cm d-1] alpha n Theta r
20 cm 54 0.02 2.16 0
40 cm 82 0.02 2.37 0
60 cm 179 0.007 2.18 0
80 cm 537 0.02 1.8 0.01
Retentionskurve
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Wassergehalt [%]p
F
20 cm
40 cm
60 cm
80 cm
Retentionskurve
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Wassergehalt [%]
pF
20 cm
40 cm
60 cm
80 cm
fit
Ks [cm d-1] alpha n Theta r
20 cm 54 0.02 2.16 0
40 cm 82 0.02 2.37 0
60 cm 179 0.007 2.18 0
80 cm 537 0.02 1.8 0.01
Ergebnisse Inverse Simulation
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
0 50 100 150 200 250 300
Time [hours]
Observation Nodes: Pressure Heads
Non-linear least-squares analysis: final results ================================================ 95% Confidence limits Variable Value S.E.Coeff. Lower Upper WCR .78000E-01 .47270 -.84905 1.00505 WCS .45000E+00 .70901 -.94049 1.84049 ALPHA .36000E-01 .04992 -.06190 .13390 N .15600E+01 .37980 .81514 2.30486 CONDS .65000E+01 19.16508 -31.08630 44.08630
Inverse Solution Information
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0 50 100
|h| [cm]
Hydraulic Properties: Theta vs. hHydraulic Properties: Theta vs. h
Hydraulic Properties: K vs. Theta
0
1
2
3
4
5
0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45
Theta [-]
Hydraulic Properties: K vs. Theta
Hydraulic Properties: K vs. h
0
1
2
3
4
5
6
7
0 20 40 60 80 100
|h| [cm]
Hydraulic Properties: K vs. h
Ks [cm d-1] alpha n Theta r
Klassische Auswertung
208 0.03 2.72 0.2
Inverse Simulation
156 0.04 1.56 0.08
Vergleich:Klassisch vs. Inverse Simulation
Ks [cm d-1] alpha n Theta r
Klassische Auswertung
20 cm 54 0.02 2.16 0
40 cm 82 0.02 2.37 0
60 cm 179 0.007 2.18 0
80 cm 537 0.02 1.8 0.01
Inverse Simulation
156 0.04 1.56 0.08
Vergleich:Klassisch vs. Inverse Simulation
...
• Für jede Messtiefe eine andere Leitfähigkeitsfunktion oder Mittelung ?, wie ?
• Fehlerabschätzung ?• Vergleich mit Ergebnissen aus Boku-Praktikum
(Ks-Werte).
