Modellierung und Prognose der Bodenfeuchtigkeit mithilfe von Boden und Meteodaten am Beispiel einer Lysimeteranlage
Creators: name: Volpe, Valerio
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2019
Subjects: Lysimeter
HYDRUS-1D
Bodenwasserbilanz
Evapotranspiration
Bodenökologie
577: Ökologie

description: Böden bilden einen wichtigen Zwischenspeicher im Wasserkreislauf. Das Wasser, welches im Boden in Grob und Feinporen vorliegt, dient als Lösungsmittel und Transportmedium für Nährstoffe und wird beim Gasaustausch mit der Atmosphäre transpiriert. So verändert sich der im Boden befindende Bodenwasservorrat ständig, abhängig von Niederschlägen, Transpiration und Evaporation. Die Quantifizierung des Bodenwasservorrats ist für die Landwirtschaft wichtig, weil es Hinweise zur mengenmassigen und zeitlichen Bemessung von Bewässerungsgaben liefert.
Da die flachendeckende Messung von Bodenwassergehalt und Matrixpotenzial teuer und arbeitsaufwändig ist, kann mithilfe von Modellen die Bodenwasserbilanz eines Standorts berechnet werden. Dabei werden Daten zu Meteorologie und Bodenbeschaffenheit verwendet, um die Evapotranspiration (ET), Infiltration und Versickerung mathematisch zu beziffern. In dieser Arbeit sollen Berechnungen der Wasserbilanz sowie des Bodenwassergehalts vorgenommen und mit Messdaten der Lysimeteranlage auf dem Campus der ZHAW in Wädenswil verglichen werden. Da die Exposition und Hangneigung aufgrund des sich verändernden Einstrahlungswinkels einen Einfluss auf die Evapotranspiration hat, wurden zudem Tensiometer zur Überwachung der Bodenfeuchtigkeit an zwei unterschiedlich exponierten Flachen installiert, um diesen Effekt zu beobachten.
Die mit HYDRUS-1D berechneten Komponenten der Wasserbilanz sowie Bodenwassergehalt und Matrixpotenzial zeigten eine gute Übereinstimmung mit den gemessenen Daten. Sickerwassermenge und Speicheränderung konnten gut nachvollzogen werden. Die Berechnung der ET wies jedoch Unstimmigkeiten auf, die teilweise durch die verwendeten Eingangs-Parameter erklärt werden konnten. Die Berechnungen des Matrixpotenzials in Abhängigkeit der expositionsabhängigen Einstrahlung konnte nur bedingt die gemessenen Werte abbilden. Im Unterboden wurde dabei eine bessere Übereinstimmung als im Oberboden erreicht. Die Genauigkeit des Modells konnte durch die Verwendung genauerer Daten über Boden und Vegetation verbessert werden.
description: Abstract:
Soils form an important intermediate reservoir in the water cycle. The water, which is present in the soils coarse and fine pores, serves as a solvent and transport medium for nutrients and is transpired during gas exchange with the atmosphere. The soil water supply changes constantly depending on precipitation, transpiration and evaporation. Quantifying the soil water provides information on the quantity and timing of irrigation for agricultural crops.
Since the large-scale measurement of soil water content and matrix potential is expensive and labourintensive, models can be used to calculate the soil water balance of a site. Data on meteorology and soil composition are used to mathematically quantify evapotranspiration, infiltration and percolation. In this work, calculations of the water balance and the soil water content will be carried out and compared with measured data from the lysimeter facility on the campus of the ZHAW in Wadenswil. Since exposition and slope have an influence on evapotranspiration due to the changing irradiation angle, tensiometers for monitoring soil moisture were also installed on two differently exposed surfaces to observe this effect.
The components of the water balance, soil water content and matrix potential calculated by HYDRUS-1D showed a good agreement with the measured data. The quantity of percolated and the change in stored water could be reproduced. However, the calculation of the evapotranspiration showed discrepancies, which could partly be explained by the input parameters used. The calculations of the matrix potential as a function of the exposure-dependent irradiation could only reproduce the measured values to a limited extent. A better agreement was achieved in the subsoil than in the topsoil. The performance of the model could be improved by using more accurate data regarding soil and vegetation cover.