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pdf-Datei, 10 MB - Albert-Ludwigs

1. 70 70 E en 60 SCH 50 40 40 2 30 30 EEN 20 o 210 10 0 0 40 40 36 36 32 32 e 28 N 2 S 7 28 SE e Ox 24 am 8 o 20 16 LAT 5 16 12 2 12 8 8 Kal Ka2 Ka3 v Ka4 40 40 36 S z 36 7 X Q SO S R S 32 K Ce per y Si 24 24 20 20 Kc1 Kc2 Kc3 v Kc4 40 40 v Y v 36 oe EE EN l 36 Y vee Ge s v Zeg y 8 A 56 SE lt 28 pn mg Ze ge e sg 28 24 u er a Du SAS S T fw E u u 20 ng u u Fi 20 16 Kee 16 12 Bn 12 8 8 E Ual e Ua2 e Ua3 7 Ua4 40 40 t D v v 2 K A EC AIR SS Ka E We 8 In ze D Wel Es N 8 A y vy ON N Ba y Es e lt fy 4 S
2. Bodentemperatur C Bodentiefe cm EE R BEE Abbildung 4 25 Zusammenhang zwischen Wasserspannung und Bodentemperatur 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 85 Es ist m glich anhand der CO Konzentrationen den Bodengashaushalt zu cha rakterisieren SCHACK KIRCHNER amp HILDEBRAND 1998 Eine ungehemmte Bel ftung kann bei CO2 Werten unter 1 2 Vol angenommen werden Bei Werten bis 5 Vol ist im allgemeinen von einer St rung des Gastransportes auszugehen jedoch ohne dominierende anaerobe Prozesse Liegen die CO Konzentrationen ber 5 Vol kann man nach Beobachtungen in Waldb den von dominierender Anaerobie ausgehen Prozesse wie Methanproduktion anstatt CH 4 Verbrauch Denitrifizierung bis zum N sowie ansteigende respiratorische Quotienten es wird mehr CO freigesetzt als O2 verbraucht bestimmen den Gasaustausch Anl Termin kontrolle invergdchtet Abbildung 4 26 Zuordnung der beobachteten CO Konzentrationen zu den Klassen ungest rte Bel ftung gest rte Bel ftung und Anaerobie Ber cksichtigt wurden nur die Termine mit mittleren Lufttemperaturen ber 8 C da die CO Konzentration nur bei ausreichender W rme einen
3. 40 35 30 25 SC 25 KL ie e Ze nr N We aani 20 d E 20 z 15 15 gt gt 5 x x x WG in Profil Ub modelliert VZ 120 cm gemessener WG in Profil Uc 50 85 cm O amp gemessener WG in Profil Ub 50 85 cm WG in Profil Ub modelliert mit VZ 150 cm Abbildung 4 43 Vergleich modellierter Wassergehalte zweier unterschiedlich tiefer Verdunstungs zonen 120 bzw 150 cm von Profil Ub mit den gemessenen Wassergehalten Mittel der Tiefenstufen 50 und 85 cm der Profile Ub und Uc Mit abnehmendem Wassergehalt im Oberboden steigt der Saugspannungsgradient zwischen feuchterem Unter und trockenerem Oberboden an Wasser wird entlang dieses Gradienten gegen die Schwerkraft kapillar nach oben bewegt Die Auf stiegsrate und die H he des Aufstiegs h ngen vom Saugspannungsgef lle und Bodeneigenschaften wie der Bodenart ab Ein Grund f r die im Sommer zu nied rig berechneten Wassergehalte kann sein dass HELP diese Nachlieferung aus dem Unterboden untersch tzt Um zu pr fen ob der Bereich des kapillaren Bodenwas seraufstieges in den Wurzelraum Tiefe 90 cm in der ersten Modellierung mit 30 cm zu gering angesetzt war erfolgte f r Profil Ub eine zweite Modellierung mit einer Gesamttiefe der Verdunstungszone von 150 cm d h einer Nachlieferungs zone von 60 cm M chtigkeit Wie Abbildung 4 43 zeigt wird hierdurch keine bessere bereinstimmung der berechneten Bodenwassergehalte mit den gemessenen erziel
4. KR a e ZS sn E E K We SR Di KA Z ig x 4 H A E Se L wi CH Ir e VE x amp X S EN zs a j gt A E E F e gt 3 GC Pak So K d _ er A S ZuM 5 t 2 gt ge D D e K s E v ooi gt e e Q Sn S x w AR x wo 3 e 5 72 Bodenphysik Bildtafel B Ausschnittvergr erungen Lage siehe Bildtafel A CW er TZ s y 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 73 3 Ver nderung der Bodenstruktur durch den Einbau Bildtafel B Detailfotos Um die Wirkung der Verdichtungen auf den Boden deutlicher zu zeigen sind in Bildtafel B Ausschnittvergr erungen aus den D nnschliffen des st rker verdich teten Horizontes des K Feldes Kd4 sowie der gleichen Tiefe des U Feldes Ud4 angefertigt Die Lage der Ausschnitte ist jeweils in Bildtafel A verzeichnet Auf Bildtafel B ist unten gro es Bild zum Vergleich ein Bereich aus Ud4 zu sehen in dem die Originalstruktur des Bodens vor der Umlagerung teilweise erhalten blieb Der ungest rte Teil ist umrandet Oben links ist ein verdichteter Bereich aus Kd4 und oben rechts ein etwas dichterer Bereich aus Ud4 dargestellt e Gef ge des ungest rten Bodens Bildtafel B gro es Bild unten Im ungest rten Gef ge sind zahlreiche Hohlr ume 6 hnlichen Durchmessers ca 200 400 um zu erkennen Es handelt sich dabei um ehemalige Wurzel r hren Diese potenziell kont
