Bestimmung des k_f-Wertes mit einem Schluckversuch im Baggerschurf

Durchführung: Versickerungstest im Baggerschurf

Der k_f-Wert kann im Gelände direkt im Boden mit einem einfachen Versickerungstest im Baggerschurf als Schluckversuch bestimmt werden. Er ist aufwändig und für die Bestimmung des k_f-Wertes in größerer Tiefe vorgesehen. Dabei wird eine Grube von ca. 80 x 150 cm bis ca. 100 cm Tiefe (oder tiefer) ausgehoben und mit 2-3 cm Feinkies ausgefüllt. Diese größere Tiefe ist hier z.B. für eine Rigolenversickerung vorgesehen. Es ist eine entsprechend große Wassermenge vorzuhalten oder über einen Wasseranschluss bereitzustellen.

Es wird seitlich ein Maßstab (Meßlatte, Zollstock) zur Höhenmessung angebracht und dann die Grube mit Wasser befüllt bzw. teilgefüllt und vorgewässert. Der Wasserstand sollte in der Höhe des zu messenden Bodenhorizontes stehen und nicht bis in die Höhe des Mutterbodens oder eine höhere und durchlässigere Bodenschicht reichen.

Die eigentliche Messung erfolgt dann nach erneuter Auffüllung mit ablesen der Anfangshöhe und nach einem Zeitintervall t von ca. 10 bis 30 min. die weitere Höhenmessung des Wasserspiegels. Aus dem Höhenunterschied wird die versickerte Wassermenge Q berechnet. Die Wassermenge kann auch anders bei der Zugabe ermittelt werden (z.B. bei Befüllung mit einem Schlauch mit ablesen der Wasseruhr). Diese Messung sollte 2 bis 3 mal wiederholt werden, bis sich nur noch ein geringer Unterschied im Verhältnis Q/t ergibt.

Auch bei dieser Feldmethode als „Schluckversuch“ wird der k_f-Wert überschlägig ermittelt. Das Ergebnis dient zur ersten Einschätzung der Bodenduchlässigkeit. Eine weitere Formel und Auswertemethode sehen Sie auf der folgenden Seite. Sie liefert mit gleichen Daten einen geringeren k_f-Wert (Auswerteformel mit größerer Sickerfläche A_w). Nach Ansicht des Blogbetreibers ist die erweiterte Sickerfläche näher an der Realität und sollte angewandt werden.

Einfache Formel zur Berechnung des k_f-Wertes

Im Beispiel ist die Grube 150 cm lang und 80 cm breit, Grundfläche A = 1,20 m². Die Wassermenge bei einer Höhendifferenz von 10 cm in 10 min. beträgt Q = 120 Liter. Eine wiederholte Messung bestätigte diesen Wert. Daraus berechnet sich ein k_f-Wert von ca. 1,7_*10^-4 m/s. (s. Ergebnis unten).

Er liegt über dem „durchlässigen Bereich“ von 1_*10^-4 bis 1_*10^-6 m/s im unteren „stark durchlässigen Bereich“ von 1_*10^-2 bis 1_*10^-4 m/s nach DIN 18130 Teil 1.

k_f  =  Q / (t _* A)   [m/s]

k_f         gesuchter Durchlässigkeitsbeiwert
Q         Wassermenge (z.B. aus Höhenmessung und Grundfläche berechnet)
A         Grundfläche der Grube
t           Zeit, Messintervall
h_o        Ausgangsdruckhöhe, Wasserstand bei Beginn
h_t         Druckhöhe zur Messzeit t

Beispielberechnung (instationäre Versickerung mit A)

Die Umrechnung von Liter in m³ und min. in Sekunden erfolgt mit dem Quotienten 1000 l/m³ und dem Faktor 60 s/min. Daraus ergibt sich die Dimension m/s für den k_f-Wert.

k_f        [m/s]
Q        120 l
A        1,20 m²
t          10 min.

k_f  =  120/1000 / (10_*60 _* 1,20) = 1,67_*10^-4   [m/s]

Kritische Bewertung

Eine Fehlerbetrachtung mit einem Vergleich habe ich auf der folgenden Seite durchgeführt. Es sind Auswirkungen auf das Ergebnis möglich, wie in den Grubenabmessungen einige cm und in der Höhenmessung z.B. 0,5 – 1 cm. Die daraus resultierende mögliche Schwankung ist mit etwa 5 bis 10 % anzunehmen.

Größere Fehler könnten dagegen von methodischer Art sein, wie z.B. die Versickerung in einem zu hoch gelegenen, durchlässigeren Bodenhorizont mit zu großem seitlichen „Wasserverlust“ (z.B. im Mutterboden) und Einbeziehung dieser Messdaten in die Gesamtauswertung, z.B als Mittelwert über die gesamte Versuchsdauer. Das Ergebnis wäre über eine größere Höhe ein zu „guter“ k_f-Wert.

Ebenso ist die reale wirksame Versickerungsfläche A_w durch eine Versickerung an den Seitenwänden größer als nur durch die Grundfläche A der Grube. Damit wird mit größerem Nenner in der Formel der reale k_f-Wert ebenfalls kleiner (s. Beispiele auf der Seite Versickerungsfläche).