Original paper

Abschätzung der Grundwasserneubildung aus Saugspannungsmessungen

[Calculation of Groundwater Recharge from Suction-head Measurement]

Merkel, Broder

Kurzfassung

Zur Messung der Saugspannungen im Boden und in wasserungesättigten Lockergesteinen wurde ein kostengünstiges, elektronisches Tensiometer entwickelt. Als Meßzelle wurde eine keramische Kerze in Verbindung mit einem temperaturkompensierten, piezoresistiven Druckaufnehmer verwendet. In einem ca. 12 m mächtigen ungesättigten Schotterkörper wurden mit Hilfe digitaler Meßdatenerfassung die Wasserspannungen unter natürlichen Bedingungen und mit hoher zeitlicher Auflösung gemessen. Durch Verwendung eines einfachen physikalischen Modells wurde versucht, die Porengrößenverteilung sandiger Kiese aus dem Porenvolumen und der Korngrößenverteilung zu berechnen. Aus der Porengrößenverteilung wurde die Wasserleitfähigkeit im ungesättigten Lockergestein mit Hilfe der KOZENEY-CARMAN-Gleichung berechnet. Diese physikalischen Modellvorstellungen wurden mit Hilfe eines mathematischen Sickerwassermodells überprüft, in dem nicht nur die gemessenen und berechneten Grundwasserneubildungsraten, sondern auch die gemessenen und berechneten Saugspannungen respektive Wassergehalte miteinander verglichen wurden.

Abstract

To measure the suction-head of soils and unsaturated sandy gravel a low-cost electronic tensiometer was developed, using a ceramic cell and a piezoresistive pressuresensor with temperature compensation. The suction-head of a 12m thick layer of unsaturated gravel was investigated with the help of an analog-data-aquisition system providing natural conditions and a high measurement frequency. The size distribution of pores in sandy gravel was calculated from pore volume and the grain distribution. The permeability was calculated from the size distribution of pores by using the KOZENEY-CARMAN equation. This simple physical model was tested with the help of a mathematical model of unsaturated water flow by comparing not only the measured and calculated groundwater recharge but also the measured and calculated suction head.

Keywords

Physical modelmathematical modeltensiometerimbibitioninfiltrationporositypermeabilitygroundwater recharge