Größe dar und entspricht gewöhnlich nicht der Wasserabgabe aus der Schneedecke. Die Ursache ist das hohe Speichervermögen des Schnees. Erst wenn das Vermögen der Schneedecke, Schmelzwasser zurückzuhalten, erschöpft ist, wird es an den Boden abgegeben. Abb. 4-14 zeigt eine schematische Darstellung dieser Vorgänge. In der Akkumulationsphase wächst die nur aus Schneekristallen bestehende Schneedecke an. In der Verdichtungsphase erfolgt Schneeschmelze und Setzung, wobei eine Verdichtung auch ohne Schmelze stattfindet.
Abb. 4-14 | Phasen der Schneedeckendynamik.
Die Schneedecke besteht nun aus Schneekristallen, Eis, Luft und Wasser. Erst in der Abbauphase erfolgt eine Wasserabgabe aus der Schneedecke.
Weiterführende Literatur
Haan, C. T. (1977): Statistical Methods in Hydrology. Ames, IA.
Haberlandt, U. (2011): Interpolation of precipitation for flood modelling. In: Schumann, A. (Hrsg.): Flood Risk Assessment and Management. Berlin, S. 35–52.
Häckel, H. (2008): Meteorologie. 8. Auflage. Stuttgart.
Smith, J. A. (1993): Precipitation. In: Maidment, D. R. (Hrsg.): Handbook of Hydrology. New York, S. 3.1–3.47.
Teegavarapu, R. S. V. (2012): Floods in a changing climate. Extreme Precipitation. New York.
| 5Bodenwasserhaushalt
Gerd Wessolek
Inhalt
5.1 Hydraulische Bodeneigenschaften und Kennwerte
5.2 Potenzialkonzept, Wasserspannung und Wassergehaltsmessungen
Der Boden stellt ein wichtiges Bindeglied zwischen Atmosphäre, Biosphäre und Grundwasser dar. Für Pflanzen ist Boden Wuchsstandort und Wasserspeicher; für das Grundwasser wirkt er als Sickerwasserspender und Filterkörper und ist eine Hauptquelle für die Grundwasserneubildung. Der Bodenwasserhaushalt ist von Klima, Boden, Nutzung und Grundwasserstand abhängig und weist innerjährlich eine große Dynamik auf. Der Bodenwasserspeicher wird mit der nutzbaren Feldkapazität im effektiven Wurzelraum beschrieben. Die Infiltration von Niederschlagswasser in den Boden und der Weitertransport sind abhängig von der Wasserleitfähigkeit. Bodenwasser kann versickern oder aus dem Grundwasser bei Austrocknung des Oberbodens kapillar aufsteigen. Die Richtung des Wasserflusses wird mithilfe des Potenzialkonzepts charakterisiert. Mithilfe von numerischen Modellen lassen sich Wassergehalte, Wasserbewegung und Bodenwasserhaushaltskomponenten berechnen.
5.1 | Hydraulische Bodeneigenschaften und Kennwerte
Das Bodenvolumen setzt sich aus dem Volumen der Festphase und des Porenraums zusammen.
Die physikalischen Bodeneigenschaften werden maßgeblich über den Porenraum, d.h. durch das Gesamtporenvolumen, die Porengrößenverteilung und durch die Kontinuität der Poren bestimmt.
Der Boden besteht aus einer Festphase mit mineralischen und organischen Bestandteilen und aus dem Porenraum. Entsprechend lässt sich das Volumen eines Bodenkörpers beschreiben durch:
Der Porenraum ist mit Wasser und/oder mit Gas gefüllt; die prozentualen Volumenanteile schwanken stark je nach Jahreszeit und Witterung:
Die Größe und Verteilung der Poren hängt ab von:
▶der Bodenart, also den Anteilen von Sand, Schluff und Ton,
▶dem Bodengefüge und
▶der Anordnung bzw. Lagerung der Bodenpartikel.
Letztere wird beschrieben durch die Trockenrohdichte des Bodens (ρTD):
Ein Boden mit einer ρTD von 1,2–1,4 wird als locker gelagert bezeichnet, ein Boden mit einer ρTD von > 1,7 dagegen als dicht. Die Einteilung, ob ein Boden als dicht oder noch als locker anzusehen ist, ist vor allem von seinen gefügeprägenden Ton- und Schluffgehalten abhängig (Renger et al. 2014).
Tab. 5-1 | Einteilung der Porengrößenbereiche, -durchmesser, Funktion und Wasserspannung (nach AG Boden 2005)
| Porengrößenbereich | Porendurchmesser [μm] | Hydrologische Funktion | Wasserspannung [hPa] | [pF Stufe] |
| Grobporen, weit | > 50 | Schnell dränende Poren, daher luftführend | < 60 | < 1,8 |
| Grobporen, eng | 50–10 | Langsam dränende Poren, wasser- und luftführend, pflanzenverfügbares Wasser | 60–300 | 1,8–2,5 |
| Mittelporen | 10–0,2 | Pflanzenverfügbares Wasser | 300–15 000 | 2,5–4,2 |
| Feinporen | < 0,2 | Totwasser (nicht pflanzenverfügbar) | > 15 000 | > 4,2 |
Der Durchmesser bestimmt die Funktion einer Pore.
Die Poren werden in Grob-, Mittel- und Feinporen unterteilt. Wie aus Tab. 5-1 ersichtlich wird, werden die Porengrößenbereiche einem bestimmten Porendurchmesser, einer hydrologischen Funktion sowie einer definierten Wasserspannung zugeordnet.
Je kleiner die Poren sind, desto stärker wird das Wasser in diesen gebunden. Dieser Zusammenhang wird durch die Steighöhengleichung beschrieben, wobei hk als Maß für die Bindungsstärke dem Wasseraufstieg in einer Kapillaren mit dem Radius r entspricht:
Da bis auf r alle anderen Größen als konstant angesehen werden können, vereinfacht sich die Gleichung zu:
Porengrößenverteilung im Boden
Die hydraulischen Bodeneigenschaften lassen sich mit zwei Funktionen beschreiben: der Wasserretentionskurve (pF-Kurve) und der Wasserleitfähigkeit in Abhängigkeit von der Wasserspannung. Erstere wird auch als pF-Kurve oder Bodenwassercharakteristik bezeichnet. Sie beschreibt die Beziehung zwischen der Wasserspannung in hPa oder als logarithmierter Wert log hPa = pF-Stufe und dem Wassergehalt [Vol.-%]. Ihr Verlauf ist für jede Bodenart und Trockenrohdichte charakteristisch und ein wichtiges Merkmal
