Messung und Modellierung von Transportprozessen auf der Feldskala

• Antragsteller: Professor Dr. Kurt Roth
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5385003

• Erstellungsjahr: 2013

Zusammenfassung der Projektergebnisse

1. Ein vollständiges Set von Werkzeugen zum Einsatz von ERT und zur Analyse der Ergebnisse wurde implementiert und demonstriert. Dieses Set wird zu einem späteren Zeitpunkt in eine umfassende Inversion mit integriert werden. 2. Die ASSESS Test Site wurde gebaut und für eine Reihe von sehr genauen Experimenten genutzt. Die bisher erreichte höchste Genauigkeit war ∆θ = ±0.001. Diese Site wird für längere Zeit eines unserer wesentlichen experimentellen Vehikel sein. 3. Neue und unerwartete Möglichkeiten öffneten sich, beispielsweise die Bestimmung der Form der hydraulischen Parametrisierung, nicht nur der Parameter, aus der detaillierten Analyse des GPR Signals. Wir erwarten noch weitere, bisher kaum verfügbare Informationen aus den aktuell laufenden weiteren Experimenten und Analysen. 4. Die Mehrkanal-GPR Methode wurde entwickelt, ihre Eigenschaften untersucht, die Ergebnisse publiziert. Trotz ihrer Begrenzungen ist diese Methode optimal für eine Reihe von Fragestellungen mit mittleren Genauigkeitsanforderung. Sie ist schnell und kann leicht auf einem Laptop im Feld eingesetzt werden. 5. Die Methode der konstruktiven Inversion wurde entwickelt, an Daten von verschiedenen Standorten demonstriert, und publiziert. Diese Methode ist sehr genau und äusserst flexibel. Sie erfordert aber, je nach zugrunde gelegter Physik, einen sehr grossen Rechnercluster und ist damit nicht feldtauglich. 6. Die wesentlichen experimentellen Grundlagen zur Untersuchung der Kopplung von Boden und Atmosphäre, eines der essenziellen Elemente für die Dynamik der Wasserbewegung in Böden, wurden sowohl im Labor als auch im Feld gelegt. Durch das MAV verfügen wir über ein sehr effizientes Instrument um Oberflächentemperaturen auch von grösseren Gebieten erfassen zu können.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• 2008: Continuous and simultaneous measurement of reflector depth and average soil-water content with multichannel ground-penetrating radar, Geophysics, 73, J15–J23
  Gerhards, H., U. Wollschläger, Q. Yu, P. Schiwek, X. Pan, and K. Roth
  
• 2009: Field-scale apparent hydraulic parameterisation obtained from TDR time series and inverse modelling. Hydrol. Earth Syst. Sci., 13, 1953–1966
  Wollschläger, U., T. Pfaff, and K. Roth
  
• 2010: Multi-channel ground-penetrating radar to explore spatial variations in thaw depth and moisture content in the active layer of a permafrost site. The Cryosphere, 4, 269–283
  Wollschläger, U., H. Gerhards, Q. Yu, and K. Roth
  
• 2012: Estimating field-scale soil water dynamics at a heterogeneous site using multi-channel GPR, Hydrol. Earth Syst. Sci., 16, 4361-4372
  Pan, X., Zhang, J., Huang, P., and Roth, K.
  
• 2012: Inverting surface GPR data using FDTD simulation and automatic detection of reflections to estimate subsurface water content and geometry, Geophysics, 77, H45-H55
  Buchner, J. S., U. Wollschläger, and K. Roth
  
• 2012: Optimization of multi-channel groundpenetrating radar for quantifying field-scale soil water dynamics, J. Appl. Geophys., 82, 101-109
  Pan, X., U. Wollschläger, H. Gerhards, and K. Roth
  
• 2013: Identifying a soil hydraulic parameterisation from on-ground GPR time lapse measurements of a pumping experiment. Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., 17, 611-618
  Dagenbach, A., J. S. Buchner, P. Klenk, and K. Roth