5. RER D AE EE EE l l l l l k ITT Ir e 5 Aer ee r r Seege eeben eeben M SE eng e 1 l 1 1 SS en DEE besame Beer iarsma NEE are l l l EI ITT nn rn ie Bu Pen nn Fee ees riese je T D l i 1 Ee KE un N ee Ir Ee EEN EE l l l TTSS GEESS ee Se Ir a EE E EE Ee Eer GER tr H j To e e Dei CO 1O O 5 a Kei N Q e Keng ke N ___ ____ ___ e Bee ne DEE nu re Ke kee a a a rc T ponr biss RE Siss EE ET l l l l D DEE Sr n aa 7 Bi SW Pe Doz az 4 4 nn l l l l g BI u a 2 kaaa e RA a JEE dee Se 2 BE ne u ee en dh Web eg D H 4 I l l l l l EI Ke Be e E E E GH IT SE T T EE Leo BEE L it Seel Jannen O I I I I I BRD o i iee ee Ir Q l Kekeer karte take Janet este 19 ROESER aa ao a a ig ai a e en ee EEN SE E le SE T l I e E Dei o Dei CH 1O oO 5 A To N E N a Trockenraumdichte g cm Konventionell verdichteter Einbau K KL Unverdichteter Einbau H U nu Oberbodenlockerung mittlere Trockenraumdichte im Entnahmezustand Abbildung 4 13 Trockenraumdichten in je zwei Profilen in den Testfeldern U und K im Januar 2001 Lage der Profile siehe Abbildung 2 3 Tiefe cm x e d Gei CH Gei 1O Gei CH Gei 1O N Gei oo N N Gei bag PI9J 4 PI9I N Trockenraumdichte g cm Abbildung 4 14 T
6. Stauwasser Piezo Messrohre CO Gehalt der Bodenluft Gassamnler Ua nach SCHACK KIRCHNER 46 47 gt Sammelrinne f r eo 00000000 01 01 01 0 0 0 0 00 0 0 EE EES Oberfl chenabfluss Abbildung 2 3 Anordnung der Messinstrumente und Bezeichnung der Messpunkte in den Gro Iysimeterfeldern auf der Kreism lldeponie Leonberg 2 Setzungseigenschaften Unverdichtet eingebaute B den sind Setzungen unterworfen Um das Ausma dieser Entwicklung zu dokumentieren sind in Feld U sechs Messpunkte Ver markungen zur Dokumentation von Bodenbewegungen installiert 3 Bodenlufthaushalt Der CO gt Gehalt der Bodenluft wird in vier Tiefenstufen an je zwei Messpunkten in jedem Lysimeterfeld in Zeitabst nden von ca zwei Vegetationszeit bis vier Winter Wochen gemessen 14 Gestaltung von Rekultivierungsschichten 4 Scherparameter Da Untersuchungen zum Scherverhalten unverdichteter Substrate bisher nur im Labor vorgenommen werden konnten war es unerl sslich in der ersten gro technischen Umsetzung zu pr fen inwieweit die Ergebnisse der Laborver suche auf die realen Bedingungen in der Natur tats chlich bertragbar sind Aus diesem Grunde wurden in Feld U eigens entwickelte Einrichtungen zur Ermittlung der Scherparameter in situ des locker gelagerten Substrats einge baut Karlsruher Schertester 2 2 3 Untersuchungsprogramm Nach Abschluss der Bauarbeiten und der sie begleitenden Me
7. ten Vertikalverschiebungen eingetreten Die gemessenen hangparallelen Verschiebungen Hochwerte sind erwartungs gem gering und betragen maximal ca 4 cm auf eine Auftragung wurde ver zichtet 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 41 Um nun von den gemessenen Verschiebungen der Testfeldoberfl che auf die Verformungen bzw Setzungen der Rekultivierungsschicht schlie en zu k nnen sind die Verformungen des Deponiek rpers mit einzubeziehen Die geod tischen Messungen im Rahmen der Bauwerks berwachung zeigen im gleichen Zeitraum f r den oben an das Testfeld angrenzenden Kuppenbereich der Deponie Vertikal verformungen zwischen 10 cm und 18 cm F r den oberen Bereich des Testfeldes kann daher anhand der Daten von einer Vertikalverformung von etwa 10 cm bis 15 cm ausgegangen werden Weiterhin ist aus den Vermessungen des Deponiek rpers bekannt dass die Verti kalverschiebungen entlang der B schung von unten nach oben in etwa linear anwachsen Die Verschiebungen am B schungsfu sind nahezu Null da sich die B schung hier mit dem urspr nglichen Gel nde verschneidet Dieser Sachverhalt ist durch die mit den Ziffern 3 und 4 gekennzeichneten Linien des Diagramms im mittleren Teil von Abbildung 4 7 dargestellt Weiterhin wird hier angenommen dass die Verformungen des Deponiek rpers die sich bekann terma en ber sehr lange Zeitr ume erstrecken w hrend des hier betrachteten Zeitraums kontinuierlich eintr
8. 85cm 7 135cm Abbildung 4 31 Temperaturdifferenz zwischen den unteren und oberen Messpunkten jedes Feldes Zwischen den beiden Messpunkten eines Lysimeterfeldes Ka Kc bzw Ua Uc gibt es ebenfalls Unterschiede Abbildung 4 31 e m U Feld ist der Boden der im unteren Teil der B schung gelegenen Mess stelle Ua immer k hler als der von Uc im oberen Drittel des Lysimeterfeldes Dies l sst sich leicht erkl ren denn der Unterhang wird durch s dlich und st lich liegende Hindernisse H gel hohe B ume st rker beschattet und erh lt eine geringere Sonneneinstrahlung als der Oberhang e Auch im K Feld ist der Unterboden der unteren Messstelle Ka im Sommer deut lich k hler als der von Kc Im Winter weist sie jedoch hnliche Temperaturen wie die Messstelle am Oberhang auf Vermutlich wird im K Feld die W rmebilanz durch lateralen Wassertransport ver ndert Im Sommer wird durch k hleres Hangzugwasser dies wurde durch die laterale Bodenpassage abgek hlt vom Oberhang aus der Unterboden des unte ren Messpunkt abgek hlt Im Winter der Boden ist in 85 und 135 cm Tiefe jetzt relativ zur Luft w rmer erw rmt das Hangzugwasser den Unterboden des unte ren Messpunktes Ka 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 97 4 5 3 Abfl sse aus den Lysimeterfeldern Unterhalb der Versuchsanlage in Leonberg wurde eine Messeinrichtung installiert die eine kontinuierliche Erfassung der Abfl sse aus den Lysimeterfelde
