KSAT Anleitung
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KSAT Anleitung
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Bedienungsanleitung<br />
<strong>KSAT</strong>
Funktionsprinzip auf einen Blick<br />
Das Gerät dient zur Messung der hydraulischen Leitfähigkeit Ks von<br />
gesättigten Böden. Es benutzt dazu die Gleichung von Darcy.<br />
Gleichung von Darcy<br />
Ks = – (L . V) / (H . A . t)<br />
Wasser<br />
Druckhöhe der<br />
Wassersäule<br />
L Länge der Probe<br />
V durch die Bodenprobe<br />
gedrungenes Wasservolumen<br />
pro Zeit<br />
H Höhe der Wassersäule<br />
A Querschnitt der Probe<br />
t Zeit<br />
Bodenprobe<br />
Wasserablauf<br />
Drucksensor und Elektronik<br />
USB-Anschluss<br />
des Computers<br />
Hinweis: Erklärung der Zeichen und Systematik der Bedienungsanleitung<br />
Wasser Elektronik Luft<br />
Boden aufgesättigter Boden Mechanik<br />
In den blauen Feldern links finden<br />
Sie Schritt für Schritt, wie Sie bei<br />
der Arbeit mit dem Ksat vorgehen,<br />
z. B. „Stechzylinder auf Ring<br />
aufsetzen“.<br />
In den grauen Feldern<br />
rechts sehen Sie, wie<br />
das Ergebnis Ihrer Tätigkeit<br />
aussehen sollte.
Bestandteile des Geräts<br />
und Lieferumfang<br />
Constant Head Rohr<br />
und Dichtung<br />
Bürette<br />
Schraubkappe<br />
Krone mit<br />
Gitterscheibe<br />
Füllhahn<br />
Stechzylinder<br />
Ring mit<br />
Porenscheibe<br />
Füllhahn<br />
Messdom<br />
USB-Anschluß<br />
Wasser-Ablauf<br />
Bürettenhahn
5l-Vorratsgefäß<br />
Zusätzlich im Lieferumfang<br />
• <strong>KSAT</strong> View ® -Software<br />
• 5-Liter Vorratsgefäß<br />
• 1,2 m Zuleitungsschlauch<br />
• 1,2 m Ableitungsschlauch<br />
• 2 Ersatzdichtungsringe für Kronen<br />
• 2 Ersatz O-Ringe für die Bürette<br />
• Wanne für Bodenproben-<br />
aufsättigung<br />
• Edelstahlplatte für Prüfung<br />
des Druckaufnehmers<br />
• Abstreifplatte<br />
Für konsolidiertes Messgut<br />
(blauer Schlauch Ø 6 mm)<br />
Krone mit<br />
Gitterscheibe<br />
Für unkonsolidiertes Messgut<br />
Krone mit<br />
Porenscheibe<br />
Messaufbau<br />
Wasser-Ablauf<br />
(weißer Schlauch<br />
Ø 12 mm)
Theoretische Grundlagen<br />
Die Bedeutung des hydraulischen Widerstands<br />
Die Wasserspeicherung und Wasserleitung in Böden ist von herausragender<br />
Bedeutung für eine Vielzahl von ökosystemaren Prozessen in terrestrischen<br />
Öko systemen.<br />
Die gesättigte Wasserleitfähigkeit beeinflusst Faktoren wie die landwirtschaftlichen<br />
Nutzungsmöglichkeiten, geotechnische Eigenschaften und ist<br />
eine Schlüsselgröße beim Transport von Nähr- und Schadstoffen. Sie ist die<br />
bestimmende Größe für das Design von Drainagen oder den Betrieb von<br />
Beregnungsanlagen.<br />
Messprinzip<br />
Man lässt eine voll mit Wasser gesättigte Stechzylinder probe senkrecht zum<br />
Probenquerschnitt in einer Apparatur stationär oder instationär mit entlüftetem<br />
Wasser bei Raumtemperatur durchströmen und misst den Wasserdurchsatz.<br />
Die Wasserdurchlässigkeit (K f<br />
bzw. K S<br />
-Wert) errechnet sich aus dem perkolierten<br />
Wasservolumen V in der Zeit t, dem Fließquerschnitt A, der Höhe hydraulischen<br />
Druckhöhendifferenz H und der Länge der Bodensäule L, über welche<br />
die Druckhöhendifferenz abgebaut wird.<br />
Nach Darcy (1856) gilt für die Flussdichte q bei laminarem Fluss<br />
q =<br />
V<br />
A ∙ t<br />
= – K S<br />
H<br />
L<br />
und somit<br />
L V<br />
K S<br />
= –<br />
H A t<br />
Henry Darcy<br />
(1803 – 1885)<br />
Theoretische Grundlagen | 3
Stechzylinderprobenahme<br />
Nach DIN 19683-9 können Wasserdurchlässigkeitsmessungen an Stechzylinderproben<br />
in gestörter oder in ungestörter Lagerung durchgeführt werden. Gepackte<br />
Proben erlauben keine Aussagen über in situ-Leitfähigkeiten, da diese<br />
in der Regel durch die Bodenstruktur bestimmt werden.<br />
Zur Entnahme ungestörter Proben gehen Sie wie folgt vor<br />
• Setzen Sie den Stechzylinder in der gewünschten<br />
Tiefe auf den freigelegten Boden auf.<br />
• Treiben Sie den Stechzylinder mit Hilfe einer Schlaghaube<br />
und eines mittelgroßen vibrationsfreien Hammers möglichst<br />
ohne Verkantung in den Boden (vertikal oder horizontal).<br />
• Graben Sie die Probe dann mit einem Spaten so aus, dass<br />
der Boden verbund im Stechzylinder und über die Stechzylinderoberflächen<br />
hinaus in der originalen Lagerung bleibt.<br />
• Anschließend präparieren Sie mit Hilfe eines Messers oder eines<br />
Metallsägeblattes auf beiden Stechzylinderseiten absolut plane<br />
Oberflächen, ohne dabei Poren zu verschmieren. Vorhandene<br />
Wurzeln schneiden Sie mit einer Schere ab.<br />
• Für den Transport (siehe auch Zubehör) decken Sie die Proben<br />
mit Schutzkappen ab.<br />
Entscheidend bei der Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit von gesättigten<br />
Bodenproben ist, dass keine Klüfte, Spalten oder Risse durch die Probe in<br />
Richtung der Wasserströmung entstehen. Zu den größten Messfehlern führen<br />
hierbei Randklüfte. Stechzylinder, die verkantet genommen wurden, sind<br />
deshalb zu verwerfen. Nach Dirksen (1999) ist nicht die Messgenauigkeit,<br />
sondern die Qualität und Repräsentativität der Bodenproben die größte<br />
Herausforderung bei der Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit. Aus<br />
diesem Grund werden Bodenproben mit Stechzylinder in wenigstens 5- bis<br />
10-facher Wiederholung genommen.<br />
4 | Theoretische Grundlagen
Wertebereiche für k f<br />
Sofern nichts anderes angegeben ist, beziehen sich die in der Literatur angegebenen<br />
Werte für k f<br />
üblicherweise auf Wasser. Ist der Durchlässigkeitsbeiwert<br />
k f<br />
für ein mit Wasser durchströmtes Medium bekannt, dann lässt sich die Durchlässigkeit<br />
dieses Mediums für andere Fluide berechnen.<br />
Wasserdurchlässigkeit nach DIN 18130<br />
sehr stark durchlässig >10 –2 m/s<br />
stark durchlässig 10 –2 bis 10 –4 m/s<br />
durchlässig<br />
10 –4 bis 10 –6 m/s<br />
schwach durchlässig 10 –6 bis 10 –8 m/s<br />
sehr schwach durchlässig < 10 –8 m/s<br />
Durchlässigkeitsbeiwerte für Lockergesteine (Wasser)<br />
