FAQ's zur Bodenwasserprobenentnahme 

Wo sollte man die Probenflaschen installieren?

Sie können die Probenflaschen bei Bodentemperatur lagern. Deshalb bieten wir deshalb bieten wir zu diesem Zweck die Sammelflaschenboxen SF-FIELDBOX an. Der ganze Boden erlaubt eine Transmission der kalten Bodentemperaturen. Der Deckel ist gedämmt und die Wände verstärkt. 

Wie installiert man die Saugkezen?

Wir bieten  einen Bohrer an der den Boden nicht kompaktriert, damit immer noch ungestörte Bodenproben genommen werden können. Dieser Artikel hat die Nr 100306 oder TB-20. 

Wie verhindert man das organisches Material aus dem oberen Horizont durch den Bohrer in tiefere minalische Horizonte verlagert wird?

Bitte entfernen das organische Material bei einer Fläche von 20 x 20 cm before Sie anfangen tiefer zu grasben. 

Was ist die tiefste mögliche Einbautiefe?

Wie liefern Kerzen die bis zu 80 Metern tiefe einsetzbar sind. Allerdings wird diese Konstruktion an die Bedurfnisse des Kunden angepasst. 

Welche verschiedenen Methoden gibt es zur Bodenwasserentnahme

Es gibt drei verschiedene Methoden zur Bodenwasserprobennahme:

1. Die einfache Methode

2. Die Konstant-Vakuum-Methode

3. Tensiometergesteuertes Vakuum 

Wie funktioniert die "einfache Methode"?

Sammelflaschen werden mit einer Handvakuumpumpe auf beispielsweise 500 hPa evakuiert. Ist die Bodenwasserspannung kleiner als 500 hPa, wird Probenwasser angesaugt. Durch das angesaugte Probenwasser baut sich das Vakuum langsam ab.

In welchem Bereich kann man die "einfache Methode" anwenden? Was sind die Vorteile der Methode? Wo liegt die Begrenzung der Methode?

Die "einfache Methode" kann man für qualitative Bodenwasseruntersuchungen heranziehen. Die Methode ist kostengünstig und einfach zu handhaben. Der Nachteil der Methode liegt in der diskontinuierlichen und undefinierten Probennahme.

Wie funktioniert die "Konstant-Vakuum-Methode"?

Das Vakuum wird auf einen Wert von 0 ... 700 hPa eingestellt und über eine Pumpe und einen Regler konstant gehalten. Durch die Wahl des Vakuums können Bodenwässer und bestimmte Porenarten beprobt werden:

Für Sickerwasserstudien wird ein Vakuum von 60 hPa eingestellt und damit das schwach gebundene Wasser aus Grob – und Sekundärporen gewonnen. Der Wasserhaushalt wird dadurch minimal beeinflusst.

Vakuum 100 ... 300 hPa: schwach gebundenes Porenwasser auch aus Sand-, Lehm- und Tonböden

Vakuum 300 ... 700 hPa: gebundenes Porenwasser aus Mittelporen bei Lehm- und Tonböden.

In welchen Bereichen kann man die "Konstant-Vakuum-Methode" anwenden? Was sind die Vorteile der Methode? Wo liegt die Begrenzung der Methode?

Die Methode kann man für Langzeit Monitoring Projekte, Sickerwasserstudien und zur Bodenwasserentnahme mit einem Vakuum, das auf eine Porengröße abgestimmt ist (s.o.) anwenden. Vorteilhaft ist das die Probennahme klar definiert werden kann. Ein Nachteil ist allerdings, dass Änderungen der Bodenwasserspannung unberücksichtigt bleiben. 

Wie funktioniert die Tensiometergesteuerte-Vakuum-Methode?

Es wird eine konstante Druckdifferenz (Wirkdruck) zur laufend gemessenen Wasserspannung eingestellt. Damit ist das Wirkpotential (Saugpotential) konstant.

Wo liegen die Vorteile und wo die Nachteile dieser Methode?

Die Vorteile dieser Methode bestehen in: 

Filtrations- und Sorptionsverhalten sind etwa konstant, - geringe Memoryeffekte.

Die Kerzen setzen sich vergleichsweise geringfügig mit Feinpartikeln zu.