9. Bildtafel D Beispiele zu Funktionen von Regenw rmern Bild D 9 Schnitt durch einen Regenwurm Dieser L ngsschnitt durch einen Regenwurm Bildbreite 5 mm bei Durchlicht Dunkelfeld Beleuchtung Hohlr ume sind dabei schwarz zeigt in der Mitte des Regenwurmes den Darminhalt Im Darm ist der Boden dispergiert d h die urspr ngliche Bodenstruktur ist aufge l st im Regenwurmdarm findet eine Neuver mischung von organischer und mineralischer Substanz statt Bild D 10 Regenwurmlosungen im Oberboden Dieser Vertikalschnitt D nnschliff Durchlicht Dunkelfeld Beleuchtung Bildbreite 14 mm aus dem Oberboden einer Pararendzina zeigt zahl reiche Aggregate von ca 2 3 mm Gr e Die meisten davon haben abgerundete Ober fl chen Dies ist in dieser Gr enklasse typisch f r Regenwurmlosungen Unten links sind die Regenwurmlosungen durch den Fra anderer Bodentiere ver ndert Oben ungef hr in der Mitte des Bildes liegen zwei Wurzeln Bild D 11 Zusammengezogene Bl tter Vom nahen Wald wurden Laubbl tter auf einen Acker geweht Ein anezischer Regenwurm hat die Bl tter in der Umgebung seiner R hre gesammelt und zieht sie nach und nach in seine R hre Dort wird durch das g nstigere Mikroklima die mikrobielle Vorzersetzung gef r dert Die vorzersetzten Bl tter werden vom Regenwurm verzehrt und mit dem gleichzeitig aufgenommenen Mineralboden intensiv ver mischt Bild D 12 Regenwurmlosung im Detail D
10. Dr Helmer Schack Kirchner Institut f r Bodenkunde und Waldern hrungslehre Albert Ludwigs Universit t Freiburg Bertholdstr 17 79098 Freiburg helmer schack kirchner bodenkunde uni freiburg de CULTERRA SCHRIFTENREIHE DES INSTITUTS F R LANDESPFLEGE der Albert Ludwigs Universit t D 79085 Freiburg Die nicht aufgef hrten Nummern sind vergriffen Eine Neuauflage ist nicht vorgesehen Heft 10 Heft 17 Heft 19 Heft 20 Heft 21 Heft 22 Heft 23 Heft 24 Heft 25 B RGER R HEIDER O KOHLER V amp STEINLIN H 1987 Leitfaden zur Beurteilung von Stra enbauvorhaben unter Gesichtspunkten des Natur und Landschaftsschutzes WALDENSPUHL T K 1991 Waldbiotopkartierungsverfahren in der Bundesrepublik Deutschland Verfahrensvergleich unter besonderer Ber cksichtigung der bei der Beurteilung des Naturschutzwertes verwendeten Indikatoren PERPEET M 1992 Landschaftserlebnis und Landschaftsgestaltung NIPKOW M 1995 Ein synoptischer Verfahrensansatz zur naturschutzfachlichen Gebiets bewertung auf der Basis multivariater Analysemethoden Avifaunistische Untersuchungen in den W ldern der Trockenaue am s dlichen Oberrhein HOCHHARDT W 1996 Vegetationskundliche und faunistische Untersuchungen in den Nieder w ldern des Mittleren Schwarzwaldes unter Ber cksichtigung ihrer Bedeutung f r den Arten und Biotopschutz QUIMIO J M 1996 Grassland Vegetation in Western Leyte Phil
11. baut werden 76 Bodenluft 4 4 Bodenluft H SCHACK KIRCHNER Einf hrung Die Schl sselfunktion der nutzbaren Wasserspeicherkapazit t f r die Funktion einer Rekultivierungsschicht als Wasserhaushaltsschicht wurde bereits ausf hrlich in den Kapiteln 3 1 und 3 2 dargestellt Der Bodenwasserspeicher wird erst durch die Erschlie ung des Unterbodens mit Wurzeln verf gbar gemacht und die Durch wurzelung h ngt neben dem artspezifischen Durchwurzelungsverhalten unter anderem wesentlich vom Bodengashaushalt ab Als Bodenbel ftung bezeichnet man die Gesamtheit der Vorg nge der Versorgung der Wurzeln und Bodenorganismen mit Sauerstoff und der Entsorgung des respi ratorischen Kohlendioxids Sie kann als kologisches Bindeglied zwischen Boden struktur und Wurzelwachstum angesehen werden SCHACK KIRCHNER 1996 MURACH et al 1993 konnten durch k nstliche Einblasung von Au enluft die typische Abnahme der Feinwurzeldichte mit der Bodentiefe bei Fichte v llig aufheben GAERTIG et al 2002 zeigt einen engen Zusammenhang zwischen Bodenbel ftung und Tiefendurchwurzelung bei Eichenarten Q et al 1994 konnten im Laborex periment einen exponentiellen R ckgang der Wurzelatmung mit zunehmendem CO Partialdruck bereits bei atmosph rennahen Konzentrationen feststellen Den Wachstumsr ckgang von Pinus radiata auf vergrasten Fl chen konnten Sans et al 2000 haupts chlich mit der Bel ftungskonkurrenz im Boden erkl ren In viel