reiner Kies<br />
10 –1 bis 10 –2 m/s<br />
grobkörniger Sand um 10 –3 m/s<br />
mittelkörniger Sand 10 –3 bis 10 –4 m/s<br />
feinkörniger Sand 10 –4 bis 10 –5 m/s<br />
schluffiger Sand<br />
10 –5 bis 10 –7 m/s<br />
toniger Schluff<br />
10 –6 bis 10 –9 m/s<br />
Ton<br />
< 10 –9 m/s<br />
Die Grenze zwischen einem durchlässigen und einem undurchlässigen Boden<br />
liegt etwa bei 10 –6 m/s. Böden mit einem k f<br />
-Wert < 10 –9 m/s sind nahezu wasserundurchlässig.<br />
Theoretische Grundlagen | 5
Perkolationslösung<br />
Nach DIN (DIN 19683-9, 1998; DIN 18130-1, 1998) soll zur Aufsättigung und als<br />
Perkolationslösung entgastes „elektrolytarmes Wasser von Raumtemperatur“<br />
verwendet werden. Als Perkolationsfluid eignet sich entgastes Leitungswasser<br />
oder entgastes Wasser mit einer schwachen Lösung eines zweiwertigen<br />
Kations (z. B. 0,01 M CaCl 2<br />
-Lösung; McKenzie et al., 2002). Das Entgasen kann<br />
z. B. durch Abkochen erfolgen.<br />
Da die Ionenstärke der Bodenlösung erheblich die Weite der elektrischen<br />
Doppelschicht von Böden beeinflusst, und diese sich in feinkörnigen Substraten<br />
auf die hydraulische Leitfähigkeit auswirkt, sollte im Ideal ein Perkolationsfluid<br />
mit einem Elektrolytgehalt verwendet werden, welcher der in-situ Bodenlösung<br />
ähnlich ist. Bei tonhaltigen Böden führt die Verwendung von einwertigen<br />
Kationen zur Dispersion der Tonpartikel und zur Ausschwemmung sowie zur<br />
Verstopfung des Sekundärporensystems.<br />
Die Perkolationslösung wird im <strong>KSAT</strong>-System aus einem Vorratsgefäß, welches<br />
oberhalb der Apparatur gelagert ist, über eine Schlauchleitung und den<br />
Hahn der Bürette zugeführt. Dies gewährt neben der komfortablen Befüllung<br />
der Bürette minimalen atmosphärischen Kontakt, eine möglichst geringe<br />
Rückdiffusion von Luft, sowie die Temperierung auf Umgebungstemperatur.<br />
6 | Theoretische Grundlagen
Erstinbetriebnahme<br />
Legen Sie die CD mit der <strong>KSAT</strong> VIEW-Software<br />
ein oder führen Sie einen Down load<br />
unter www.ums-muc.de/<strong>KSAT</strong>.zip durch.<br />
Doppelklicken Sie auf die Datei <strong>KSAT</strong>.msi.<br />
Folgen Sie den Anweisungen des Wizards.<br />
Der Wizard führt Sie durch die Installation.<br />
Sollte der <strong>KSAT</strong> USB Treiber nicht automatisch<br />
installierte werden, dann installieren<br />
sie diesen manuell (siehe Kapitel Manuelle<br />
Installation des USB Treibers)<br />
Schließen Sie das Gerät mit dem<br />
USB-Stecker an Ihrem Rechner an.<br />
Starten Sie die <strong>KSAT</strong>-Software.<br />
Das Gerät verbindet sich automatisch<br />
mit Ihrem Rechner.<br />
Installieren Sie Wasserzu- und -ablauf.<br />
Das Gerät ist bereit zur Messung.<br />
Hinweis<br />
Für die Installation der <strong>KSAT</strong> VIEW-Software benötigen Sie eventuell Administratorenrechte.<br />
Erstinbetriebnahme | 7
Konfiguration des Gerätes<br />
Im Menü „File naming“ können Sie Ihre Messkampagne mit Namen versehen<br />
und abspeichern.<br />
Anzeige Eingabe Erläuterung Voreinstellung<br />
Dateiname alphanumerisch frei wählbar für die Messkampagne –<br />
Zähler numerisch<br />
Zählt die Anzahl der Messungen pro<br />
Messkampagne automatisch<br />
–<br />
Pfad<br />
Verzeichnis<br />
Hier legen Sie fest, auf welchem Speicher platz<br />
und in welchem Ordner Sie Ihre Messdaten<br />
speichern.<br />
Messwerte werden<br />
im .csv-Format<br />
gespeichert<br />
Im Menü „Setup“ im Fenster „Testparameter“ können Sie auch die folgenden<br />
Parameter verändern. Normalerweise sind keine Änderungen an der Konfiguration<br />
für den Messbetrieb erforderlich. Bitte ändern Sie nur Einstellungen,<br />
deren Auswirkungen Sie kennen.<br />
Befehl Format Erklärung Voreinst.<br />
Operation parameters<br />
H_end_abs<br />
[cm]<br />
Absolute Druckhöhendifferenz, bei deren Unterschreitung<br />
die Messung beendet wird<br />
0.5<br />
H_end_rel [ - ]<br />
Relative Druckhöhendifferenz , bei deren Unterschreitung<br />
die Messung beendet wird<br />
0.25<br />
dH_min<br />
[cm]<br />
Minimale Druckhöhendifferenz, die beim Registrierungsmodus<br />
0.1<br />
„automatisch“ zur Anzeige eines neuen Druckwertes führt<br />
dH_ini<br />
[cm]<br />
Minimale Druckhöhenerhöhung, die zur Auslösung des<br />
automatischen Starts der Messungen führt<br />
1<br />
Geometry parameters<br />
A_bur1 [cm²] Querschnittsfläche der Standardbürette 4.536<br />
A_bur2 [cm²] Querschnittsfläche der aufgesteckten Kapillarbürette 0.09<br />
A_cap [cm²] Äußere Querschnittsfläche der Luftkapillare 0.144<br />
A_sample [cm²] Querschnittsfläche der vermessenen Probe 50<br />
L_bur [cm] Länge der Bürette 22.5<br />
L_sample [cm] Länge der Probe 5<br />
L_plate_Bottom [cm] Dicke der unteren porösen Platte 0.8<br />
L_plate_Top [cm] Dicke der oberen porösen Platte 0.3<br />
Evaluation parameters<br />
T_ref [°C] Referenztemperatur 10<br />
K_plate [cm/d] Hydraulische Leitfähigkeit der porösen Platten 14000<br />
Use Auto-Offset [ - ]<br />
Benutzung der automatischen Offsetkorrektur beim fitten<br />
True<br />
der Exponentialfunktion<br />
Max Auto-Offset [cm] Maximalwert der Offsetkorrektur 1<br />
Im Menü „Setup“ im Fenster „Measurement“ wählen Sie den Messmodus („Falling<br />
head“ oder Constant head“), die Rate der Datenaufnahme (feste Zeitintervalle<br />
oder flexible aufgrund von Änderungen der Wassersäule), sowie den Kronentyp<br />
(Krone mit Gitter oder Krone mit Filterplatte).<br />
8 | Konfiguration des Gerätes
Anzeige Eingabe Erläuterung Voreinstellung<br />
Sampling rate [mm:ss] Rate der Datenaufnahme (Auto, min. 1 s, max. 24:00 h) Auto<br />
Wählen Sie normalerweise die Krone mit Gitter. Für stark erosive Böden, z. B. gepackte<br />
Proben mit hohem Schluffanteil, wählen Sie die Porenscheibe, welche<br />
ein Ausschwemmen von Bodenpartikeln minimiert.<br />
Im Menü „Setup“ im Fenster „Constant Head Steps“ im Modus „Constant head“<br />
wählen Sie, bei welcher Höhe der Wassersäule Sie die Taste „Click here“ drücken<br />
werden. Weitere Ablesung durch Drücken von „Add“ eingeben, Höhe der Wassersäule<br />