Bis max. 700 hPa wird Wasser gewonnen, - unabhängig von der Wasserspannung. Je größer die Druckdifferenz, je feuchter der Boden, je sandhaltiger der Boden (nur bis etwa 100 hPa), desto mehr Wasser wird gewonnen.

 

Die Nachteile der Methode bestehen im:

größeren Aufwand

der Füllstand der Methode muss überwacht werden

Was sollte man hinsichtlich Sandböden beachten?

Grobsandböden oder reine Mittelsandböden sind problematisch, weil der Wassergehalt im ungesättigten Bereich häufig zu gering ist, um Bodenwasser in ausreichender Menge zu bekommen. Wenn in Sandböden gearbeitet wird, dann sollte das Vakuum kontinuierlich anliegen. Anderenfalls können Sickerwasserereignisse, die in Grobsandböden kurzzeitig sind und an der Kerze „vorbeieilen“, nicht oder nur zufällig mit erfasst werden. Im Gegensatz dazu werden bei Sandfraktionen bis zu 50% hohe Wassermengen erzielt. [Riess 1993]

Was sollte man hinsichtlich der Vakuumwerte beachten?

Im Gegensatz zur Bodenmatrix sind alle Poren der Kerze vollständig mit Wasser gefüllt. Wird bei z.B. sandigem Boden ein zu großes Vakuum angelegt, so führt dies zu einer Entwässerung des die Kerze umgebenden Bodens, womit die Wasserleitfähigkeit stark zurück geht. Das Vakuum ist daher nur so groß wie nötig anzulegen. Im Allgemeinen ist es ausreichend, ein Vakuum anzulegen, das um nur 50 hPa größer ist als die Bodenwasserspannung. Bei diskontinuierlicher Probenahme Vakuum – kein Vakuum – Vakuum wird die natürliche Wasserbewegung gestört. Bei Sandböden besteht dabei die Gefahr, dass der Kapillarfilm im Boden mit zunehmendem Vakuum abreißt. Der Potentialunterschied bei unterschiedlichem Niveau von Saugkerze und Sammelflasche ist bei der Größe des Vakuums zu berücksichtigen (siehe auch Kapitel „Sammelflaschen“).

Was sollte man hinsichtlich der Porenverschlämmung beachten?

Die Poren der Kerzen können sich durch Feinpartikel im Laufe der Zeit verschließen. Das Spülen der Saugkerzen im eingebauten Zustand hat sich nur bedingt bewährt, da das in die Poren eingeschlämmte Feinmaterial wieder in den die Kerze umgebenden Boden gespült wird. Idealerweise sollte die Strömungsgeschwindigkeit klein – und etwa konstant sein (Tensiometersteuerung), da hier die geringste Verschlämmung beobachtet wurde. Daher sollte das Vakuum nur so groß wie nötig angelegt werden. [Riess 1993]

Welche Wassermengen können erreicht werden?

In freiem Wasser bei 500 hPa Vakuum: ca. 5 ml/10 Minuten In sandigem Lehmboden bei 500 hPa V: ca. 5 ml/1 Stunde (180 L/4 Jahre) High-flow-Keramiken können maximal die dreifache Menge an Wasser liefern.

Gibt es weitere allgemeine Empfehlungen?

Je länger Kerzen eingebaut sind, umso geringer werden evtl. störende Sorptionseinflüsse.

Je nach Art der Untersuchung kann es nötig sein, die Proben unter Schutzgas zu lagern.

Stark heterogene Böden sind problematisch, weil Saugkerzen punktuell wirken und je nach hydraulischem Anschluss zu Primär- oder Sekundärporen (Risse, Makroporen) verschiedenartiges Wasser gewonnen wird.

Sommermonate und trockene Böden sind problematisch, weil Bodenwasser nur bei feuchten Böden gewonnen werden kann.

Durch Mausgänge unter Grünland wird Bodenwasser rasch in tiefere Schichten verlagert, weshalb dort viel Bodenwasser anstehen kann [Riess 1993].