12. lich anzusehen vergleiche dazu die pF Feuchte Charakteristik Abbildung 4 20 13 Dies entspricht einer mittleren effektiven Lagerungsdichte Ld3 nach AG Bopen 1994 78 Bodenluft Tabelle 4 4 Mittlere Trockenraumdichten nach Einbau der Rekultivierungsschicht und Porosi t t der Substrate in den beiden Testfeldern U und K Variante Tiefenstufe Ds g cm Porosit t Vol cm 1 25 1 55 41 5 K 2 50 1 60 39 6 Kontrolle 3 85 1 59 40 0 4 135 1 63 38 5 1 25 1 51 43 0 H 2 50 1 44 45 7 unverdichtet 3 85 1 55 41 5 4 135 1 39 47 5 Seit Fr hjahr 2001 sind die Versuchsfelder au er mit Tensiometern TDR Sonden und Temperatursensoren f r die Bodentemperatur auch mit Sammeleinrichtungen f r Bodenluft in 4 Tiefenstufen instrumentiert Tabelle 4 5 Die Bodengassamm lung erfolgt konvektionsfrei durch Diffusion Dieses Sammelprinzip erlaubt auch die Gewinnung von Gasproben in dichten B den bei hoher Bodenfeuchte Der Aufbau der Messr hren und das Messprinzip sind bei SCHACK KIRCHNER et al 1993 beschrieben Die Ampullen mit Bodengleichgewichtsatmosph re wurden im Labor gaschromatografisch auf CO untersucht Die Gassammlung erfolgte mit dem in Tabelle 4 5 gezeigten Design Tabelle 4 5 Bodengas Probenahmestellen in den Lysimeterfeldern in Leonberg Variante Tiefe cm Anzahl Gaslysimeter 25 2 K 50 2 Kontrolle 85 2 135 1 25 2 U 50 2 unverdi
13. nur wenig ca 8 von der West Richtung abweicht entsprechen die Rechtswerte im vorliegenden Fall weit gehend der horizontalen Komponente der hangabw rts gerichtenen Verschiebun gen Wie hieraus ersichtlich ist fand ein Gro teil der Verformungen bereits innerhalb des ersten Messintervalls statt Die Horizontalverschiebungen sind tendenziell im unteren B schungsabschnitt am gr ten Nach dem ersten Messintervall traten keine wesentlichen Horizontalverschiebungen mehr ein Erst im letzten Messinter vall zeigen sich durchweg erneut nennenswerte Horizontalverschiebungen F r den zeitweise beobachteten geringf gigen R ckgang der Horizontalverschiebun gen insbesondere bei den beiden oberen Vermarkungen Nr 42 und 43 gibt es bislang keine schl ssige Erkl rung Zum einen m gen hier Messtoleranzen eine gewisse Rolle spielen zum andern k nnte die Ursache im Verformungsverhalten des Deponiek rpers selbst liegen Insgesamt weisen die beiden oberen Nr 42 und 43 und die beiden unteren Vermarkungen Nr 46 und 47 jeweils einen recht hnlichen Verlauf auf Bei den beiden mittleren Vermarkungen zeigt die s dlich Gelegene Nr 44 zun chst im ersten Messintervall eine deutlich gr ere Ver schiebung dann aber im vorletzten Messintervall eine deutlich geringere Verschie bung als die n rdlich gelegene Vermarkung Nr 45 In der Summe sind die bisher gemessenen Verschiebungswerte dann jedoch in etwa gleich Hier sind auch die gr
14. 12 Zimmermann P o J Bauen mit Altglas Produktbeschreibung Recycling Glassplitt incl Gutachten der Bundesanstalt f r Stra enwesen und DEKRA ETS GmbH unver ffentlichter Bericht 6 S Anhang Bad S ckingen Zischak R 1997 Alternatives Oberfl chenabdichtungssystem Verst rkte mine ralische Abdichtung mit untenliegender Kapillarsperre Wasserbilanz und Gleichwertigkeit Schr Angew Geol Karlsruhe 47 149 S Karlsruhe Zuidema P K 1985 Hydraulik der Abflussbildung w hrend Starkniederschl gen Diss ETH Z rich Nr 7667 151 S Z rich Zw lfer F M Gei P Adam K Heinrichsmeier amp H Hermann 1994 Erhaltung fruchtbaren und kulturf higen Bodens bei Fl cheninanspruchnahmen 41 S Stuttgart 8 Anhang 8 Anhang Inhalt Anhang 8 1 D ngung und Einsaat der Versuchsfelder Anhang 8 2 Eingabedaten der Wasserhaushaltsmodellierung Boden Anhang 8 3 Wassergehalt Wasserspannungskurven Anhang 8 4 Anschriften der Autoren 8 Anhang Anhang 8 1 D ngung und Einsaat der Versuchsfelder Testfeld B Buschlagen wurde bei der D ngung und allen Einsaaten ausgespart D ngung Auf den Versuchsfeldern K U und D ca 1000 m wurde folgende D ngermenge in zwei gleichen Portionen am 30 M rz und 4 April 2001 ausgebracht N P205 KO S g m 7 5 19 0 1 5 4 0 Einsaat und Pflanzungen Auf den Versuchsfeldern K U und D wurden folgende Einsaaten und Pflanzung
15. C mittlere Luftemperstur der letzten 1 Tage C S amp Me E S pan a F a u mittleres Luftemperstur der letzten 2 Tage C mittlere Luftemperatur der letzt Tage C JE gt amp D CH eb Q j E B a Be gt oOo 5 2 SA e G u di mittlere Luftemperstur der letzten 4 Tage C 1 mittlere Luftemperstur der letzten 4 Tage C age am oe et T gt J S S o Fokus Lufsemperstur der let T ec LEE EE 7 Taga ISE ht 25 2 0 50 x 85 2 135 Bodentiefe cm Abbildung 4 19 Abh ngigkeit der Bodentemperatur von der mittleren Lufttemperatur der vergangenen Tage 80 Bodenluft Zur Darstellung des Einflusses von Bodenfeuchte und temperatur auf die Gas konzentration sind wir mit zwei Schwierigkeiten konfrontiert Die Gasmessungen integrieren ber einen Zeitraum von 72 Stunden und mehr Bodenfeuchte temperatur und wasserspannungsmessungen sind Punktmessungen die dar ber hinaus nicht in allen F llen mit den Gassammelterminen synchronisiert sind Daher erschien es empfehlenswert die mit h herer zeitlicher Aufl sung erfassten Gr en Lufttemperatur und Niederschlag als integrierte Gr en zu berechnen In Abbildung 4 19 ist die Abh ngigkeit der Bodentemperatur punktf rmige Messung mit der mittleren Lufttemperatur der vorher gehenden Tage f r Zeitr ume von 1 bis 7 Tagen dargestellt Man erkennt die relativ enge Beziehung und die typische Abnahme der