durch Drücken von „Insert“ eingeben, Löschen einer Ablesung durch „Delete“.<br />
Anzeige Eingabe Erläuterung Voreinstellung<br />
[0], [1], [2], … – Reihenfolge der Ablesungen –<br />
Zahl [cm] Höhe der Wassersäule –<br />
Korrektur der ermittelten Leitfähigkeit<br />
durch Berücksichtigung des Gerätewiderstands<br />
Ist die Leitfähigkeit des Bodens sehr hoch, muss der Widerstand des Messgeräts,<br />
insbesondere der porösen Platten berücksichtigt werden. Dieser Systemwiderstand<br />
1/K Platte<br />
wurde als Voreinstellung in die Parameterliste eingetragen.<br />
Die hydraulische Leitfähigkeit des Bodens wird aus der effektiven Leitfähigkeit<br />
des Systems Platte-Boden K eff<br />
, die sich aus der Auswertung der Darcy-Gleichung<br />
ergibt, wie im folgenden dargestellt, errechnet (DIN 19683-9, 1998).<br />
Da sich die Widerstände (R = L/K)<br />
der beiden Systeme addieren, gilt<br />
L Boden<br />
+ L Platte<br />
L Boden<br />
= +<br />
K eff<br />
K S<br />
L Platte<br />
K Platte<br />
Durch Umformung und Auflösen<br />
nach K S<br />
folgt<br />
K S<br />
=<br />
L Boden<br />
L Boden<br />
+ L Platte<br />
K eff<br />
– L Platte<br />
K Platte<br />
mit L Boden<br />
[cm] Länge der Bodenprobe<br />
L Platte<br />
[cm] Dicke des Systemwiderstandes<br />
K Platte<br />
[cm/d] Leitfähigkeit der gesättigten porösen Platte<br />
K S<br />
[cm/d] Leitfähigkeit der gesättigten Bodenprobe<br />
Konfiguration des Gerätes | 9
Ermittlung des Plattenwiderstands<br />
Der Effekt des Plattenwiderstandes wird in <strong>KSAT</strong> VIEW berücksichtigt, auch<br />
wenn er nur bei extrem durchlässigen Proben bemerkbar ist.<br />
In <strong>KSAT</strong> VIEW wird bei einer Plattendicke von 0,8 cm eine Systemleitfähigkeit<br />
von 14000 cm/d in angenommen. Bei Alterung oder Verschmutzung kann<br />
sich der Wert verändern. Er kann bei Bedarf vom Benutzer separat, z. B. in Form<br />
einer Leermessung ermittelt werden.<br />
Man geht dazu vor wie folgt<br />
• Leeren Zylinder ins System einbringen.<br />
• Parameter L Platte<br />
auf Null stellen.<br />
• Parameter L Boden<br />
auf 0,8 cm stellen.<br />
• Messung durchführen.<br />
• Erzielten Messwert als K Platte<br />
interpretieren und in der Parameterliste ändern.<br />
• Alle Längenparameter wieder in die richtigen Werte bringen.<br />
Beispiel Test Parameter<br />
Falling Head<br />
10 | Konfiguration des Gerätes
Einfluss der Temperatur auf K s<br />
Die hydraulische Leitfähigkeit ist temperaturabhängig. Der Benutzer entscheidet,<br />
für welche Temperatur er die Messwerte angeben will. Eine Umrechnung von der<br />
automatisch erfassten Messtemperatur zu einer gewünschten Referenztemperatur<br />
T [° C] erfolgt proportional zur dynamischen Viskosität η [mPa ∙ s] von Wasser.<br />
Diese kann über folgende Funktion<br />
angenähert werden η = 0,0007 T² - 0,0531T + 1,764<br />
mit r² = 0.9996<br />
mit η [mPa ∙ s] dynamische Viskosität<br />
T [° C] Referenztemperatur<br />
In <strong>KSAT</strong> View wird auf dieser Basis eine Viskositätskorrektur von der Messtemperatur<br />
T auf eine im Parameterfile definierte Referenztemperatur T ref<br />
durchgeführt.<br />
Die Tabelle unten listet einige Kennwerte der Viskosität.<br />
Temperatur in ° C 5 10 15 20 25<br />
Dynamische Viskosität von reinem<br />
Wasser [mPa s], bei 1 bar<br />
1,518 1,306 1,137 1,001 0,894<br />
Konfiguration des Gerätes | 11
Nullpunkt setzen<br />
Bürette durch Öffnen des Füllhahns füllen.<br />
Messdom durch Öffnen des Bürettenhahns<br />
fluten.<br />
Wasserlinse bildet sich.<br />
Bürettenhahn schließen.<br />
Abstreifplatte auf Wasserlinse drücken<br />
und abziehen.<br />
In der Software die Funktion „Nullpunkt<br />
setzen“ wählen.<br />
Button „Nullpunkt setzen“ drücken.<br />
Wasserspiegel liegt auf dem<br />
Niveau des Messdomrandes.<br />
Nullpunkt<br />
setzen<br />
Software-Assistent zum Setzen des Nullpunkts<br />
Hinweis: Druckanzeige<br />
In der Funktion „Messen“ zeigt der Bildschirm nach dem Nullsetzen eine Wassersäule<br />
von -6.9 cm an. Dies liegt daran, dass der Messaufbau mit Probe 6.9 cm hoch ist.<br />
12 | Nullpunkt setzen
Vorbereiten einer Messung<br />
Aufsättigen der Bodenprobe<br />
Stechzylinder mit Bodenprobe(n) aus<br />
dem Transportbehälter nehmen.<br />
Deckel an der Stechzylinder-Unterseite<br />
abnehmen und Stechzylinder reinigen.<br />
Stechzylinder auf Ring mit Porenplatte<br />
aufsetzen.<br />
Stechzylinder mit Ring in die Wanne setzen.<br />
Etwa 2 cm hoch entgastes Wasser mit vergleichbarer<br />
Ionenstärke und -zusammensetzung<br />
wie die Boden probe einfüllen.<br />
2 cm<br />
Wasser bis zur Höhe der Schneidkante<br />
nachgießen (Zeit siehe unten).<br />
Probenoberfläche spiegelt.<br />
Nicht auf die Probe gießen (Lufteinschluß).<br />
Nach der unten angegebenen Zeit ist die<br />
Aufsättigung abgeschlossen.<br />
Hinweis:<br />
Die im Ring eingesetzte Porenscheibe muss vor Aufsetzen auf die Probe völlig luftfrei mit<br />
Wasser gefüllt sein. Sie erkennen die vollständige Aufsättigung der Porenscheibe daran,<br />
dass sie in Wasser nicht schwimmt, sondern sich absetzt.<br />
Wenn eine trockene Scheibe kurzfristig verwendet werden soll, wird eine Aufsättigung unter<br />
Vakuum in einem Exsikkator empfohlen. Es genügt, den Exsikkator mit der vollständig unter<br />
Wasser befindlichen Platte einmal zu evakuieren und dann wieder dem atmosphärischen<br />
Druck auszusetzen.<br />
Wenn Sie die Platte stets waagerecht halten, können Sie die aufgesättigte Platte außerhalb<br />
des Wassers transportieren und bewegen. Die Poren werden das Wasser gegen die<br />
Gravitation festhalten. Vermeiden Sie dagegen die Senkrechtstellung der Platte, da dann<br />
die Gravitationskräfte die Platte am oberen Ende bereits entwässern.<br />
Vorbereiten einer Messung | 13
Hinweis: Typische Dauer der Aufsättigung<br />
Hinweis: Ablesen eines Meniskus<br />
Material<br />
Nachfüllen<br />
nach<br />
Aufgesättigt<br />
nach<br />
Grobsand ca. 9 min ca. 10 min<br />
Feinsand ca. 45 min ca. 1 h<br />
Schluff ca. 6 h ca. 24 h<br />
