Massenaustausch durch die Grenzfläche zwischen Makroporen und Matrix bei präferenziellem Fluss und Transport in strukturierten Böden: Modellentwicklung

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Horst Herbert Gerke
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 356073271

Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer erweiterten 2-Regionen Massentransferterms auf der makroskopischen Skala für 2-Regionenmodelle zur Beschreibung des präferenziellen Transports von reaktiven Stoffen in strukturierten Böden. Dieser Term soll in Beziehung gesetzt werden mit der mm-skaligen räumlichen Verteilung von (lokalen) physiko-chemischen Eigenschaften an der Grenzfläche zwischen Makroporen und Bodenmatrix. Die Idee besteht darin, die hochskalierte Information der lokal verteilten Sorptionsplätze, die auf den intakten Strukturoberflächen gefunden werden (zB. den Wänden von Bioporen und Rissen sowie auf den von Tonkutanen überzogenen Aggregaten), in einen effektiven Retardationsparameter zu integrieren, der dann in dem Massentransferterm des makroskopischen Dual-Permeabilitätsmodell den Sorptionseffekt der Struktur des Bodens beim präferentielle Fluss im Mittel beschreibt. Auf der lokalen Skala werden 2-3D Simulationen des Detailprozesses als Referenz verwendet. Diese Simulationen werden an Tracer- und mikroCT Daten zur Porenstruktur der Grenzfläche und der Matrix kalibriert. Der makroskopische Term soll evaluiert werden durch den Vergleich zwischen gemittelten lokalen Verteilungen (Konzentrationen während des Massentransfers) mit den mittleren Konzentrationen, die durch den makroskopischen Term berechnet werden. Dies soll für unterschiedliche Anfangs- und Randbedingungen an Proben von drei strukturierten Unterböden durchgeführt werden. Der so angepasste Massentransferterm wird weiterhin getestet durch den Vergleich mit der Ergebnissen von Perkolationsexperimenten an ungestörten Bodensäulen mit denen der Simulation unter Verwendung eines 1D Dual-Permeabilitätsmodells, in dem der verbesserte Massentransferterm implementiert wurde.Wir erhoffen uns eine weitere Verbesserung des Verständnisses der Beziehung des präferenziellen Flusses zur Bodenstruktur und des Einflusses der Bodenbewirtschaftung auf die Verlagerung von gelösten Stoffen, speziell reaktiven Stoffen, beim Auftreten von präferenziellem Transport.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Kooperationspartner: Dr. Jaromir Dusek; Professor Dr. Thomas Vogel