16. Die Entwicklung und Erprobung von Wurzelsperren unter Rekultivierungs schichten um die Komponenten der Oberfl chenabdichtung langfristig vor dem Einwachsen von Wurzeln zu sch tzen ohne hierbei die Rekultivierungsschicht nachteilig zu beeinflussen 1 3 Zusammensetzung der Arbeitsgruppe Diese Aufgabenstellung insbesondere zu Punkt 1 machte es erforderlich die bis her in Planung und Ausf hrung von Rekultivierungsschichten fehlende Abstim mung zwischen den Fachgebieten Deponietechnik Bodenmechanik Bodenkunde sowie Vegetations und Standortskunde beispielhaft zu vollziehen Deshalb sind in der interdisziplin r besetzten Arbeitsgruppe Wissenschaftler und Ingenieure der folgenden Arbeits und Fachgebiete t tig Landespflege Vegetations und Standortkunde Dr P Wattendorf Prof Dr W Konold Albert Ludwigs Universit t Freiburg Institut f r Landespflege Bodenkunde Bodengashaushalt Dr H Schack Kirchner Albert Ludwigs Universit t Freiburg Institut f r Bodenkunde und Waldern hrung 1 Einleitung Forstwissenschaften Ingenieurbiologie G B necke Forstliche Versuchs und Forschungsanstalt FVA Baden W rttemberg Abteilung Landespflege Bodenbiologie Mikromorphologie Dr O Ehrmann B ro Dr Ehrmann Neuffen Bodenmechanik Standsicherheit Dr A Bieberstein Prof Dr J Brauns H Reith Universit t Karlsruhe Institut f r Bodenmechanik und Felsmechanik Abt Erddammbau und Deponiebau Deponietechni
17. Dr nkies zu erreichen Erst in diesem Fall kann von einem vollst ndigen Versagen der Wurzelsperre gesprochen werden Profil 1 Glassplitt Profil 2 0 ESN Seck Be u E BEE 5 E 50 Sg S gL S D a 100 100 z g 3 W 150 150 70 0 30 0 93 8 6 3 verdichteter Sand We 0 E 10 10 o 5 E 20 20 ge d 30 30 33 3 66 7 Wurzel dringt ein Wurzel dringt nicht ein Abbildung 5 3 Anzahl eindringender und abgelenkter Pflanzenwurzeln und Eindringtiefe der Wurzeln in die Wurzelsperrenvarianten Glassplitt oben und Sand verdichtet unten die Grafiken sind unterschiedlich skaliert 5 Ergebnisse Il Wirkung von Wurzelsperren 169 In den Varianten Sand und G assplitt konnte aufgrund der Materialeigenschaften nicht nur die Anzahl eindringender Wurzeln sondern zus tzlich in Tiefenprofilen auch die Eindringtiefe ermittelt werden Hierzu wurden die Wurzelsperren auf einer Breite von jeweils ca 50 cm bis zur maximalen Durchwurzelungstiefe ange schnitten und alle eingedrungenen Wurzeln bis zur Wurzelspitze freigelegt Abbildung 5 3 zeigt die Ergebnisse dieser Untersuchungen Die bereits in Abbildung 5 2 dargestellten Tendenzen werden best tigt Einzelne Wurzeln konn ten die Glassplittvariante bereits bis zu 180 mm tief
18. Monat J uli fehlt Juni August September Oktober November Dezember mm mm mm imm mm mm Niederschlag 115 8 48 9 84 3 70 4 94 7 49 9 Abfluss 5 8 50 23 4 7 5 3 63 66 94 45 481262 52 5 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 101 Oberfl chenabfluss aus Lysimeterfeld U Oberfl chenabfluss bildet sich nur bei intensiven Niederschl gen wenn das auf treffende Regenwasser nicht schnell genug in den Boden infiltrieren kann Dies ist bei Infiltrations berschuss unabh ngig von der Wassers ttigung des Bodens m g lich weil die Niederschlagsmenge die Infiltrationskapazit t der Bodenoberfl che bersteigt ZuipeMA 1985 Tiefere Bodenschichten k nnen jedoch unges ttigt bleiben Nach langanhaltenden Niederschl gen kann die Infiltrationskapazit t infolge Wassers ttigung des Bodens stark reduziert sein In diesem Fall ist auch bei niedrigeren Niederschlagsintensit ten Oberfl chenabfluss m glich Um den Wasserhaushalt des Lysimeterfeldes U vollst ndig bilanzieren zu k nnen wurde unterhalb des Feldes eine Messeinrichtung f r Oberfl chenabfl sse einge richtet siehe 2 2 Mit diesem Oberfl chenabfluss Sammler des Lysimeterfeldes U wird lediglich der Anteil des Niederschlags gemessen der am unteren Ende des Testfeldes auf der Bodenoberfl che abfliesst Oberfl chenabfl sse am Hang die innerhalb des Feldes an anderer Stelle z B in Schrumpfrissen wieder in den Bo
19. Rheinland Pfalz 227 245 Flury M amp H Fl hler 1994 Brilliant Blue FCF as a dye tracer for solute transport studies a toxicological overview J Environ Qual 23 1108 1112 Flury M amp H Fl hler 1995 Tracer characteristics of brilliant blue FCF Soil Sci Soc Am J 59 22 27 Forschungsgesellschaft f r Stra en und Verkehrswesen Arbeitsgruppe Stra en wesen 1983 Richtlinie f r die Anlage von Stra en RAS Teil Land schaftsgestaltung Abschnitt 3 Lebendverbau 39 S Friedel J K amp M Sommer Mikroorganismen In Sommer M O Ehrmann J K Friedel T Martin amp G Turian 2002 B den als Lebensraum f r Orga nismen Regenw rmer Geh uselandschnecken und Bodenmikroorga nismen in W ldern Baden W rttembergs Hohenheimer Bodenkundliche Hefte 63 Institut f r Bodenkunde und Standortslehre Universit t Hohenheim Stuttgart Gaertig T H Schack Kirchner E Hildebrand amp v Wilpert K 2002 The impact of soil aeration on oak decline in south western Germany Forest Eco logy and Management 159 1 2 15 25 Glinski J amp W Stepniewski 1985 Soil aeration and its role for plants CRC Press Boca Raton FL 229 S Grohmann J 2000 Erh hung der Artenvielfalt an Flie gew ssern und H ngen durch Untersuchung der biotechnischen Eigenschaften von Geh lzen Ingenieurbiologie 2 32 35 HAD 2000 Bundesministerium f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit Hrs
