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Karl Heinrich Hartge; Rainer Horn:

Einführung in die Bodenphysik

3. überarbeitete Auflage

1999. XI, 304 Seiten, 159 Abbildungen, 19 Tabellen, 15x23cm, 540 g
Language: Deutsch

ISBN 978-3-510-65223-5, brosch.

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Contents

Inhaltsbeschreibung top ↑

Erdbewegungen gewinnen immer mehr an Bedeutung, z. B. bei Umlagerungen, Schüttung und Verfüllung/Verdichtung und Knetung durch Befahrung. Stets greifen sie in die Wasser-, Luft- und Wärmehaushalte der Böden ein. Sie beeinflussen mithin die Umwelt und damit die Land- und Forstwirtschaft nachhaltig. Auch Rekultivierungsmaßnahmen und die Stabilität von Schüttkörpern, die Befahr- und Bearbeitbarkeit und die Erosion von Böden sind betroffen. Dies gilt auch für die Nachlieferung zum Grundwasser, und die Kontamination oder Reinigung des Grundwassers und des durchströmten Bodens sowie die Dichtigkeit von Abdeckungen. Das Buch beschreibt die dabei auftretenden bodenphysikalischen Zustände und Prozesse. Es schließt die Lücke zwischen allgemeinen Lehrbüchern der Bodenkunde und Spezialabhandiungen über Bodenmechanik und Hydrologie. In der 3. Auflage wurde das Kapitel »Der Pflanzenstandort und seine physikalische Veränderung« stark überarbeitet.

Inhaltsverzeichnis top ↑

Symbole und Abkürzungen XIII
Einleitung 1

1 Körnung 4 3
1.1 Einteilung 4
1.1.1 Korngrößen 5
1.1.2 Kornformen 6
I.1.3 Kornmischungen 7
1.2 Häufig vorkommende Körnungen und Ursachen für ihre
Entstehung 14
1.2.1 Sedimentationsgleichung l 5
1.2.2 Trennungsvorgänge 16
1.3 Räumliche Verteilung von Körnungen 18
1.4 Veränderungen von Korngrößenverteilungen im Boden 20
1.5 Beziehungen zu anderen Bodeneigenschaften 21
1.6 Bestimmungsmethoden 23
1.7 Literatur 24

2 Gefüge, Statik und Dynamik der Lagerung 25
2.1 Morphologie des Bodengefüges 25
2.2 Lagerungsdichte, Dichte des Bodens 27
2.3 Porenvolumen und Porenziffer 28
2.3.1 Theoretische Größen von Porenvolumina 29
2.3.1.1 Einfluß von Form und Sortierung 29
2.3.1.2 Einfluß der Teilchengröße 31
2.3.2 Kontaktzahlen 32
2.3.2.1 Zusammenhang zwischen Kontaktzahlen und Porenanteil 32
2.3.2.2 Natürliche Körnung und Aggregate 33
2.3.3 Einfluß der Bodenentwicklung 34
2.4 Porengrößenverteilungen 37 |
2.4.1 Einteilungen 37
2.4.2 Formen Größen und Entstehungsweisen von Poren 42
2.4.3 Auswirkungen der Porengrößenverteilungen 43
2.5 Stabilität und Lagerung 43
2.5.1 Kräftesysteme im Boden 44
2.5.1.1 Das Teilchengewicht 44
2.5.1.2 Über die feste Phase übertragene Auflagerkräfte 44
2.5.1.3 Über die flüssige (oder die gasförmige) Phase
übertragene Kräfte 45
2.5.1.4 Kräfte zwischen Oberflächen benachbarter Teilchen 45
2.5.2 Stabilität als Gleichgewicht der Kräfte 46
2.5.3 Scherwiderstand als Bodeneigenschaft 47
2.5.3.1 Scherwiderstand des Bodens und seine Erfassung 47
2.5.3.2 Beeinflussung des Scherwiderstands durch Bodensubstanzen 49
2.5.4 Konsistenz 51
2.5.5 Fließverhalten (Rheologie) 52
2.6 Drücke und Spannungen im Boden 55
2.6.1 Spannungsverteilungen und ihre Parameter 55
2.6.2 Vertikale Spannungskomponente 57
2.6.3 Horizontale Spannungskomponente 58
2.6.4 Spannungszustände im Boden 62
2.6.4.1 Erfassung des Spannungszustands 62
2.6.4.2 Vertikale Spannungsverteilungen in Böden 64
2.6.4.2.1 Anthropogen komprimierte Böden 65
2.6.4.2.2 Natürliche Lockerungen und Sackungen 65
2.6.4.2.3 Einfluß des Wassers 66
2.6.4.3 Spannungsverteilungen unter begrenzten Lasten 67
2.6.5 Grundbruch 69
2.7 Veränderungen der Lagerung durch mechanische Einflüsse 72
2.7.1 Auswirkungen menschlicher Eingriffe 72
2.7.2 Auswirkungen von Tiertätigkeit und Pflanzenwuchs 75
2.7.3 Auswirkungen des Gefrierens 77
2.8 Literatur 79

