Transport von Wasser, Soluten und Dispersionen in wasserungesättigtem Sand

Abstract

In einer Reihe von Versuchen wurde der Transport von Wasser, Soluten und Dispersionen durch einen geschichteten Sandkörper mittels einer Reihe von Lysimeterversuchen im Labor untersucht. Dazu wurden kubische Glaslysimeter unterschiedlicher Größe (etwa 0,01 1 m³) mit trockenem Sand befüllt. Vorwiegend wurden zwei Korngrößenklassen (355 630 µm und < 355) verwendet. In den einzelnen Versuchen wurde der Wasserfluss durch horizontal, vertikal und diagonal aufeinanderliegenden Sandlagen mit Wasser und Dispersionen, auch in Abhängigkeit von unterschiedlichen Beregnungsraten, untersucht. Während der Infiltration des Wassers wurden die Fließwege des Wassers durch den trockenen Sand durch die gläsernen Lysimeterwände sichtbar. Nach dem Erreichen eines Fließgleichgewichts zwischen Beregnung und Abfluss wurde der Beregnungslösung ein Farbstoff (acid red 27) zugefügt, der die ursprünglich angelegten Fließbahnen weitgehend nachzeichnete. Um ein räumliches Bild über den Wasser- und Stofftransport innerhalb des Lysimeters zu erhalten wurden Chlorid, Nitrat und eine Tonsuspension als Tracer eingesetzt.Die Bewegung des Wassers durch den Sandkörper verlief nicht in dem erwarteten Rahmen, welcher durch bekannte Modelle wie dem präferentiellen Fließen beschrieben wird, sondern in einer sehr viel komplexeren Weise. Durch vertikale und horizontale miteinander vernetzte Fließbahnen entstand ein kaskadenähnliches System. In Wasserlamellen, die Luftkissen auflagern, kann Wasser dauerhaft gespeichert werden. Temporär ist auch die Speicherung eines größeren Wasservorrates möglich. Die neue Erkenntnis über den lateralen Wassertransport und seine Dimensionen innerhalb der Wasserlamellen ist von großer Bedeutung. Zur Benennung dieses Phänomens wird in dieser Arbeit der Begriff Kaskadenfluss vorgeschlagen. Die Lage sowie die Dimensionen von Wasserlamellen und Luftkissen ist weitgehend vom Korngrößenspektrum und der Lagerungsstruktur des Sandes abhängig.