20. cksichtigen dass bei Herstellung der Test felder Zufahrt und Materialantransport unter optimalen r umlichen Verh ltnissen erfolgten Die B schungsl ngen betrugen nur ca 40 m Bei zuk nftigen Gro pro jekten wird dies nicht grunds tzlich zu erreichen sein vielmehr sind B schungs l ngen von 60 100 m keine Seltenheit Gegebenenfalls k nnen dann f r den Bodeneinbau Erschlie ungsbermen erforderlich werden die Zusatzkosten verur sachen Weiterhin ist bei unverdichtetem Einbau von Rekultivierungsschichten zu beachten dass durch Setzungen und Verschiebungen des locker eingebrachten Materials m glicherweise ein unzul ssiger Erddruck auf Bauwerke und Installatio nen bewirkt werden kann In der unverdichteten Rekultivierungsschicht zu verle genden Gassammelleitungen sind durch zus tzliche Ma nahmen zu sch tzen Eine m gliche L sung kann die Schaffung verdichteter Zonen im Bereich um Bauwerke und Trassen sein 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 51 Oberbodenverdichtung beim Einbau Nach dem Bodeneinbau zeigte sich dass beim gew hlten Einbauverfahren Ein schieben mit einer leichten Moorraupe entgegen den Versicherungen der Bauin genieure der Oberboden deutlich verdichtet wurde Da die leichte Raupe wegen ihres geringen Eigengewichtes nur einen kleinen Teil des aufzutragenden Bodens auf einmal vor sich herschieben konnte waren zahlreiche berfahrungen der Bodenoberfl che notwendig Aufgrabungen und M
21. cm Auflast 100 kg a Unverdichtet 2 Konventionell Unverdichtet 1 Boden erst zu 60 eingebaut Boden eingebaut Boden eingebaut Abbildung 4 11 Verdichtung des Oberbodens bei unterschiedlichem Einbau Bei Unverdichtet 2 ist die Anzahl der Befahrungen geringer weil das Feld noch nicht fertiggestellt ist Es wurde jeweils n 10 in der Hangmitte und h henlinienparallel gemessen Obwohl eine berfahrt der D4 Raupe aufgrund des niedrigen Eigengewichtes der Maschine und der breiten Ketten nur die obersten 10 20 cm des eingebauten Bodens verdichtete kamen insgesamt 30 50 cm tief reichende Verdichtungen zustande Vermutlich waren mehrere Faktoren an ihrer Entstehung beteiligt Wiederholtes Befahren verst rkt die Verdichtungen Weiterhin bedingt das Gewicht der Raupe eine Eintiefung des Bodens in der Raupenspur Bei der n chsten berfahrt wird in diese Eintiefung unverdichteter Boden eingescho ben und beim Verfahren nachverdichtet Dieser Prozess wiederholt sich auf grund der zahlreichen berfahrten sehr oft Der Raupenfahrer konnte am Hang die Einbauh he nicht exakt einhalten Wird anfangs zuwenig Boden eingeschoben so entsteht durch die Befahrungen eine Verdichtungszone unterhalb der geplanten Endh he Sp ter wird Material auf getragen um die vorgeschriebene Endh he zu erreichen so dass ber der ersten eine zweite Verdichtungsschicht entsteht Um dieses Problem zu vermeiden empfiehlt es sich von Anfang an vorsorg
22. hnliche Esche Baum Lonicera xylosteum Rote Heckenkirsche Strauch Populus alba Silber Pappel Baum Prunus padus Traubenkirsche Baum Salix spec Weide Baum Strauch Viburnum opulus Gew hnlicher Schneeball Strauch Abbildung 4 38 Lagenbau w hrend der Sch ttung nach SCHIECHTL aus ZEH 1996 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 141 Res mee 4 8 Die Stabilit t einer in steilen B schungsbereichen zu sch ttenden Rekultivierungs schicht kann durch den Einbau von Buschlagen unmittelbar erh ht werden gr ere Anfangsstandsicherheit Die Bodenstabilit t nimmt im Laufe der Zeit noch weiter zu da die eingebauten Pflanzen erst etwa nach gt 5 Vegetationsperi oden die optimal m gliche Durchwurzelungstiefe und intensit t erreichen Wegen des relativ hohen Bauaufwandes kommen Lagenbauten nur dort in Frage wo f r die fertig eingebaute Rekultivierungsschicht ein Endzustand mit einer Neigung zwischen gt 18 20 und lt 35 37 realisiert werden muss Wegen der gr eren Anfangsstandsicherheit und aus Kostengr nden ist der Einbau der Buschlagen w hrend der Sch ttung dem nachtr glichen Einbau vorzuziehen F r die Entwicklung von anker hnlich wirkenden kr ftigen Basalwurzeln ist beim Einbau der Lagen eine Neigung von mindestens 10 Grad zum Hang hin einzuhalten Werden ste bzw Pflanzen mit der empfohlenen Einbindetiefe f r gesch ttete B den von etwa 150 cm verlegt ist im Endzustand