Ton entfällt bis zu 2<br />
Wochen<br />
Umgang mit quellenden Proben<br />
Beim Aufsättigen kann die Probe aufquellen, wenn sie nicht durch eine Last<br />
beschwert wird. Für die Vermessung im Gerät sollte die Probe grundsätzlich<br />
das normierte Volumen von 250 cm³, d. h. eine Probenlänge von 5 cm, besitzen.<br />
Die DIN empfiehlt deshalb, die Probe in bereits gequollenem Zustand<br />
in-situ zu nehmen.<br />
Da aufgrund des Wegfalls der natürlichen Auflast eine Nachquellung statt -<br />
finden kann, bietet das Gerät die Möglichkeit, durch die Schraubkappe und<br />
die Verwendung der Krone mit poröser Platte das Quellen zu unterbinden. In<br />
dem Fall wird die Probenmasse, die sich im feldfrisch entnommenen Zustand<br />
im Zylinder befindet, in eben dem Ent nahme volumen belassen, und das<br />
Porensystem bleibt gegenüber dem in-situ Zustand weitgehend unverändert.<br />
Alternativ können Sie auch die Probe im unbelastet aufgequollenen Zustand<br />
untersuchen. In dem Fall müssen Sie nach Quellung das überschüssige Material<br />
bündig zur Stechzylinderoberfläche entfernen, wobei die Probenmasse<br />
gegenüber der in-situ Masse im Stechzylinder vermindert sein wird.<br />
Hinweis:<br />
Es gibt keine allgemein verbindliche Richtlinie, wie bei quellenden Proben zu verfahren ist.<br />
14 | Vorbereiten einer Messung
Einbringen der Probe ins Gerät<br />
Bürette durch Öffnen des Füllhahns füllen.<br />
Messdom durch Öffnen des Bürettenhahns<br />
bis zum Überlauf fluten.<br />
Wasserlinse bildet sich.<br />
Bürettenhahn schließen.<br />
Bodenprobe waagrecht aus der Wanne<br />
zum Gerät transportieren.<br />
Leicht schräg auf die Wasserlinse aufsetzen,<br />
um Luft entweichen zu lassen.<br />
Krone aufsetzen.<br />
Mit Schraubkappe festschrauben.<br />
Bürette wieder füllen.<br />
Bürettenhahn öffnen und so lange Wasser<br />
laufen lassen, bis es am Ablauf austritt.<br />
Bei Bodenproben aus Ton kann Wasser<br />
aus der Pipette auf die Probe gegeben<br />
werden.<br />
Nur bei Ton<br />
Wasser tritt am<br />
Ablauf aus.<br />
Bürette bis 5 cm WS füllen.<br />
Bürettenhahn öffnen.<br />
Sinnvoller Wertebereich für die Absinkgeschwindigkeit:<br />
< 1mm/min für dichte und<br />
tonreiche Böden, mehrere cm/s für höchst<br />
durchlässige Böden.<br />
5<br />
0<br />
Hinweis: Bürettenanzeige<br />
Wenn nach Ablaufen des Wassers aus der Bürette der Meniskus bei Null steht, ist die Mess -<br />
an ordnung dicht. Die Druckanzeige am Bildschirm kann systembedingt ± 0,1 cm betragen.<br />
Vorbereiten einer Messung | 15
Verdunstungsschutz bei Langzeitmessung<br />
Bei Messungen, bei denen die Durchflussrate geringer ist als die im Labor zu<br />
erwartende Verdunstung (oft in der Größenordnung 0,2 bis 0,5 cm/d), muss<br />
der freie Wasserspiegel über der Bodenprobe gegen Verdunstung geschützt<br />
werden. Sie erreichen dies z. B. durch Überstülpen einer Haube aus Kunststofffolie<br />
(z. B. PE-Folie für Lebensmittel) über die Schraubkappe.<br />
Simulation einer Messung<br />
Damit Sie als Benutzer die Möglichkeit haben, die Softwarefunktionen auch im<br />
„Trockenbetrieb“ ohne Bodenprobe kennen zu lernen, wurde diese Funktion<br />
in der Software vorgesehen.<br />
• Hierzu klicken Sie im Register „Measurement“ das Feld „Use Synthetic Data“ an.<br />
• Im Register „Synthetic Data Parameter“ wählen Sie die Parameter für die<br />
Simulation, z. B. Anfangswert der Wassersäule, Krümmung der abfallenden<br />
E-Funktion, statistische Streuung der aufgenommenen Daten, Verzögerungszeit<br />
nach Start bis zum Öffnen des Verbindungshahns.<br />
• Drücken Sie „Start“.<br />
Unter Berücksichtigung Ihrer Eingaben simuliert die Software eine Messung,<br />
die am Bildschirm erscheint.<br />
Simulation einer<br />
Messung mit der<br />
Falling-Head-Methode<br />
16 | Simulation einer Messung
Messung mit Falling Head<br />
Beim Messen mit dem <strong>KSAT</strong> wird die Methode mit fallendem Überstau (Falling<br />
Head) empfohlen, da sie nach erfolgtem Start vollautomatisch ohne manuelle<br />
Ablesungen und Eingriffe auskommt. Ihre Auswertung ist in die Software integriert.<br />
Während die Methode traditionell eher an wenig durchlässigen Proben angewendet<br />
wurde und mit hohen Wasserdrücken operierte, ist diese Einschränkung<br />
beim <strong>KSAT</strong> nicht notwendig – wegen der Präzision der elektronischen Messdatenaufnahme.<br />
Die Messmethode ist deshalb der Standard und wird für alle<br />
Proben unabhängig von ihrer Durchlässigkeit empfohlen.<br />
Das Gerät benutzt folgende Daten zur Berechnung von K s<br />
L [cm] Länge der Bodensäule.<br />
A Boden<br />
[cm²] Querschnittsfläche der Bodensäule<br />
A Bürette<br />
[cm²] Querschnittsfläche der Bürette<br />
H(t) [cm²] am System Boden+Platte anliegende<br />
hydraulische Druckdifferenz<br />
Es erfolgt zunächst die Bestimmung der effektiven Leitfähigkeit des Gesamtsystems,<br />
die durch den Widerstand des Bodens, der porösen Platte, und der<br />
Leitungen bestimmt ist. Die Leitfähigkeit des Bodens wird dann aus der Kenntnis<br />
der Leitfähigkeit der porösen Platte und der Gesamtleitfähigkeit errechnet.<br />
Die Berücksichtigung des Plattenwiderstandes ist nur für sehr hohe Leitfähigkeiten<br />
des Bodens von Belang, wird aber standardmäßig in die Auswertung<br />
integriert (siehe Seite 9).<br />
Messung mit Falling Head | 17
Messablauf<br />
Die Messung beginnt nach dem Betätigen des Buttons „Start“ mit dem Öffnen<br />
des Bürettenhahns. Der Beginn wird von <strong>KSAT</strong> VIEW aufgrund des Drucksprungs<br />
automatisch erkannt, und kann zusätzlich manuell durch Anklicken der Taste<br />
„Restart“ zu jeder beliebigen Zeit ausgelöst werden. Durch die Restart-Taste ist<br />
es überdies möglich, erste aufgezeichnete Daten einer laufenden Messung zu<br />
löschen und unmittelbar weiter zu verfahren. Dies kann sinnvoll sein, wenn die<br />
ersten Daten eine Störung anzeigen, oder der Drucksprung für den automatischen<br />
Start nicht erkannt wurde.<br />
Die Messung endet automatisch, wenn der Wasserstand in der Zulaufbürette<br />