Auf folgende Punkte sollten Sie achten:

Bei geregelten Systemen ist zu beachten, dass das Vakuum direkt am VS-System – und nicht an der Saugkerze gemessen wird - insbesondere bei langen Zuleitungen sind dabei die Widerstände, hervorgerufen durch Blasen in der Saugleitung zu beachten.

Pumpen und Vakuumanlagen sind vor Probenwasser zu schützen (Überlaufschutz, ausreichendes Volumen, Wassereintrittssensor am Vakuumsystem) Alle Komponenten einer Vakuumanlage müssen implosionsgeschützt sein.

Falls die Sammelflasche in einer anderen Höhe positioniert ist als die Saugkerze ist auf das hydrostatische Gefälle zu achten. (siehe Kapitel „Höhenunterschiede“.

Was muss hinsichtlich der diskontinuierlichen Methode beachtet werden?

Die Sammelflasche ist mit der Saugkerze verbunden. Das Vakuum wird diskontinuierlich an die Sammelflasche mittels Hand-vakuumpumpe (VPS-2, siehe Kap. „Zubehör-Vakuumsysteme“) oder über eine mobile Vakuumpumpe (VacuPorter) angelegt.

Bitte beachten Sie hierbei: das maximale Sammelvolumen beträgt ca 2/3 des Flaschenvolumens.

Was muss hinsichtlich der Tensiometergesteuerten-Vakuum-Methode beachtet werden?

Die Sammelflasche ist mit der Saugkerze verbunden. Das Vakuum wird diskontinuierlich an die Sammelflasche mittels Hand-vakuumpumpe (VPS-2, siehe Kap. „Zubehör-Vakuumsysteme“) oder über eine mobile Vakuumpumpe (VacuPorter) angelegt.

Bitte beachten Sie hierbei: das maximale Sammelvolumen beträgt ca 2/3 des Flaschenvolumens.

Was muss hinsichtlich der Konstant-Vakuum-Methode beachtet werden?

Die Sammelflaschen sind mit den Saugkerzen verbunden. Das Vakuum wird kontinuierlich an die Sammelflaschen mittels Vakuumpumpe und einem fest eingestellten Unterdruck eingestellt.

Die Vakuumpumpe ist über einen Vakuumschlauch (z.B. PE Außendurchmesser 6mm, Innendurchmesser 4 mm) mit den Sammelflaschen verbunden.

Wird ein Überlaufschutz (SF-Protect) verwendet, dann sollten die Flaschen, die an das gleiche Vakuum angeschlossen sind mit T- Schlauchverbindern verbunden werden. Wird eine Pufferflasche verwendet, dann kann der Reserveanschluß am Deckel verwendet werden.

Bei einem System mit ständig angeschlossener Vakuumpumpe ist darauf zu achten, daß es zu keiner Überflutung des Systems kommt.

Was muss hinsichtlich der Tensiometergesteuerten-Vakuum-Methode beachtet werden?

Der Aufbau und die Anordnung der Saugleitungen, Flaschen und Vakuumleitungen ist mit der Konstant-Vakuum-Methode identisch. Als Steuerelement wird ein Tensiometer an das Vakuumsystem angeschlossen um den Unterdruck tensionsabhängig zu regeln.

Gibt es hinsichtlich von Höhenunterschieden etwas zu beachten?

Soll aus einer Tiefe, von beispielsweise einem Meter Bodenwasser, in eine Sammelflasche an die Bodenoberfläche gefördert werden, so baut sich im Saugschlauch eine „hängende Wasser-säule“ von 1 m auf. Diese reduziert das an der Kerze wirkende Vakuum um ca. 98 hPa.

Es gilt folgende Faustregel: Sammelflasche höher installiert: Vakuum

vergrößern um Entnahmetiefe, 1cm

entspricht 1 hPa.

Ist die Sammelflasche tiefer als die Kerze angebracht – beispielsweise an Profilwänden oder Schachtanlagen -, so erhöht sich entsprechend das Vakuum. Dies gilt jedoch nur dann, wenn der Saugschlauch mit Wasser gefüllt ist! In der Regel ist das nicht der Fall, da auch Dampf- oder Luftblasen mit gefördert werden. Es sollten daher wenn möglich Sammel-flasche und Saugkerze auf der gleichen Höhe installiert werden.