23. isch anezisch Charakteristika der 3 kologischen Gruppen der Regenw rmer kologische Gruppe endog isch L nge adulter Tiere mm 20 120 150 250 500 30 150 Pigmentierung Verteilung des Pigmentes br unlich rot dunkel gleichm ig ber den ganzen K rper schw rzlich r tlich braun Vorderteil deutlich dunkler pigmentiert unpigmenitiert Lebensraum Nahrung Ort der Nahrungsaufnahme Streu Humusauflage kleinere vorzersetzte Streu Bodenoberfl che gesamtes Bodenprofil bis ber ein Meter Tiefe vorzersetzte Streu Bodenoberfl che Oberboden vor allem im intensiv durch wurzelten Bereich organische Feinsub stanz Oberboden Abh ngigkeit des Vorkommens von pH CaCl Bodenart und feuchte gering fehlen an Standorten lt pH 4 sowie in sehr nassen und in tonarmen B den fehlen an Standorten lt pH4 wichtigste Funktionen Streuabbau Einmischen von Streu in den Boden Streu abbau Boden lockerung Kr mel bildung Anlage tief reichender R hren Sreuabbau Boden lockerung Kr mel bildung Anlage von R hren im Oberboden Die Angaben beziehen sich jeweils auf die Gruppe als Ganzes Keine kologische Gruppe kann also alle Funktionen hinreichend erf llen Die Funktionen der epig ischen Regenw rmer k nnen allerdings im wesentlichen von den anezischen bernommen werden Innerhalb einer kologische
24. nahmen zum Schutz der B den gegen Vern ssung bedingt Zwischenlagerung sollte auch deshalb ver mieden werden weil sie meist mit zus tzlichen Verdichtungen und Strukturzer st rungen sowie einer starken Beeintr chtigung des Bodenlebens verbunden ist siehe BrAuns et al 1997 Trotzdem kann sie im Einzelfall erwogen werden wenn beispielsweise sehr gut geeignete Substrate in gro er Menge zu g nstigen Kondi tionen verf gbar sind 48 Bautechnik und Bauausf hrung Res mee 4 2 1 Die Erfahrungen beim Bau der Testfelder zeigen dass bei Rekultivierungsvorhaben objektspezifische Gegebenheiten die jeweilige Planung und Bauausf hrung erheb lich beeinflussen Hiervon ist insbesondere die Beschaffung geeigneter Rekultivie rungssubstrate betroffen Hieraus ergibt sich die Aufgabe bereits lange vor Ausf hrung gr erer Rekulti vierungsvorhaben Kriterien f r fallweise L sungsans tze zu entwickeln beispiels weise zur e Ermittlung der Verf gbarkeit geeigneter Substrate abh ngig von der Lage der Deponie e Ermittlung ben tigter Substratmengen in Abh ngigkeit von Baufortschritt und umfang und der e Optimierung von Betriebsabl ufen z B M glichkeit der Zwischenlagerung von Substraten Aufgrund der Tatsache dass die Herkunft des Bodenmaterials nur in Ausnahme f llen langfristig im Voraus feststehen wird sind aufw ndige Voruntersuchungen z B Scherversuche in der Rekultivierungspraxis meist nicht m glich
25. nnen zu einheitlichen Standortbedingungen f hren somit besteht auch die Gefahr dass gro fl chig ung nstige Standortbe dingungen entstehen F r die Regenw rmer auf der Deponie Leonberg waren die alten kleinr umigen Rekultivierungen g nstiger Es ist aber unrealistisch deswe gen die bautechnisch g nstigeren gro en Rekultivierungen nicht mehr durchzu f hren Es sollten dabei aber folgende Punkte ber cksichtigen werden e Verdichtungen beim Einbau sind zu vermeiden e Kompost sollte nur oberfl chennah nicht gleichm ig und nicht berall eingearbeitet werden Der Aufwand f r eine gleichm ige Einarbeitung ist also nicht nur unn tig sondern hat gegebenenfalls negative Folgen e Im Zuge gr erer Rekultivierungen sollte nach dem Bodeneinbau d h nach dem letzten Befahren an einigen Stellen Mutterboden ohne weitere Bearbei tung auf der Fl che abgesetzt werden 118 Bodenleben 4 6 2 Mikroorganismen Einf hrung Mikroorganismen stellen in der Regel den gr ten Biomassenanteil aller Boden organismengruppen Ihnen kommt eine gro e Bedeutung beim Abbau der Streu REICHLE 1977 und bei der Humusbildung HAIDER 1992 zu Ihre geringe Gr e und ihre kurze Generationszeit erlaubt ihnen sich auch in neu angelegten Fl chen relativ schnell auszubreiten Das Vorkommen ist also im Gegensatz zu Regenw r mern kaum eine Frage der Besiedlung sondern vor allem eine Frage der Nah rungsressource und der Standorteigenschaf
26. wurde das Verfahren Umgraben mit dem Bagger 5 an den Versuchsfeldern erprobt Bild 9 Bild 9 Auflockern des Oberbodens mit dem Teleskopbagger Bei diesem in der Rekultivierung neuen Verfahren ist die Art der Ausf hrung wich tig siehe Abbildung 4 12 Nach Vorversuchen zeigte sich dass die gewohnte Arbeitsrichtung des Baggers umgekehrt werden muss Im Fall der Oberboden lockerung w re ein bliches Arbeiten zum Bagger hin kontraproduktiv und w rde den Boden quetschen und damit zus tzlich verdichten Daher muss die Lockerung am Bagger beginnen und sich weg vom Bagger vorarbeiten Vergleichbar dem Umgraben von Hand wird der verdichtete Boden hierdurch immer gegen den 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 57 zuvor geschaffenen Hohlraum ausgehoben und kann so weder gequetscht noch verdichtet werden Die Arbeit kann sowohl mit einem Teleskopbagger als auch mit einem konventionellen L ffelbagger erfolgen Muss der Bagger wegen nicht aus reichender Ausladung die Rekultivierungsschicht befahren so lockert er r ck schreitend seine eigene Fahrspur Diese Ma nahme hinterlie in den Testfeldern eine sehr rauhe Bodenoberfl che ohne Vorzugsorientierungen wie Rillen oder Rinnen Bild 9 Die Oberfl che wirkte zwar unordentlich und die ausgepr gte Rauhigkeit behinderte auch etwas das Begehen sie war jedoch ein u erst wirkungsvoller Erosionsschutz Abiotische Prozesse vor allem Frost zerkleinerten die gro en
