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Teilprojekt SP4

Identi cation of e ffective process formulations for evaporation of water from bare soil

Die Beschreibung des Bodenwasserflusses zur Bodenoberfläche unter Verdunstungsbedingungen erfolgt meist mit eindimensionalen, effektiven Prozessmodellen, die auf dem Kontinuumsansatz beruhen. Diese können unter bestimmten Bedingungen einen gültigen Ansatz darstellen, führen unter anderen hingegen zu fehlerhaften Modellvorhersagen. In diesem Teilprojekt sollen die Gültigkeit und die Grenzen der Richardsgleichung zur Beschreibung der Evaporation aus dem unbewachsenen Boden für die zweite Verdunstungsphase untersucht werden, bei der die ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit des Bodens und die Dampfdiffusion die limitierenden Faktoren sind. Um die Beschränkungen zu analysieren, die sich aus der Vernachlässigung von Teilprozessen des gekoppelten Wasser-, Wärme- und Dampftransports ergeben, und um die Bedeutung der korrekten Parametrisierung der hydraulischen Leitfähigkeitsfunktion zu untersuchen, werden Daten verschiedener Verdunstungsszenarien durch inverse Modellierung ausgewertet. Die Verdunstungsszenarien basieren auf Experimenten mit transienten Randbedingungen. Flussunterbrechungen werden gezielt eingesetzt, um dynamische Effekte zu analysieren. Die verwendeten Messdaten umfassen synthetische Daten, die sich aus Vorwärtsmodellierungen des Projektes SP2 ergeben, reale Daten aus Experimenten mit Kleinlysimetern im Labor und unter Freilandbedingungen, sowie reale Daten aus einem verbundübergreifend durchgeführten Lysimeterexperiment (SP3). Die inversen Simulationen erfolgen mit schrittweise vereinfachten Prozessmodellen, ausgehend von dem um dynamische Effekte erweiterten Philip-de Vries Modell hin zur Richards-Gleichung. Besonderes Augenmerk wird gelegt auf (i) die Identifikation der relativen Beiträge von Flüssig- und dampfförmiger Wasserbewegung, (ii) die Identifikation des Zeitpunkts des Wechsels von der ersten zur zweiten Phase der Verdunstung, (iii) die Bestimmung der vertikalen Lage der Verdunstungsebene im Boden während der zweiten Phase der Verdunstung, und (iv) die Quantifizierung der Bedingungen, unter denen die Richardsgleichung als e  ektives Prozessmodell in praktischen Situationen verwendet werden kann, um zu korrekten Vorhersagen der Wasserflüsse zu kommen.

 

Institution:

Technische Universität Braunschweig

Abteilung für Bodenkunde und Bodenphysik

Projektleiter:

Prof. Dr. Wolfgang Durner

Webseite:

www.soil.tu-bs.de