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Dokumentenidentifikation DE19907462C1 21.06.2000
Titel Verfahren zum automatischen Betrieb eines wägbaren Grundwasserlysimeters
Anmelder UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH, 04318 Leipzig, DE;
Umwelt-Geräte-Technik GmbH, 15374 Müncheberg, DE
Erfinder Meissner, Ralph, Prof. Dr., 39615 Seehausen, DE;
Rupp, Holger, Dr., 39615 Seehausen, DE;
Seyfarth, Manfred, Dr.-Ing., 12559 Berlin, DE;
Punzel, Jürgen, Dr., 16227 Eberswalde, DE
Vertreter Patentanwälte Gulde Hengelhaupt Ziebig, 10117 Berlin
DE-Anmeldedatum 13.02.1999
DE-Aktenzeichen 19907462
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.06.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2000
IPC-Hauptklasse G01N 33/18
IPC-Nebenklasse G01V 1/30   G01N 1/02   G01N 33/24   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen betrieb eines wägbaren Grundwasserlysimeters, bei dem der Grundwasserspiegel im Lysimetergefäß durch den Wasserspiegel in einem Referenzgefäß angezeigt und durch Wasserzugabe oder Wasserentnahme auf den Vergleichswert des natürlichen Standortes eingestellt wird, und bei dem das Lysimetergefäß mit dem Bodenkörper in vorgegebenen Zeitabständen im automatischen Meßbetrieb mit Datenaufzeichnung gewogen wird.
Die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem ein automatischer Betrieb eines wägbaren Grundwasserlysimeters mit einer Regelung des Wasserspiegels im Lysimeter auf die Grundwasserspiegelhöhe des umgebenden Standortes bei gleichzeitiger Erfassung der Fließrate dieser Wasserbewegung gewährleistet werden, wird dadurch gelöst, daß das Referenzgefäß 6 geschlossen ist, teilweise mit Wasser gefüllt und der Druck im verbleibenden Luftraum geregelt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Betrieb eines wägbaren Grundwasserlysimeters gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Lysimeter sind Meßeinrichtungen zur Bestimmung des Wasser- oder Stoffhaushaltes eines Bodenkörpers unter vorgegebenen Bedingungen.

In der Regel sollen dabei die natürlichen Bedingungen eines gewählten Standortes realisiert werden. Zur Realisierung dieser Bedingungen werden die Lysimetergefäße direkt auf dem zu untersuchenden Standort installiert. Damit können die geforderten Randbedingungen an der Oberfläche des betrachteten Bodenkörpers weitgehend erfüllt werden. Die untere Randbedingung des Bodenkörpers im Lysimeter muß in geeigneter Weise geführt werden, so daß die Wasserbewegung in gleicher Weise erfolgt wie im ungestörten Boden.

Als Grundwasserlysimeter wird eine Bauform bezeichnet, bei der im Lysimetergefäß ein Grundwasserspiegel bis zur Tiefe des Lysimetergefäßes nachgebildet wird. Diese Bauform ist für Standorte mit einem entsprechenden Grundwasserflurabstand bis maximal zur Lysimetertiefe geeignet (Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau e. V. (1980): Empfehlungen zum Bau und Betrieb von Lysimetern, Heft 114).

Der Grundwasserspiegel im Lysimeter wird in der Regel durch den Wasserspiegel in einem Referenzgefäß gesteuert und durch Wasserzugabe oder Entnahme auf den Vergleichswert des natürlichen Standortes eingestellt. Die in den Meßintervallen zu- oder abgegebenen Wassermengen ergeben die gesuchten Fließraten des Bodenwassers.

Zusätzlich zu diesen Fließraten im Grundwasserbereich soll die Gesamtverdunstung an der Lysimeteroberfläche ermittelt werden. Dazu wird das Lysimetergefäß mit dem Bodenkörper in vorgegebenen Zeitabständen gewogen. Diese Wägung erfolgt in der Regel im automatischen Meßbetrieb mit Datenaufzeichnung.

Die beschriebene und bekannte Einstellung des Grundwasserspiegels beeinflußt jeweils das Gewicht des Lysimeters. Eine Veränderung des Grundwasserspiegels muß daher bei der Datenauswertung zur Bestimmung der Gesamtverdunstung gesondert berücksichtigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zu entwickeln, mit dem ein kostengünstiger und zuverlässiger automatischer Betrieb eines wägbaren Grundwasserlysimeters mit einer Regelung des Wasserspiegels im Lysimeter auf die Grundwasserspiegelhöhe des umgebenden Standortes bei gleichzeitiger Erfassung der Fließrate dieser Wasserbewegung gewährleistet werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Nach der Erfindung wird das Referenzgefäß geschlossen ausgeführt, teilweise mit Wasser gefüllt und der Druck im verbleibenden Luftraum wird geregelt. Das Gewicht des Referenzgefäßes wird über eine gesonderte Wägung erfaßt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel eines Grundwasserlysimeters näher erläutert werden. In der zugehörigen einzigen Figur ist eine schematische Darstellung des Lysimeters nach der Erfindung in Arbeitsposition gezeigt.