unter einen in der Parameterliste definierten absoluten oder relativen minimalen<br />
Wasserspiegel gefallen ist.<br />
Bürette bis 5 cm WS füllen.<br />
Bei Böden mit sehr geringer Wasserdruchlässigkeit<br />
(< 1 cm/d) Bürettenverlängerung<br />
aufstecken und füllen.<br />
Messung mit Falling Head<br />
in der Software starten.<br />
Bürettenhahn zügig öffnen.<br />
5<br />
0<br />
Messung läuft automatisch ab.<br />
18 | Messung mit Falling Head
Typische Messkurve zeigt<br />
einen exponentiellen Abfall.<br />
Die auflaufenden Daten werden visualisiert und ab dem Vorhandensein<br />
von mindestens zwei validen Messwerten in Echtzeit in die Berechnung von<br />
K s<br />
umgesetzt. Die Messung im Falling-Head-Modus kann unbeaufsichtigt<br />
laufen. Sie wird automatisch beendet, wenn ein Stop-Kriterium erreicht<br />
wird (siehe Kapitel Konfiguration des Gerätes).<br />
Die Messkampagne können Sie jederzeit manuell durch Drücken der Taste<br />
„Stop Messung“ beenden, und danach als neue Messung wieder aufnehmen.<br />
Bei einer Neu-Aufnahme wird die neue Messung in Form eines weiteren<br />
Reiters am Bildschirm eingefügt. Die vorigen Messungen bleiben erhalten<br />
und sind auch während einer laufenden Messung anklickbar.<br />
Messung mit Falling Head | 19
In der Regel ist es für eine verlässliche Messung nicht nötig, einen großen Zeitraum<br />
mit Daten aufzunehmen. Für den Fall sehr gering durchlässiger Böden<br />
mit entsprechend langsamen Abfall des Wasserstandes erhalten Sie selbst bei<br />
einer relativ kleinen Veränderung des Bürettenstandes, etwa um ca. 1,0 cm,<br />
eine stabile Schätzung der hydraulischen Leitfähigkeit, wenn diese im Messverlauf<br />
konstant bleibt.<br />
Bei fehlerlosem Versuchsverlauf erfolgt ein exponentieller Abfall der Druckhöhendifferenz<br />
über die Zeit (siehe Bild unten).<br />
Beispielmessung erfolgte für eine gepackte Probe eines Quarzschluffs „milisil M6“<br />
Potentialdifferenz H [cm]<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
H = 62.80368e –0.21903 t<br />
R 2 = 0.99993<br />
10<br />
0<br />
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 Zeit t [h]<br />
Ein Fit von R²>0,999 zeigt eine valide Messung an. Wenn der Fit systematische<br />
Abweichungen zeigt oder ein wesentlich kleineres r², dann gibt es zwei mögliche<br />
Ursachen:<br />
1) Veränderung der Leitfähigkeit der Probe während der Messsung oder<br />
2) eine mangelhafte Dichtung zwischen Probe und Gerät.<br />
Gründe für Fall 1) sind auf S. 27 beschrieben.<br />
20 | Messung mit Falling Head
Auswertung der Falling-Head-Messung<br />
Die flächennormierte momentane Durchflussrate durch die Bodenprobe ergibt<br />
sich aus der Veränderung des Wasserstandes in der Bürette nach:<br />
q =<br />
Q<br />
A Boden<br />
= A Bürette<br />
A Boden<br />
∙<br />
dH<br />
dt<br />
Nach dem<br />
Darcy-Gesetz ist<br />
diese Rate gleich<br />
q = –K s<br />
∙<br />
H<br />
L<br />
Gleichsetzen der beiden Gleichungen und<br />
Trennen der Variablen ergibt 1<br />
H<br />
dH = –K ∙ s<br />
A Boden<br />
A Bürette<br />
∙<br />
1<br />
L ∙ dt<br />
Durch Integrieren vom Anfangszustand<br />
H = H 0<br />
zum Zeitpunkt t = 0 bis zu einem<br />
Zeitpunkt t erhalten wir<br />
ln H(t) – ln H 0<br />
= – K S<br />
∙<br />
A Boden<br />
A Bürette<br />
∙<br />
1<br />
L ∙ t<br />
und somit<br />
A Boden<br />
1<br />
H(t) = H 0<br />
exp – K S<br />
∙ ∙ = a exp (–b ∙ t)<br />
L ∙ t<br />
A Bürette<br />
Wird über eine Regression eine Exponentialfunktion<br />
an die beobachtete Zeitreihe H(t) angepasst und<br />
so der Koeffizient b ermittelt, so ergibt sich daraus<br />
die gesättigte hydraulische Leitfähigkeit nach<br />
K S<br />
=<br />
A Bürette<br />
∙ L ∙ b<br />
A Boden<br />
mit A Bürette [cm 3 ] durchströmte Fläche der Bürette<br />
A Boden [cm 3 ] durchströmte Fläche der Bodensäule<br />
L [cm] Länge der Bodensäule<br />
t [s] Zeit seit Messbeginn<br />
H(t) [cm] Hydraulische Potentialdifferenz zur Zeit t<br />
b [cm 3 ] Exponent der angepassten Exponentialfunktion.<br />
<strong>KSAT</strong> VIEW nutzt zur Berechnung diese Methode.<br />
Messung mit Falling Head | 21
Messung mit Constant Head<br />
Voraussetzungen<br />
Der Messaufbau ist identisch wie bei Falling Head. Der entscheidende Unterschied<br />
besteht darin, dass in die Bürette das Constant Head Rohr (auch<br />
als Kapillare oder Luftkapillarrohr bezeichnet) mit Dichtungskappe gesteckt<br />
wird und die Zulaufbürette als Mariotte’sche Flasche fungiert. Die Änderung<br />
des Wasservolumens in der Mariotte’schen Flasche erlaubt die volumetrische<br />
Messung des kumulativen Zuflusses. Diese Änderung kann im Gegensatz zur<br />
Falling-Head Methode nicht vollautomatisch erfasst werden.<br />
Nach Öffnen des Bürettenhahns beginnt die Perkolation (Durchströmung der<br />
Probe). <strong>KSAT</strong> registriert nach Messbeginn die an der Probe anliegende Druckhöhe<br />
des zuströmenden Wassers, die nun konstant bleibt und durch die Eintauchtiefe<br />
der Luftkapillare reguliert wird. Der Benutzer markiert durch Mausklick<br />
in <strong>KSAT</strong> VIEW den Zeitpunkt des Erreichens von mindestens 2 Füllständen<br />
der Bürette.<br />
Die Messung ist beendet, sobald der letzte vorgewählte Füllstand markiert wurde.<br />
Hinweis:<br />
Aufgrund des Kapillarpotentials (ca. 1 hPa) ist der anliegende Druck nicht exakt identisch<br />
mit der Eintauchtiefe der Luftkapillare.<br />
Wegen der nicht kontinuierlichen Zuströmung von Luftblasen in die Mariotte‘sche Flasche<br />
schwankt der anliegende Druck. Dies wird von der Software ausgemittelt.<br />
Die unterste gewählte Füllstandshöhe der Bürette muss oberhalb der Eintauchtiefe der<br />
Luftkapillare liegen.<br />
22 | Messung mit Constant Head
Messablauf<br />
Bürette bis oben füllen.<br />
Constant Head Rohr einsetzen und<br />
z. B. auf 5 cm WS stellen.<br />
Messung mit „Constant Head“<br />
in der Software wählen.<br />
Gewünschte Ablesehöhen eingeben.<br />
5<br />
Click here<br />
Messung starten.<br />
Bürettenhahn öffnen.<br />
Bei den gewählten Ablesehöhen<br />
Button „Click here“ drücken.<br />
0<br />
Typische Messkurve zeigt einen konstanten Verlauf.<br />