3 Wechselwirkungen zwischen Wasser und Boden 81
3.1 Wasseradsorption 81
3.1.1 Mechanismen der Adsorption 81
3.1.2 Eigenschaften des adsorbierten Wassers 83
3.2 Flockung und Peptisation 85
3.3 Schrumpfung 87
3.3.1 Ursachen der Schrumpfung 88
3.3.2 Schrumpfung in Böden 91
3.4 Quellung 92
3.4.1 Ursachen der Quellung und Quellungsdrücke 92
3.4.2 Hemmung der Quellung 95
3.5 Rißbildungen 97
3.6 Wasser als Stabilitätsfaktor 101
3.6.1 Statischer Wasserdruck 101
3.6.2 Strömungsdruck 104
3.7 Benetzungseigenschaften 106
3.7.1 Benetzung und Benetzungswinkel 107
3.7.2 Benetzbarkeit von Böden 110
3.8 Elektrische Strömungspotentiale 112
3.9 Literatur 113

4 Verbreitung und Hydrostatik des Bodenwassers 115
4.1 Verbreitung und Herkunft des Wassers 115
4.2 Kräfte im Bodenwasser 116
4.3 Die Grundwasseroberfläche als Bezugspunkt 118
4.4 Potential des Bodenwassers 119
4.4.1 Gesamtpotentiale und Teilpotentiale 121
4.4.1.1 Das Matrixpotential 122
4.4.1.2 Das Gravitationspotential 122
4.4.1.3 Das osmotische Potential 123
4.4.1.4 Das Auflastpotential 123
4.4.1.5 Das Druckpotential 124
4.4.2 Kombination von Teilpotentialen 125
4.4.3 Meßgeräte 126
4.5 Potentialgleichgewicht 128
4.6 Wasserspannung und Wassergehalt 131
4.6.1 Einfluß der Körnung auf die Wasserspannungskurve 132
4.6.2 Einfluß des Gefüges auf die Wasserspannungskurve 132
4.6.3 Hysteresis der Wasserspannungskurve 134
4.6.4 Bestimmung der Wasserspannungskurve 135
4.6.5 Mathematische Beschreibung der Wasserspannungskurve 136
4.7 Literatur 137
5 Wasserbewegung im Boden 138
5.1 Eigenschaften von Wasserbewegungen im Boden 138
5.1.1 Strömungsfelder l 41
5.1.2 Rand- und Grenzbedingungen 142
5.1.3 Eindimensionale Strömung 143
5.1.4 Zwei- und dreidimensionale Strömungen 146
5.2 Ungesättigter Fluß 149
5.3 Nichtstationärer Fluß 152
5.3.1 Verwendung der Diffusionsgleichung 155
5.4 Wasserleitfähigkeit des Bodens 156
5.5 Dampfförmiger Wassertransport 164
5.6 Literatur 165
6 Wasserhaushalt im Boden 166
6.1 Grund- und Stauwasser 168
6.2 Gang der Wasserspannungen 171
6.3 Kennwerte des Wasserhaushalts 178
6.3.1 Feldkapazität 178
6.3.2 Permanenter Welkepunkt 180
6.3.3 Hygroskopizität 181
6.4 Infiltration 181
6.5 Dränung 186
6.6 Evaporation 194
6.7 Literatur 198

