Dr. Max Köhne
Kurzfassung der Dissertation:
Analyse präferentiellen Wasserflusses und Stofftransports in strukturierten Böden mit Hilfe eines Dual-Porositätsmodells:Präferentielle Stoffausträge aus landwirtschaftlichen Flächen können zu einer Anreicherung von Nährstoffen und Pflanzenschutzmitteln im Grund und Oberflächenwasser führen.
Das Ziel dieser Arbeit war es zum einen, Prozesse und Einflußgrößen zu identifizieren, die den präferentiellen Bodenwasserfluß und Stofftransport in einem strukturierten, gedränten Ackerboden beeinflussen.Zum anderen sollte die quantitative Beschreibung der präferentiellen Wasser- und Stoffverlagerung mit dem Dual-Porositätsmodell DUAL anhand einer unabhängigen Ermittlung der physikalisch basierten Modellparameter verbessert werden.
In Sensitivitätsanalysen mit DUAL war ein kleiner konvektiver und diffusiver Massentransfer zwischen der Matrix und dem Grobporensystem Voraussetzung für die Simulation des präferentiellen Wasserflusses und Stofftransports.
Mit Hilfe einer Kalibrierung der Massentransferparameter Ka (effektive hydraulische Leitfähigkeit der Randschicht) und Da (effektiver Diffusionskoeffizient der Randschicht) konnte mit DUAL der in einem Bodensäulen- und einem Feldexperiment beobachtete präferentielle Transport beschrieben werden.
Zur unabhängigen Ableitung der Parameter Ka und Da , sowie zur Ableitung der van Genuchten-Mualem-Parameter für Matrix und Grobporensystem wurden experimentelle und theoretische Methoden entwickelt. Die übrigen Modellparameter für DUAL wurden aus dem Bodengefüge, aus Färbeversuchen und Laborsäulenversuchen abgeleitet. Die zeitliche und räumliche Dynamik des präferentiellen Bodenwasserflusses und Stofftransports in strukturierten, gedränten Böden wurde am Versuchsstandort Bokhorst anhand eines Verlagerungsexperiments studiert. Der Dränabfluß wurde mit DUAL und dem zweidimenionalen Modell einfacher Porosität HYDRUS2D vergleichbar gut abgebildet.
Die Bromidkonzentration im Dränabfluß konnte dagegen nur mit DUAL relativ genau beschrieben werden. Aus dem Vergleich von Simulation und Meßbeobachtungen wurde zum einen abgeleitet, daß im Winterhalbjahr ein Grobporensystem - und nicht einzelne überkapillare Makroporen - den präferentiellen Transport am Standort maßgeblich verursachen.
Zum anderen führen vertikale und horizontale präferentielle Fließbahnen an gedränten Standorten zu einer größeren Stoffdispersion mit starker horizontaler Ausbreitung.