Messung mit Constant Head | 23
Die Messung beginnt mit dem Öffnen des Bürettenhahns.<br />
Das Gerät nimmt bei vorgewählten Wasserständen Z [cm WS] die Daten Zeit<br />
t [in s] und kumulativ perkoliertes Wasservolumen V [cm³] auf. Hierzu müssen<br />
Sie bei Erreichen der vorgewählten Wasserstände die Taste „Click here“ drücken.<br />
Es gehen folgende Parameter in die Berechnung ein<br />
Länge L [cm] und Querschnittsfläche A [cm] der Bodensäule, Höhe der<br />
porösen Platte z [cm], konstante Druckhöhendifferenz H [cm] zwischen Zulauf<br />
und Ablauf.<br />
Auswertung der Constant-Head-Messung<br />
Zunächst erfolgt die Ermittlung der stationären Durchflussrate Q = ∆V/∆t über<br />
lineare Regression der Auslaufdaten.<br />
Die Berechnung der hydraulischen Leitfähigkeit K s<br />
[cm/d]<br />
bei konstantem Überstau erfolgt nach<br />
K S<br />
=<br />
Q<br />
A Bodensäule<br />
∙<br />
L<br />
H<br />
mit Q [cm 3 /d] stationäre Strömungsrate aus der Mariotte’schen Flasche<br />
A [cm 2 ] durchströmte Fläche der Bodensäule<br />
L [cm] Länge der Bodensäule<br />
H [cm] antreibende hydraulische Druckhöhendifferenz<br />
24 | Messung mit Constant Head
Ende einer Messkampagne<br />
Eine Falling-Head-Messung endet automatisch, wenn die Druckhöhendifferenz<br />
ein Stoppkriterium erreicht.<br />
Stoppkriterien sind<br />
• das Unterschreiten eines relativen Wasserstands im Vergleich zum Messbeginn<br />
• das Unterschreiten eines minimalen Wasserstands (absolut)<br />
Die voreingestellten Werte können User im Menü „Test Parameters“ verändern.<br />
Die Messung kann jedoch auch vorher schon manuell beendet werden,<br />
wenn Sie sehen, dass der zu ermittelnde Wert mit hoher Genauigkeit und Verlässlichkeit<br />
erhoben ist. Dies ist für mittel bis gut leitende Proben bereits nach<br />
wenigen Sekunden der Fall.<br />
Eine Constant-Head-Messung ist beendet, wenn der User für alle vorgewählten<br />
Wasserstände die entsprechenden Buttons angeklickt hat.<br />
Ausgabe der Messwerte<br />
Messwerte werden im .csv-Format gespeichert, so dass diese in Programmen<br />
wie z. B. Excel eingelesen werden können. Diagramme können als Bild im<br />
.jpg-Format exportiert werden.<br />
Anzeige des Start-Stop-Zeitintervalls<br />
Der Startzeitpunkt und der Stoppzeitpunkt der in der Auswertung verwendeten<br />
Daten sind durch eine senkrechte Linie im Grafikfenster der Datenanzeige<br />
gekennzeichnet.<br />
Ende einer Messkampagne | 25
Typische Messergebnisse<br />
Beispiel Sand, Falling-Head-Modus<br />
Beispiel feinkörniger Boden, Falling-Head-Modus<br />
26 | Typische Messergebnisse
Ursachen für eine<br />
nicht konstante Leitfähigkeit<br />
Wasserverlust aus dem Messaufbau<br />
Prüfen Sie den Messaufbau auf Wasseraustritt und stellen Sie die Dichtigkeit<br />
sicher:<br />
• zwischen Stechzylinder und Ring mit poröser Platte<br />
• und Stechzylinder und Krone.<br />
Lösen Sie die Schraubkappe, entnehmen Sie die Dichtringe und säubern Sie sie.<br />
Dann befestigen Sie den Stechzylinder wieder.<br />
Leitfähigkeit der Probe steigt im Lauf der Messung<br />
• Probe wird durch den Messvorgang innerlich erodiert.<br />
• Auflösung von Gasbläschen am Übergang Boden-Platte oder in der<br />
Bodenprobe.<br />
• Erwärmung des Wassers und die Viskosität der Messflüssigkeit verringert sich.<br />
• Wasserfluss durch Probe in einzelnen Makroporen als turbulente Strömung,<br />
die im Lauf der Messung aufgrund des geringer werdenden Druckgradienten<br />
laminar wird.<br />
Leitfähigkeit der Probe sinkt im Lauf der Messung<br />
• Rückgang der Ionenstärke im Wasser, wenn z. B. Messung mit<br />
zu geringem Elektrolytgehalt erfolgt.<br />
• Ausgasung innerhalb der Probe durch biogene Gasbildung oder aus nicht<br />
genügend entlüftetem Wasser<br />
• Abkühlung des Wassers und die Viskosität der Messflüssigkeit erhöht sich.<br />
• Ausgasung aus der Wasserphase erzeugt Blasenfilm am Übergang der<br />
Bodenprobe zu den porösen Platten<br />
Ursachen für eine nicht konstante Leitfähigkeit | 27
Typische Fehler und Abhilfe<br />
Aufstellung<br />
Falsch<br />
Richtig<br />
Schwingungen verfälschen<br />
das Messergebnis.<br />
Stabile, erschütterungsfreie Unterlage,<br />
mit Wasserwaage ausgerichtet<br />
Reinigung des Messdoms<br />
Falsch<br />
Druckaufnehmer<br />
Richtig<br />
Messdom vorsichtig<br />
reinigen. Druckaufnehmer<br />
nicht<br />
berühren.<br />
Lufteinschluss<br />
Falsch<br />
Lufteinschluss<br />
zwischen Krone<br />
und Bodenprobe<br />
zwischen Bodenprobe<br />
und<br />
Poren scheibe<br />
unter der<br />
Porenscheibe<br />
Richtig<br />
Krone<br />
Stechzylinder<br />
Bodenprobe<br />
Ring mit<br />
Porenscheibe<br />
Undichtigkeit<br />
Stechzylinder und/oder Dichtungen<br />
verschmutzt.<br />
Säubern Sie alle Flächen des Messaufbaus,<br />
vor allem Stechzylinder<br />
und Dichtungen.<br />
28 | Typische Fehler und Abhilfe
Fließraten<br />
Hohe Fließraten erodieren die Bodenprobe<br />
und führen zu falschen Messergebnissen.<br />
Bildung von Gasbläschen aus der Probe<br />
reduzieren die Leitfähigkeit.<br />
Extrem hohe Fließraten führen zu<br />
turbulenter Strömung, bei der das<br />
Messverfahren ungültig wird.<br />
Halten Sie den hydraulischen Gradienten<br />
generell niedrig.<br />
Laut DIN sollte der Gradient bei der<br />
Messung bei empfindlichen Proben den<br />
Verhältnissen im Feld angepasst werden.<br />
Dort ist der Gradient meist kleiner als 1,<br />
was im <strong>KSAT</strong> einer Anfangshöhe der<br />
Wassersäule kleiner 5 cm entspricht.<br />
Temperatureinflüsse<br />
Die Viskosität der Messflüssigkeit verringert<br />
sich durch Erwärmung. Eine Abweichung<br />
der Wassertemperatur von 20 auf 23° C<br />
führt zu einer Abweichung der Meßwerte<br />
von 18 %.<br />
Messgerät, Umgebung und Wasser<br />
müssen die gleiche Temperatur haben.<br />
Halten Sie die Umgebungstemperatur<br />
während der Messung konstant.<br />
Ionenstärke und die Ionenzusammensetzung<br />
Unterschiedliche Ionenstärke und<br />
die Ionenzusammensetzung führen zu<br />
einer Veränderung der gemessenen<br />