7 Die Gasphase im Boden 200
7.1 Mengen und Verteilungen der Gasphase 200
7.2 Energetische Lage der Gasphase 201
7.3 Zusammensetzung der Gasphase 203
7.4 Transportvorgänge 205
7.4.1 Diffusion 205
7.4.2 Massenfluß 207
7.4.3 Umverteilungen 208
7.5 Gashaushalt 210
7.6 Literatur 214

8 Das thermische Verhalten des Bodens 215
8.1 Verteilung der Wärme im Boden 215
8.2 Wärmequellen 216
8.3 Thermische Eigenschaften des Bodens 218
8.3.1 Wärmekapazität 218
8.3.2 Wärmeleitfähigkeit 220
8.3.3 Temperaturleitfähigkeit 222
8.3.4 Absorption 222
8.4 Wärmetransportmechanismen 223
8.5 Wärmehaushalt im Boden 225
8.6 Gefrieren des Wassers und seine Folgen 229
8.6.1 Gefriervorgang und Eisbildung 229
8.6.2 Gefriervorgang und Wasserbewegung 230
8.6.3 Gefügebildung 232
8.7 Literatur 233
9 Der Pflanzenstandort und seine physikalische Veränderung 235
9.1 Bedürfnisse der Pflanzen hinsichtlich der Wasserversorgung 235
9.2 Interaktionen zwischen mechanischen und hydraulischen
Vorgängen 239
9.2.1 Mechanische Bodendeformation 239
9.2.2 Wechselwirkungen zwischen hydraulischen Porenfunktionen
und mechanischen Kenngrößen 242
9.2.3 Dynamik physikalischer Bodenkenngrößen als Grundlage zur
Beurteilung von Bodenbewirtschaftungsmaßnahmen 243
9.3 Eingriffe in das hydraulische Spannungssystem 244
9.3.1 Entwässerung 244
9.3.2 Bewässerung 247
9.3.3 Perkolationen 248
9.4 Eingriffe in das mechanische Spannungssystem 250
9.4.1 Verdichtung 250
9.4.2 Lockerung 251
9.4.3 Materialumlagerungen 252
9.5 Literatur 253

10 Erosion 255
10.1 Allgemeine Gesetzmäßigkeiten 255
10.1.1 Ablösung von Teilchen und Aggregaten 256
10.1.2 Transport und Ablagerung 259
10.2 Ansätze für Abhilfemaßnahmen 260
10.2.1 Erodierbarkeit 261
10.2.2 Erodierende Wirkung 263
10.3 Erosionsgleichungen 264
10.3.1 Bodenerosion durch Wasser 264
10.3.2 Bodenerosion durch Wind 267
10.4 Literatur 267

11 Filterung und Dekontamination 269
11.1 Filtervorgänge in Böden 269
11.1.1 Typen von Filtern 269
11.1.2 Böden als Filter 271
11.2 Säuberung und Regeneration von Filtern 273
11.3 Verdrängungsvorgänge 274
11.3.1 Durchtrittskurve 274
11.3.2 Hydrodynamische Dispersion 278
11.3.3 Molekulare Diffusion 279
11.3.4 Adsorption und Austausch 280
11.3.5 Weitere Einflußfaktoren 28 l
11.4 Erfassung der Wirksamkeit eines Filters 282
11.5 Folgerungen im Hinblick auf Förderung erwünschter Vorgänge 283
11.5.1 Rückhaltung von Inhaltsstoffen im Filterbereich 284
l l.5.2 Auswaschung von Salzen, Schadstoffen und anderen Substanzen 285
11.6 Literatur 286
12 Weiterführende Literatur 289
12.1 Spezielle Lehrbücher und Monographien 289
12.2 Sammelreferate 290
12.3 Berichte von Symposien und Tagungen 290

Häufige Umrechnungen 291

Sachregister 295