Sollte dies nicht möglich sein gilt folgende Faustregel: Sammelflasche tiefer: Vakuum entspricht dem Vakuum für gleiche Höhe, da auch Wasser gefördert werden soll, wenn Luft in der Sammelleitung ist.

Welche Sammelintervalle können empfohlen werden?

Das Probenahmeintervall wird je nach Untersuchungsgegenstand gewählt. Für Langzeitstudien hat sich ein Beprobungsintervall von ein bis zwei Wochen bewährt. Sofern Spitzeneinträge bei Starkniederschlagsereignissen erfasst werden sollen, muss das Beprobungsintervall kürzer gewählt werden.

Um eine zeitlich hohe Auflösung der Wassermengen zu erhalten kann das Gewicht der Sammelgefäße mittels Wägezellen und mit Datenloggern erfasst werden. Alternativ kann das Probenwasser über eine Kippwaage (Kipplöffel) in die Sammelflasche geführt werden. Das digitale Signal kann ebenfalls mittels Datenlogger erfasst werden.

Gibt es bestimmte Voraussetzungen bezüglich der Stromversorgung?

Bei automatischen Vakuumsystemen: Saugkerzenanlagen ohne Netzstromversorgung sind von Akkustrom oder Solar- oder Windstrom abhängig. Daher ist ein Energiemanagement notwendig, bei dem die Probenwassermenge, Leckagen und Einschaltzyklen, Lastabschaltung und Beprobungsintervalle berücksichtigt werden.

Welche Schritte sind bei der Probenahme durch die Diskontinuierlichen Methode zu beachten?

Bei einer Probenahme mit diskonti-nuierlichem Vakuum sollte die Flasche durch ziehen des Verschlussstopfens entlüftet werden. (siehe Abbildung rechts)

Bei einem System mit diskontinuierlichem Vakuum wird der Vakuumschlauch mit der Pumpe (Handpumpe (VPS) oder mobile Pumpe (VacuPorter)) verbunden und auf das gewünschte Vakuum evakuiert. Danach wird die Vakuumleitung geknickt, damit kein atmosphärischer Druckausgleich stattfindet und das Vakuum verloren geht. Der Verschlußstopfen wird wieder aufgesteckt (siehe auch „Ablauf der diskontinuierlichen Probenahme“  

1. Ziehen Sie den Verschlußstopfen ab.                                                      

2. Verbinden Sie den Vakuumschlauch der Pumpe mit dem Verbindungsstück und dem Anschluß der Sammelflasche und evakuieren bis zum gewünschten Vakuum.                                                

3. Klemmen Sie die Anschlußleitung der Sammelflasche, damit beim Abziehen des Verbindungsstückes das Vakuum in der Flasche gehalten wird.

4. Drücken Sie möglichst schnell den Verschluß-stopfen wieder auf das Anschlußstück der Sammelflasche

Was für unterschiedliche Saugkerzentypen gibt es?

SK20

Keramische Saugkerze K100 für kontinuierliche/diskontinuierliche Probenahme bei variablem Vakuum. ∅ 20 mm, Länge 60 mm. Schaft- und Schlauchlänge nach Wunsch.

SIC20

Siliziumcarbidsaugkerze für kontinuierliche/diskontinuierliche Probenahme bei variablem Vakuum. ∅ 20 mm, Länge 60 mm. Schaft- und Schlauchlänge nach Wunsch.

SPE20

Nylonsaugkerze mit PE-Sintermantel wie SKP100, jedoch schwerpunktmäßig für Metalle, Schwermetalle .∅ 20 mm, Länge 60 mm. Schaft- und Schlauchlänge nach Wunsch.

SKPE25

Keramische Saugkerze SKA100FF zur Sammlung von Proben-wasser im PE-Schaft. 100 cm Schaft haben ein Volumen von 250 ml, so dass ca. 100 ml Bodenwasser darin gewonnen werden kann. Diese Kerze eignet sich insbesondere für große Tiefen, da die Bodenlösung im Schaft nahe bei der Kerze gelagert wird. Erst zur Probenentnahme aus dem Schaft muss das hydrostatische Potential (bei 5 m 500 hPa) durch Vakuum oder Überdruck überwunden werden. ∅ 25 mm, Länge 65 mm. Schaft- und Schlauchlänge nach Wunsch.