Leitfähigkeit.<br />
Stellen Sie sicher, dass diese Parameter<br />
in der Bodenprobe und im Wasser ähnlich<br />
sind. Korrigieren Sie wenn nötig durch<br />
Zugabe von CaCl 2<br />
.<br />
Ausgasen des Wassers<br />
Ausgasung von gelösten Gasen aus<br />
dem Wasser führt zu einem Blasenfilm<br />
am Übergang der porösen Scheibe zur<br />
Bodenprobe und einer Verminderung<br />
der gemessenen Leitfähigkeit.<br />
Verwenden Sie entgastes Wasser<br />
(Abkochen vor der Messung genügt).<br />
Ausgasende Bodenproben<br />
Lösen von Gasbläschen verändert<br />
die hydraulische Leitfähigkeit der<br />
Messanordnung.<br />
Verwenden Sie entgastes Wasser.<br />
Sättigen Sie die Bodenprobe<br />
unter Vakuum auf.<br />
Wasserablauf aus dem Gerät<br />
Erodierte Partikel aus nicht konsolidierten<br />
Proben wie Sand können zu einer Verstopfung<br />
des Ablaufs führen.<br />
Reinigen Sie den Messdom von Partikeln<br />
und spülen sie den Ablauf gründlich durch.<br />
Typische Fehler und Abhilfe | 29
Manuelle Installation des USB-Treibers<br />
• Verbinden Sie das Gerät mit dem USB-Port Ihres Computers.<br />
• Wählen Sie „device manager“ im „control panel“ (in Windows 2000 wählen<br />
Sie zuerst „Hardware“, dann "device manager“). Dann erscheint eine<br />
Liste von Geräten, die an den Computer angeschlossen sind.<br />
• Wählen Sie den UMS <strong>KSAT</strong> Adapter, klicken rechts auf die Maus und dann<br />
„properties".<br />
• Im angezeigeten Fenster wählen sie „driver“ und dann „update driver“.<br />
• Die Software fordert Sie auf zu browsen. Wählen Sie zum Beispiel:<br />
„C:\Programme\UMS GmbH\<strong>KSAT</strong> View\Driver\“<br />
• Wenn ein Warnhinweis erscheint wie „ … the hardware has not passed the<br />
Windows Logo Test …“ wählen Sie „Continue installation“.<br />
• Der Treiber sollte nun erfolgreich installiert sein.<br />
Hinweis:<br />
Für Windows 2000/XP benötigen Sie evtl. lokale Administratorenrechte. Abhängig von der<br />
Sprachversion Ihres Windows-Betriebssystems können die angezeigten Texte variieren.<br />
Firmware Update<br />
• Im Menü Extras „Update Firmware“ wählen<br />
• hex-Datei auswählen<br />
• Firmware Update wird durchgeführt<br />
Hinweis:<br />
Gerät nicht vom Computer trennen. Computer nicht herunterfahren.<br />
30 | Firmware Update
Wartung und Pflege<br />
Lagerung<br />
Wird das Gerät längere Zeit nicht verwendet, sollte es entleert werden. Trocknen<br />
Sie alle Teile, um Algenbildung zu vermeiden.<br />
Reinigung<br />
Das Äußere des Gerätes kann mit einem feuchten Tuch abgewischt werden.<br />
Vermeiden Sie das Eintrocknen von Wasserlachen.<br />
Haben sich Erd- und Sandkörner abgesetzt, so sollte das gesamte Gerät unter<br />
einem weichen Wasserstrahl gereinigt werden. Sie können die Reinigung mit<br />
Wasser durch einen Reinigungspinsel unterstützen.<br />
Die Ablaufrinne und die Leitung zum Ablauf können Sediment enthalten, vor<br />
allem wenn Proben durch den Messvorgang erodiert wurden. Spülen Sie das<br />
Gerät mit viel Wasser frei. Reinigen Sie auch die Gewinde der Abdeckhaube<br />
und des Messdoms mit Wasser und Bürste.<br />
Hinweis: Reinigung<br />
Reinigen Sie das Gerät nicht mit Seife, Spülmittel oder anderen tensidhaltigen Mitteln. Tenside<br />
verändern die Oberflächenspannung des Wassers, wodurch das Mess ergebnis verfälscht wird.<br />
Der Druckaufnehmer ist empfindlich gegen hohen Wasserdruck und die Berührung mit spitzen<br />
harten Gegenständen.<br />
Zubehör<br />
Transportbox und<br />
Stechzylinder<br />
Schlagadapter<br />
SZA<br />
Ring mit<br />
Porenscheibe<br />
HYPROP ©<br />
Laborverdunstungsverfahren<br />
zur<br />
Bestimmung der<br />
pF-Kurve und der<br />
ungesättigten<br />
Leitfähigkeit<br />
Normierter Stechzylinder zur Gewinnung ungestörter<br />
Proben mit einheitlichem Volumen in Transportbox<br />
zum optimalen Schutz<br />
Die Schlagadapter SZA250 ermöglichen eine vor sichtige<br />
Bodenprobenahme ohne Stauchung. Der Stechzylinder<br />
ist frei drehbar im Edelstahl-Schlagadapter.<br />
Die Anschaffung zusätzlicher Scheiben empfiehlt sich,<br />
wenn mehrere Bodenproben gleichzeitig aufgesättigt<br />
werden sollen. Dies reduziert die Messzeit erheblich.<br />
Die Verdunstungsmethode nach Wind/Schindler ist ein<br />
einfaches und schnelles Verfahren um die Retentionskurve<br />
anhand von 250 ml-Stechzylinder proben zu bestimmen.<br />
Durch zwei Tensiometerzellen in verschiedenen Höhen<br />
wird simultan die pF-WG-Kurve und die ungesättigte<br />
Leitfähigkeit bestimmt. Diese kann gegen die Wasserspannung<br />
oder den Wassergehalt aufgetragen werden.<br />
Wartung und Pflege | Zubehör | 31
Zahlen, Daten, Fakten<br />
Technische Daten<br />
Minimal messbare Werte für Ksat<br />
Maximal messbare Werte für Ksat<br />
Hydraulische Leitfähigkeit der Porenplatte<br />
Typische statistische Ungenauigkeit<br />
bei konstanten Umgebungsparametern und<br />
konstantem Fließwiderstand im Boden<br />
Genauigkeit des Drucksensors<br />
Genauigkeit des Temperatursensors<br />
Stechzylinder (passt auch auf UMS HYPROP ® )<br />
Software Voraussetzungen<br />
0,01 cm/d<br />
5000 cm/d<br />
Ks = 14000 cm/d<br />
etwa 2 %<br />
(in der Praxis ca. 10 %)<br />
1 Pa (entsprechend 0,01 cm WS)<br />
0,2° C<br />
Volumen: 250 ml<br />
Höhe: 50 mm, Ø (innen): 80 mm<br />
Windows 7 und neuer<br />
Microsoft Framework 3.5<br />
Bestimmungsgemäße Verwendung<br />
Das <strong>KSAT</strong> © dient der Messung der gesättigten Wasserleitfähigkeit von Bodenproben<br />
in einem UMS-Stechzylinder. Die Methodik folgt der DIN 19683-9 und<br />
DIN 18130-1 und beruht auf der Darcy-Gleichung.<br />
Die Auswertungsgleichungen basieren auf der Annahme laminaren Wasserflusses.<br />
Sie gelten also nur für geringe Fließgeschwindigkeiten.<br />
Garantie<br />
Die Garantiedauer beträgt 12 Monate und erstreckt sich bei bestimmungsgemäßer<br />
Verwendung auf Herstellungsfehler und Mängel. Der Umfang ist beschränkt<br />
auf die ersatzweise Lieferung oder Reparatur inklusive Verpackung.<br />
Versandspesen werden nach Aufwand berechnet.<br />
Erfüllungsort ist München, Gmunderstr. 37.<br />
