Warum ist die Saugspannungsachse logarithmisch?

Bodenwasser spannt den Bereich von fast gesättigt bis zu Tausenden kPa am Welkepunkt. Die logarithmische Achse legt die nasse Schulter und den trockenen Schwanz auf ein Diagramm.

Was bedeuten α und n physikalisch?

α setzt den Maßstab des Lufteintritts: größeres α — die Entwässerung beginnt bei kleinerer Saugspannung. n setzt die Steilheit der Kurve und die Porenverteilung; große n — steilere Entwässerung grobkörniger Böden.

Warum bleibt θ beim Ton auch am Welkepunkt groß?

Feinporen und Filme halten Wasser bei hoher Saugspannung, aber die Pflanzen entziehen es nur schwer, und die hydraulische Leitfähigkeit ist bereits sehr klein.

Keine Hysterese zwischen Benetzen und Austrocknen, kein osmotisches Potential, keine Bodenstruktur, keine bevorzugten Fließwege, keine Wurzeln und keine geschichteten Profile.

Bodenwasser-Retentionskurve

van-Genuchten-Kurve θ(ψ), effektive Sättigung S_e, Mualem-Leitfähigkeit K(θ), Feldkapazität, Welkepunkt und pflanzenverfügbares Wasser.

Diagramme

Zum Modell

Die Bodenwasser-Retentionskurve verknüpft den volumetrischen Wassergehalt θ mit der Matrixsaugspannung |ψ|. van-Genuchten-Form: S_e = [1 + (α|ψ|)^n]^{−m}, m = 1 − 1/n und θ = θ_r + S_e(θ_s − θ_r). Dabei ist θ_r das Restwasser, θ_s der Sättigungswassergehalt, α der Maßstab des Lufteintritts, n die Breite der Porengrößenverteilung. Die ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit nach Mualem: K = K_s S_e^{1/2}[1 − (1 − S_e^{1/m})^m]² — beim Austrocknen fällt K um Größenordnungen schneller als θ. Markiert sind die Feldkapazität (etwa 33 kPa), der permanente Welkepunkt (etwa 1500 kPa) und das pflanzenverfügbare Wasser θ_FC − θ_WP. Die Vorlagen Sand, Lehm und Ton zeigen den Unterschied zwischen rascher Entwässerung grobporigen Bodens und der Bindung in Feinporen. Eine Hysterese zwischen Benetzen und Austrocknen fehlt.

Für wen: Bodenkunde, Hydrologie und Agronomie: ungesättigte Zone, Retentionskurve.

Wichtige Begriffe

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effektive sättigung
mualem-leitfähigkeit
feldkapazität
welkepunkt
pflanzenverfügbares wasser

So funktioniert es

van Genuchten: S_e = [1+(α|ψ|)^n]^{−m}, m = 1−1/n, danach θ = θ_r + S_e(θ_s−θ_r). Die Mualem-Leitfähigkeit K(S_e) fällt beim Austrocknen viel schneller als der Wassergehalt. Markiert sind Feldkapazität (~33 kPa), permanenter Welkepunkt (~1500 kPa) und verfügbares Wasser θ_FC − θ_WP. Die Vorlagen Sand / Lehm / Ton ändern die Kurvenform.

Wichtige Gleichungen

S_e = [1 + (α|ψ|)^n]^{-m}, m = 1 − 1/n

θ = θ_r + S_e(θ_s−θ_r), K(S_e)=K_s S_e^{1/2}[1−(1−S_e^{1/m})^m]^2

Häufige Fragen

Warum ist die Saugspannungsachse logarithmisch?: Bodenwasser spannt den Bereich von fast gesättigt bis zu Tausenden kPa am Welkepunkt. Die logarithmische Achse legt die nasse Schulter und den trockenen Schwanz auf ein Diagramm.
Was bedeuten α und n physikalisch?: α setzt den Maßstab des Lufteintritts: größeres α — die Entwässerung beginnt bei kleinerer Saugspannung. n setzt die Steilheit der Kurve und die Porenverteilung; große n — steilere Entwässerung grobkörniger Böden.
Warum bleibt θ beim Ton auch am Welkepunkt groß?: Feinporen und Filme halten Wasser bei hoher Saugspannung, aber die Pflanzen entziehen es nur schwer, und die hydraulische Leitfähigkeit ist bereits sehr klein.
Was fehlt im Modell?: Keine Hysterese zwischen Benetzen und Austrocknen, kein osmotisches Potential, keine Bodenstruktur, keine bevorzugten Fließwege, keine Wurzeln und keine geschichteten Profile.

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