Das in der Figur dargestellte wägbare Grundwasserlysimeter besteht aus einem Lysimetergefäß 1 mit einer zu untersuchenden Bodensäule 2, einer Dränschicht 3 und einem Grundwasserspiegel 4, aus einer Wägeeinrichtung 5 unterhalb des Lysimetergefäßbodens sowie aus einem Referenzgefäß 6 mit einer weiteren Wägeeinrichtung 7, einem Drucksensor 8 und einem Druckregler 9.

Das Lysimeter ist in einen Schacht 10 eingebracht.

Für den automatischen Betrieb des Grundwasserlysimeters nach der Erfindung wird der Grundwasserspiegel 4 im Lysimetergefäß 1 in bekannter Weise auf den Wert des natürlichen Standortes 11 geregelt. Nach der Erfindung wird dazu in dem geschlossenen Referenzgefäß 6 der Gesamtdruck im Wasservolumen 14 auf die hydraulische Druckhöhe des natürlichen Standortes 11 geregelt. Das Referenzgefäß 6 kommuniziert unterhalb des Wasserspiegels 4 über eine Leitung 13 mit dem Lysimetergefäß 1 und realisiert seinen Gesamtdruck als hydraulische Druckhöhe im Lysimetergefäß 1. Der Gesamtdruck im Referenzgefäß 6 wird aus der hydraulischen Druckhöhe seiner Wasserfüllung 14 und aus dem Luftdruck über dem Wasserspiegel 12 gebildet und durch den Drucksensor 8 erfaßt.

Nach der Erfindung wird der Gesamtdruck im Referenzgefäß 6 allein durch den Luftdruck über seiner Wasserfüllung 14 geregelt. Der Sollwert wird durch einen Drucksensor 15 im natürlichen Standort 11 gewonnen.

Die Fließrate aus dem Referenzgefäß 6 in das Lysimetergefäß 1 über die Leitung 13 wird über eine Wägung des Referenzgefäßes 6 mittels der Wägeeinrichtung 7 oder über eine nicht dargestellte Füllstandsanzeige in bekannter Art und Weise kontrolliert.

Bei einer gleichzeitigen Wägung der Gesamtmasse des Lysimeters W(t) über die Wägeeinrichtung 5 werden damit die Komponenten des Wasserhaushaltes Gesamtverdunstung E(t) und Sickerstrom S(t) erfaßt. Für die Wasserbilanz wird zusätzlich der Niederschlag N(t) mit bekannter Meßtechnik erfaßt, so daß die Wasserbilanz W'(t) sich ergibt zu



W'(t) = N(t) - E(t) - S(t),



wobei die Wasserbilanz W'(t), der Niederschlag N(t) und der Sickerstrom S(t) direkt meßbar sind.

Die Erfindung ist nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der beschriebenen Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste 1 Lysimetergefäß

2 Bodensäule

3 Dränschicht

4 Grundwasserspiegel

5 Wägeeinrichtung

6 Referenzgefäß

7 Wägeeinrichtung

8 Drucksensor

9 Druckregler

10 Schacht

11 natürlicher Standort

12 Wasserspiegel

13 Leitung

14 Wasservolumen

15 Drucksensor

E(t) Verdunstung

N(t) Niederschlag

S(t) Sickerstrom

W(t) Gesamtmasse des Lysimeters

W'(t) Wasserbilanz


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum automatischen Betrieb eines wägbaren Grundwasserlysimeters, bei dem der Grundwasserspiegel im Lysimetergefäß durch den Wasserspiegel in einem Referenzgefäß angezeigt und durch Wasserzugabe oder Wasserentnahme auf den Vergleichswert des natürlichen Standortes eingestellt wird, und bei dem das Lysimetergefäß mit dem Bodenkörper in vorgegebenen Zeitabständen im automatischen Meßbetrieb mit Datenaufzeichnung gewogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzgefäß (6) geschlossen ist, teilweise mit Wasser gefüllt und der Druck im verbleibenden Luftraum geregelt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtdruck als Regelgröße mittels eines Drucksensors (8) im Wasservolumen des Referenzgefäßes (6) erfaßt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasservolumen (14) im Referenzgefäß (6) durch einen Füllstandssensor erfaßt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmasse des Referenzgefäßes (6) mit einer Wägeeinrichtung (7) erfaßt wird.






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