Vergleich des Sickertests in einer kleinen offenen Grube mit dem einer Rohrversickerung

Die gängige Methode zur Ermittlung des k_f-Wertes für den oberen Bodenbereich bis ca. 50 cm Tiefe in einer Grube, wie auf meinen Blog-Seiten beschrieben, wird hier im Beispiel mit der Rohrversickerung (meine Methode) verglichen.

Es werden beide Tests in einer handgegrabenen kleinen Grube durchgeführt, wobei der wesentliche Unterschied in der Art und Größe der Berücksichtigung der „Versickerungsfläche“ und damit in der Auswerteformel liegt. Die Versickerungsfläche mit Rohr ergibt sich aus den Rohrquerschnitt und bleibt immer konstant. Bei beiden Versuchen erfolgt eine Vorwässerung zur Bodensättigung und dann die Messung mit einem angepassten Messintervall mit mehreren Wiederholungen. Es handelt sich um eine instationäre Versickerung, d.h. der Wasserstand nimmt während des Versuchs in beiden Fällen ab.

Bei gleichem Zeitintervall von z.B. 10 Minuten und jeweils gleicher Absenkhöhe von hier gewählten 7 cm ergibt sich im Ergebnis des k_f-Wertes ein Unterschied von ca. + 37 % bei der Rohrversickerung (näheres dazu s.u.). Mit veränderten Versuchsbedingungen kann eine Übereinstimmung im Ergebnis für beide Versuche erzielt werden.

1. Sickerversuch in einer kleinen offenen Grube

Der k_f-Wert wird gemäß der Formel mit der versickerten Wassermenge pro Zeit und den Grubenabmessungen (Sickerfläche A_w) berechnet:

k_f  =  Q / (t _* A_w)  [m/s]

Es wurden folgende Daten für das Beispiel verwendet (s. auch Onlinebeispiel):

• Länge der Grube L = 500 [mm]
• Breite der Grube B = 300 [mm]
• Tiefe der Grube T = 500 [mm]
• Messintervall t = 10 [min.]
• Anfangswasserstand h_o = 150 [mm]
• Endwasserstand h_t = 80 [mm]
• berechnet: mittlere Höhe h_m = 115 [mm]
• berechnet: Wassermenge Q = 0,0105 [m³]
• berechnet: wirks. Versickerungsfläche A_w = 0,334 [m²]
• berechnet: k_f-Wert = 5,2_*10^-5 [m/s])

2. Sickerversuch in einer kleinen Grube mit Versickerungsrohr

Für die instationäre Auswertung mit Versickerungsrohr und den beschriebenen Versuchsbedingungen gilt die Formel mit der Rohreinbaulänge L, der Zeit und den Wasserstandshöhen (aus versickerter Wassermenge und Rohrquerschnitt berechnet):

k_f  =  L / t _* ln (h_o / h_t)   [m/s]

Es wurden folgende Daten für den Beispielvergleich verwendet:

• Grubenabmessungen wie zuvor
• Länge des Versickerungsrohres L_R = 565 [mm]
• Innendurchmesser des Versickerungsrohres D_i = 119 [mm]
• Einbaulänge des Versickerungsrohres L = 200 [mm]
• Messintervall t = 10 [min.]
• Anfangswasserstand (Rohr oberer Rand) h_o = 365 [mm]
• nachgefülltes Wasservolumen V = 780 [ml]
• berechnet: Anfangshöhe h_o = 365 [mm]
• berechnet: abgesenkte Höhe h = 70 [mm]
• berechnet: Endhöhe h_t = 295 [mm]
• berechnet: Versickerungsfläche im Rohr A_R = 0,01112 [m²]
• berechnet: k_f-Wert = 7,1_*10^-5 [m/s]

Der Vergleich der Beispiele

Es wurden folgende Ergebnisse berechnet:

1. Sickerversuch: k_f-Wert = 5,2_*10^-5 [m/s]
2. Sickerversuch mit Rohr: k_f-Wert = 7,1_*10^-5 [m/s]

Die Grubenabmessungen Länge und Breite sowie die Wasserstandshöhen wirken sich in 1. auf das Ergebnis aus. Da diese Größen rel. willkürlich festgelegt sind, können sie auch verändert werden, mit Einfluss auf den berechneten k_f-Wert.

Bei der Rohrversickerung sind die Rohrlänge und die Einbaulänge auch rel. willkürlich gewählt worden. Mit einer Veränderung ergibt sich auch ein anderer k_f-Wert.

Beispielvergleich abgeändert

Durch eine Veränderung der Versuchsbedingungen ändert sich auch das berechnete Ergebnis und es kann dann ein ähnlicher k_f-Wert für beide Versuche berechnet werden. Es werden geringe Änderungen für beide Sickerversuche vorgenommen:

Mit einer Grubenvergrößerung (Breite B von 30 auf 50 cm), bei sonst gleichen Bedingungen, ergibt sich ein etwas größerer k_f-Wert.

Mit einer etwas verkürzten Rohreinbaulänge (L von 20 auf 18,5 cm), bei sonst gleichen Bedingungen, ergibt sich ein etwas kleinerer k_f-Wert.

1. Sickerversuch: k_f-Wert = 6,1_*10^-5 [m/s] (Vergrößerung auf B = 500 mm)
2. Sickerversuch mit Rohr: k_f-Wert = 6,3_*10^-5 [m/s] (verkürzt auf L = 185 mm)

Die Beispiele können leicht mit dem Onlinerechner nachgerechnet werden. Für das Versickerungsrohr s. Rohrversickerung online.

In der Abbildung ist die Abhängigkeit des k_f-Wertes für 3 Grubenabmessungen (rot, blau, grün) für steigende Ausgangswasserstände dargestellt. Das Beispiel zeigt, wie sich die Wahl der Versuchsbedingungen bei der Anfangshöhe auswirkt. Hier bei 1 cm Höhenzunahme ein ca. 4 bis 5 % geringerer k_f-Wert bei jeweils gleicher Absenkung von 7 cm.

Für die Rohrversickerung ist die Auswirkung der Versuchsbedingungen im Beispiel für 3 Zeiten von 10, 15 und 20 Minuten und einer Reihe von versickertem Wasservolumen im Diagramm dargestellt.