BodenWasserRechner
Berechnung von Wasser-Retentionskurven nach Van Genuchten mit der Rosetta-PTF. Wissenschaftlich fundierte Bewässerungsplanung für die Praxis.
Berechnet die Wasser-Retentionskurve für eine Bodenart mit Van-Genuchten-Parametern aus der Rosetta-PTF. Inkl. Texturbereich als Bandbreite.
Ermittelt den aktuellen Bewässerungsbedarf auf Basis von Sensorwerten (pF, hPa, θ …) und bodenphysikalischen Parametern mit Gießplanung nach Green-Ampt.
Stellt die pF-Kurven von bis zu drei verschiedenen Bodenarten in einem gemeinsamen Diagramm gegenüber und vergleicht FK, PWP und nFK.
Hintergrundinformationen zur pF-Kurve, den Kennwerten FK und PWP sowie Schritt-für-Schritt-Anleitungen zur Bedienung des Rechners.
Wählen Sie für jede Spalte eine Bodenart aus oder geben Sie Texturanteile manuell ein. Mindestens eine Bodenart muss vollständig ausgefüllt sein.
Die pF-Kurve (auch Wasser-Retentionskurve oder Bodenfeuchte-Charakteristik) beschreibt den Zusammenhang zwischen dem volumetrischen Wassergehalt eines Bodens und der Saugspannung, mit der das Wasser festgehalten wird.
Der pF-Wert ist der dekadische Logarithmus der Wasserspannung in Zentimeter Wassersäule (hPa). Hohe pF-Werte bedeuten, dass Wasser sehr fest gebunden ist und von Pflanzen nur schwer aufgenommen werden kann.
Die pF-Kurve wird mathematisch durch die Van-Genuchten-Gleichung beschrieben:
wobei m = 1 − 1/n und:
Die Van-Genuchten-Parameter werden mit dem Rosetta-Modell (Pedotransfer-Funktion, Schaap et al.) aus Texturanteilen (Sand, Schluff, Ton) und optional der Trockenrohdichte berechnet. Rosetta ist ein neuronales Netz, trainiert auf einer umfangreichen Bodendatenbank.
Wassergehalt, den ein Boden nach vollständiger Sättigung und anschließender freier Drainierung über 2–3 Tage enthält. Oberhalb der FK fließt Wasser kapillar nach unten oder staut sich auf.
Wassergehalt, bei dem Pflanzen dauerhaft welken, weil die Saugkraft der Wurzeln nicht mehr ausreicht, um Wasser aufzunehmen.
Die Differenz zwischen FK und PWP gibt an, wie viel Wasser im Boden für Pflanzen verfügbar ist. Die nFK ist der zentrale Parameter für die Bewässerungsplanung.
Die Green-Ampt-Methode (Green & Ampt, 1911) ist ein physikalisch begründetes Infiltrationsmodell, das beschreibt, wie schnell Wasser in den Boden eindringt. Es wird hier genutzt, um die optimale Aufteilung der Bewässerungsmenge in mehrere Gießgänge zu berechnen.
Green-Ampt nimmt an, dass eine scharfe Benetzungsfront mit konstantem Sättigungsgrad durch den Boden nach unten wandert („Pistenmodell“). Die Infiltrationsrate nimmt dabei mit zunehmender Eindringtiefe ab, weil der Kapillarsog des trockenen Bodens mit wachsender Wassertiefe schwächer wird.
Die Infiltrationsrate berechnet sich nach:
wobei:
Da Rosetta Van-Genuchten-Parameter liefert (α, n), wird der Kapillarsog approximiert durch:
Der Parameter α [1/cm] entspricht dem reziproken Lufteintrittspunkt (Bubbling Pressure). Diese Approximation ist in der Literatur etabliert (Morel-Seytoux et al. 1996) und für die Bewässerungsplanung ausreichend genau.
Wenn die Beregnung intensität (mm/h) höher ist als Ksat, bildet sich Staunasse an der Oberfläche. Ab einer kritischen Infiltrationstiefe Fp (Ponding-Tiefe) beginnt die Bodenoberschicht zu sättigen:
Dabei ist R die Beregnungsrate [mm/h]. Liegt die gesamte Bewässerungsmenge über Fp, wird sie auf mehrere Gießgänge aufgeteilt.
Die Pausendauer zwischen zwei Gießgängen entspricht der Zeit, die der Boden benötigt, um die gesamte Gabe eines Gießgangs zu infiltrieren. Diese wird durch die analytische Umkehrlösung der Green-Ampt-ODE berechnet (Chow et al. 1988):
Diese Formel berücksichtigt, dass die Infiltrationsrate zu Beginn sehr hoch ist (trockener Boden zieht stark) und erst asymptotisch gegen Ksat abfällt. Eine vereinfachte lineare Näherung (t = F/Ksat) würde die Pausendauer systematisch zu kurz schätzen.
Die im Rechner verfügbaren Bodenarten basieren auf dem deutschen Bodenartendreieck nach Pätzold sowie der Klassifikation von Sponagel et al. (Bodenkundliche Kartieranleitung, KA5).