32 | Zahlen, Daten, Fakten
Literaturverzeichnis<br />
Darcy, Henry (1856)<br />
Les fontaines publiques de la ville de Dijon. Dalmont, Paris.<br />
DIN 19683-9 (1998)<br />
Physikalische Laboruntersuchungen, Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit in<br />
wassergesättigten Stechzylinderproben. Beuth Verlag GmbH.<br />
DIN 18130 (1998)<br />
DIN 18130-1:1998-05 Baugrund – Untersuchung von Bodenproben; Bestimmung<br />
des Wasserdurch-lässigkeitsbeiwerts – Teil 1: Laborversuche. Beuth Verlag GmbH.<br />
DIN 19672-1 und E DIN ISO 10381-4<br />
Bodenentnahmegeräte für den Landeskulturbau; Geräte zur Entnahme von<br />
Bodenproben in ungestörter Lagerung bzw. Probennahme bei der Untersuchung<br />
von natürlichen, naturnahen und Kulturstandorten, Beuth Verlag GmbH.<br />
Dirksen C. (1999)<br />
Soil Physics Measurements. Catena Verlag, Reiskirchen.<br />
Hartge K.-H. und R. Horn (2009)<br />
Die physikalische Untersuchung von Böden. 4. Auflage. E. Schweizerbartsche<br />
Verlagsbuchhandlung, Stuttgart.<br />
McKenzie N.J., T.W. Green und D.W. Jacquier (2002)<br />
Laboratory measurement of hydraulic conductivity. In: McKenzie et al.: Soil<br />
Physical Measurement and Interpretation for Land Evaluation. CSIRO Publ.,<br />
Collingwood, Australien.<br />
Literaturverzeichnis | 33
Inhalt<br />
Theoretische Grundlagen ...................................................................................... 3<br />
Die Bedeutung des hydraulischen Widerstands..............................................3<br />
Messprinzip...........................................................................................................3<br />
Stechzylinderprobenahme.................................................................................4<br />
Wertebereiche für K f<br />
..........................................................................................5<br />
Perkolationslösung...............................................................................................6<br />
Erstinbetriebnahme ................................................................................................ 7<br />
Konfiguration des Gerätes ..................................................................................... 8<br />
Berücksichtigung des Plattenwiederstands ..................................................10<br />
Nullpunktsetzen .................................................................................................... 12<br />
Vorbereiten einer Messung ................................................................................. 13<br />
Aufsättigen der Bodenprobe ..........................................................................13<br />
Umgang mit quellenden Proben ....................................................................14<br />
Einbringen der Probe ins Gerät .......................................................................15<br />
Verdunstungsschutz bei Langzeitmessung ....................................................16<br />
Simulation einer Messung .................................................................................... 16<br />
Messung mit Falling Head ................................................................................... 17<br />
Messablauf ........................................................................................................18<br />
Auswertung .......................................................................................................21<br />
Messung mit Constant Head ............................................................................... 22<br />
Voraussetzungen ..............................................................................................22<br />
Messablauf ........................................................................................................23<br />
Auswertung .......................................................................................................24<br />
Ende einer Messkampagne ................................................................................ 25<br />
Ausgabe der Messwerte..................................................................................25<br />
Anzeige des Start-Stop-Zeitintervalls ..............................................................25<br />
Typische Messergebnisse (Beispiele) ................................................................. 26<br />
Ursachen für eine nicht konstante Leitfähigkeit ................................................ 27<br />
Typische Fehler und Abhilfe ................................................................................ 28<br />
Manuelle Installation des USB-Treibers................................................................ 30<br />
Firmware Update .................................................................................................. 30<br />
Wartung und Pflege .............................................................................................. 31<br />
Zubehöhr ............................................................................................................... 31<br />
Zahlen, Daten, Fakten .......................................................................................... 32<br />
Technische Daten ............................................................................................32<br />
Bestimmungsgemäße Verwendung ..............................................................32<br />
Garantie ............................................................................................................32<br />
Literaturverzeichnis ............................................................................................... 33<br />
34 | Inhalt
© 2013 UMS GmbH, München<br />
Druckschriftennummer: <strong>KSAT</strong>/L/12.12d<br />
Änderung, die dem technischen Fortschritt dienen, sind jederzeit möglich.<br />
<strong>KSAT</strong> ® und <strong>KSAT</strong> VIEW ® sind eingetragene Warenzeichen der UMS GmbH, München.<br />
Gedruckt auf Papier aus chlorfrei gebleichtem Zellstoff.<br />
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