SG25

Borsilikatglassinterkerze für kontinuierliche/diskontinuierliche Probenahme bei variablem Vakuum. ∅ 25mm, Länge 65mm. Schaft- und Schlauchlänge nach Wunsch.

Was sind Saugplatten?

Saugplatten können in gestörte Bodensäulen oder in gefüllte Lysimeter eingebaut werden. Weiter können Sie von Schachtwänden oder Profilgruben aus über horizontale Schächte von unten gegen den Boden gedrückt werden, - z.B. mit Luftkissen, hydraulisch oder mechanisch mit Edelstahlfedern. Da diese seitlich nicht gefasst sind muss das angelegte Vakuum exakt nach der Wasserspannung des umgebenden Bodens im gleichen Horizont gewählt werden, da anderenfalls eine hydraulische Senke oder ein Strömungswiderstand aufgebaut wird. Vorteil ist, dass eine größere Fläche beprobt wird als mit Saugkerzen.

Was für Saugplatten gibt es?

SIC300

Bruchfeste Platte aus porösem Siliziumkarbid für Bodensäulen und Kleinlysimeter. Die Platte ist in eine Butylfolie eingefaßt mit unter-seitigem Schlauchanschluss.

Geeignet für -60 hPa, Lufteintrittspunkt -80 hPa.

SPG120

Poröse Borosilikat Glasplatte. Geeignet für Phospate und DOC. Der Saugschlauch endet direkt im Kern der Platte. Dadurch ist keine Folie oder Abdichtung erforderlich.

Wie viele Saugkeurzen sollte man installieren?

Das hängt von der Hetrogenität des Bodens ab und wie präzise die Daten sein sollen. Wir empfehlen Ihnen drei zu benutzen.

Sollte man die Rohre in den Boden eingraben?

Ja, bitte tun Sie dies. Die Rohre sind geschützt und es wird zu keinem Aufheizen oder Frieren kommen.

Wie lange kann ich die Vakuumrohrlänge machen?

So lang Sie möchten. So lange das Wasser nicht als Flusswiederstand wirkt, gibt es praktisch kein Limit.

Beeinflusst der Kleber meine Probe?

Mit dem SK20? Nein! Ein großer Vorteil dieser Kerze ist, dass kein Kontakt mehr zum Kleber besteht. Kleber wirkt in der Regel als Sorbent.

Stellen basische Böden ein Problem dar?

Wir haben damit noch keine Probleme erfahren.

Muss man die Saugkerzen im Winter ausbauen?

Sobald es frieren kann, -ja-, da die Kerze kaputt gehen kann sollte sie mit Wasser gefüllt sein.

Muss man das Vakkumsystem im Winter ausbauen?

Die Pumpenmembran kann durch Temperaturen um die 0°C kaputt gehen. Wir empfehlen die VS erst anzustellen wenn Temperatur über +10°C liegt.

Wo sollte man die Probenflaschen installieren?

Sie können die Probenflaschen bei Bodentemperatur lagern. Deshalb bieten wir deshalb bieten wir zu diesem Zweck die Sammelflaschenboxen SF-FIELDBOX an. Der ganze Boden erlaubt eine Transmission der kalten Bodentemperaturen. Der Deckel ist gedämmt und die Wände verstärkt. 

Wie installiert man die Saugkezen?

Wir bieten  einen Bohrer an der den Boden nicht kompaktriert, damit immer noch ungestörte Bodenproben genommen werden können. Dieser Artikel hat die Nr 100306 oder TB-20. 

Wie verhindert man das organisches Material aus dem oberen Horizont durch den Bohrer in tiefere minalische Horizonte verlagert wird?

Bitte entfernen das organische Material bei einer Fläche von 20 x 20 cm bevor Sie anfangen tiefer zu graben. 

Was ist die tiefste mögliche Einbautiefe?

Wie liefern Kerzen die bis zu 80 Metern tiefe einsetzbar sind. Allerdings wird diese Konstruktion an die Bedurfnisse des Kunden angepasst.