Welchen Einfluss haben die Bodendurchlässigkeit und der k_f-Wert auf die Versickerung?

Die Bodendurchlässigkeit

Für die Versickerung von Regenwasser bzw. Niederschlagswasser ist die Bodendurchlässigkeit, d.h. die Bodenart und Zusammensetzung mit den ihr eigenen Eigenschaften der bestimmende Faktor. Die Durchlässigkeit für Wasser wird mit einem Durchlässigkeitsbeiwert, dem k_f-Wert als Zahlenwert beschrieben. Je geringer dieser ist, desto geringer ist auch die Wasserdurchlässigkeit.

Dabei spielen die Korngröße, die Korngrößenverteilung und die Lagerungsdichte eine wesentliche Rolle. Die Korngrößenverteilung wird mittels Siebanalyse im Labor ermittelt.

Bei höheren Feinanteilen wird auch noch eine Schlämmanalyse durchgeführt, um die Verteilung der feinen Korngrößen zu erhalten. Der Feinstoffanteil bestimmt hier die Bodendurchlässigkeit ganz erheblich, z.B. bei tong-schluffigem Sandboden (Lehm). Hier wäre bei hohem Feinkornanteil eine Versickerung nicht möglich.

Die Abbildung zeigt den Zusammenhang zwischen dem k_f-Wert und der Korngrößenzusammensetzung von natürlich gelagerten Böden (Sand-Schluff-Ton Anteil in %). In der sandigen Dreickspitze links unten ist der k_f-Wert hier am Höchsten (im Diagramm 1,7_*10^-4 m/s), bei gröberem Sand noch größer. Bei einem gemischtem Lehm in der Mitte ist er am Geringsten (3,2-5,6_*10^-7 m/s). In der Praxis können auch noch geringere Durchlässigkeiten auftreten.

Der k_f-Wert

Die Durchlässigkeit des Bodens für Wasser wird durch den Durchlässigkeitsbeiwert (k_f-Wert) oder auch die Hydraulische Leitfähigkeit beschrieben. Die Herleitung erfolgt nach dem Darcy-Gesetz.

Nach Definition ist der k_f-Wert ein rechnerischer Wert, der die Wasserdurchlässigkeit beschreibt und der als Faktor (Beiwert) bei Berechnungen in der Wasserwirtschaft eingeht.

Der k_f-Wert als Beiwert in den Formeln hat die Einheit [m/s] und gilt für den wassergesättigten Boden. In der im Porenraum mit Luft gefüllten, ungesättigten Bodenzone ist er stets geringer als im gesättigten Bereich der Grundwasserzone.

Der k_f-Wert kann per Definition in sehr weiten Bereichen zwischen 1,0 und 0,000.000.000.01 (=1/100 Billion) liegen und wird in verkürzter Form als negative Hochzahl zur Basis 10 dargestellt: z.B. 0,001 = 1/1000 = 10^-3.

In der folgenden Abbildung ist der k_f-Wert für die verschiedenen Bodenarten im Bereich von 10^-0 bis 10^-11 m/s dargestellt.

Hier einige Beispiele:
reiner Kies:           10^-1 bis 10^-2 m/s
Grobsand:             5_^*10^-3 bis 5_^*10^-4 m/s
Mittelsand:             5_^*10^-4 bis 10^-4 m/s
Feinsand:              10^-4 bis 10^-5 m/s
schluffiger Sand:   5_^*10^-5 bis 5_^*10^-7 m/s
Schluff:                  7_^*10^-6 bis 10^-8 m/s
Ton:                       < 10^-9 m/s

Einteilung nach DIN 18130, Teil 1

Nach DIN 18130, Teil 1 wird die Bodendurchlässigkeit für Wasser in 5 Bereiche des k_f-Wertes eingeteilt, die jeweils eine Spanne von 2 Zehnerpotenzen umfassen (= Faktor 100).

Für eine Versickerungsanlage sollte die Bodendurchlässigkeit im Bereich von 10^-3 und 10^-6 m/s, noch besser zwischen 10^-4 und 10^-5 m/s (Fein- bis Mittelsand) liegen, um die Funktionalität optimal zu gewährleisten. Das entspricht im Wesentlichen der DIN Einstufung von „durchlässig“.

Bei hoher Durchlässigkeit, z.B. im Grobsand und Kies wird die Filterwirkung gering oder sie fehlt ganz, bei schluffigem Sand mit geringem k_f-Wert wird die Anlage zu groß und die Versickerung dauert auch zu lange.

k_f-Wert bestimmen

Der k_f-Wert kann im Gelände oder im Labor bestimmt werden. Direkt im Boden als in-Situ-Versuch mit einem Versickerungsrohr nach meiner Methode, mit einem einfachen Sickertest in einer Grube oder im Schurf (Schluckversuch), einem Doppelring-Infiltrometer, mittels open-end-test im Bohrloch oder mittels Bodenproben im Labor als Siebanalyse oder mit einer Bodenprobe in einem speziellen Messzylinder (Permeameter). Im Grundwasser kann er mit einen Pumpversuch bestimmt werden.

Je nach Bestimmungsmethode wird der ermittelte Wert mit einem Korrekturfaktor malgenommen und dann als Bemessungs-k_f-Wert verwendet. Dabei ergeben die Feldmethoden mit dem Faktor 2 ein doppelt besseres Ergebnis. Später bei der Bemessung wird der k_f-Wert in der Formel durch den festen Faktor 2 dividiert. Es geht letztlich also bei den Feldmethoden der gemessene k_f-Wert ein.

Korrekturfaktoren:

• Abschätzung nach Bodenansprache: 1
• Sieblinienauswertung (Labor): 0,2
• Permeameter (ungestörte, vertikale Probennahme, Labor): 1
• Feldmethoden: 2

Fazit und Empfehlung

Die Bodendurchlässigkeit mit dem k_f-Wert hat einen entscheidenden Einfluss auf die Versickerung, die Auswahl und die Dimensionierung von Versickerungsanlagen.

Ein zuverlässiges Ergebnis für die Bodendurchlässigkeit kann nur vor Ort durch einen Versickerungsversuch auf dem Grundstück ermittelt werden, wo auch die Versickerung stattfinden soll. Dazu empfehle ich die Praxisanleitung in meinem eBook zur Regenwasserversickerung Teil 1 oder Teil 1+2. Darin wird der Versickerungsversuch mit einem Versickerungsrohr in einer kleinen Grube durchgeführt, ausgewertet und eine Versickerungsmulde oder Mulden-Rigole dimensioniert.

Für die Durchführung und Auswertung eines open-end-tests in größerer Tiefe, wie er für eine Rigole erforderlich ist, empfehle ich als Anleitung mit Auswertung mein eBook Teil 4.