27. z B Bodenauf trag mit Gro absetzern Anwendung finden Ebenso wie im Bergbau stand in der Vergangenheit auch in der Deponierekultivierung die sogenannte Begr nung unter landschaftspflegerischen Aspekten oder die Wiederherstellung nutzbarer Agrar und vor allem Forststandorte im Vordergrund der Bem hungen Seit eini gen Jahren wird der Wasserhaushaltsfunktion der Rekultivierungsschicht verst rkt Beachtung geschenkt So formuliert die TA SIEDLUNGSABFALL folgende Anforde rungen an den Aufbau Schutz der Dichtung vor Frost und Erosion sowie Eignung als Substrat eines sp teren Bewuchses der so auszuw hlen ist dass die Infiltration von Niederschlagswasser in das Entw sserungssystem minimiert wird Eine unter dieser Ma gabe hergestellte Wasserhaushaltsschicht reduziert und vergleichm igt die Abfl sse in die Entw sserungsschicht Sie tr gt auf lange Sicht zur Umweltvorsorge bei da die Verringerung der Versickerung in den Deponie k rper mit nat rlichen Mitteln zeitlich unbegrenzt funktioniert w hrend alle tech nischen Dichtungssysteme einer Alterung und damit einhergehendem Funktions verlust unterworfen sind Unter den in Mitteleuropa gegebenen Klimabedingungen ist es nur in wenigen Gebieten ausreichend durch das alleinige Aufbringen einer Rekultivierungsschicht einer sogenannten qualifizierten Abdeckung die Versickerung praktisch voll st ndig zu unterbinden BERGER amp SOKOLLEK 1997 Allerdings ist d
28. 28 a ri Yv vg E y E 28 E A Zu E 24 Boch 24 u i D et A o 20 20 16 16 D vu ga GN tr oa goe dv a Er A a gg ai CH oo TO G oO 000 oo oo CO Ko oo CH O O OO O D So oe Gu Cas dg gue og a a a g o a 6 J6 N CH no Or wo N N H ON Ke n Or N N Or N E Uci e Uc2 Uc3 Uc4 Abbildung 4 27 Bodenwassergehalte Vol in den Lysimeterfeldern Messstellen Ua Ka und Uc Kc Tiefenstufen 1 25 cm 2 50 cm 3 85 cm 4 135 cm 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 91 In Abbildung 4 27 und Abbildung 4 28 sind die Ganglinien der Bodenwasserge halte und Bodenwasserspannung seit Beginn der Messungen im April 2001 darge stellt In beiden Lysimeterfeldern ist an allen Messstellen ein jahreszeitlich bedingter grunds tzlich hnlicher Kurvenverlauf der Wassergehalte festzustellen Zu Beginn der Messreihe bis ca Mitte Mai sind berwiegend hohe Wasserge halte im Bereich der Feldkapazit t um 35 Vol zu verzeichnen danach nehmen die Wassergehalte ab und erreichen ihr Minimum im August Mit dem Nachlassen der Evapotranspiration bei anhaltenden gleichm igen Herbstniederschl gen steigen ab Ende Oktober die Wassergehalte rasch an so dass bis Ende November Werte um die Feldkapazit Wasserspeicherkapazi t t erreicht bzw berschritten und bis im M rz beibehalten werden Die Niederschlagsverteilung am Standort Leonberg ist im langj hrigen Mittel durch einen relativ hohen Anteil von Somme
29. 4 18 zeigen beim unverdichteten Ein bau einen Anstieg des Porenvolumens gegen ber dem Vergleichsboden um den Faktor 1 6 in der Klasse 50 200 um bzw 1 8 gt 200 um Beim ver dichteten Einbau finden sich hingegen nur noch 1 4 50 200 um bzw 1 50 gt 200 um der Hohlr ume des Vergleichsbodens wieder Vor allem die gro en und damit f r Transportprozesse effektiven Poren wurden durch das Ver dichten beim Einbau nahezu vollst ndig zerdr ckt 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 75 Res mee 4 3 Mit dem praktizierten Einbauverfahren f r unverdichtete B den konnten insgesamt tolerierbare Trockenraumdichten berwiegend unterhalb der Ausgangsdichte des Substrates erzielt werden Ein wesentlicher Vorteil dieses Einbauverfahrens liegt darin dass keine tiefreichenden Verdichtungen entstehen die mit technischen Mitteln sp ter praktisch nicht mehr r ckg ngig gemacht werden k nnen Die Ergebnisse der bodenphysikalischen Untersuchungen nach dem Bodeneinbau belegen folgende Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den Versuchs feldern e In beiden Feldern ist die urspr ngliche Porenkontinuit t durch die Bodenumlagerung aufgehoben e Das Substrat des K Feldes weist eine h here Trockenraumdichte auf dies ist vor allem im Unterboden der Fall e Durch die lagenweise Verdichtung beim konventionellen Einbau entstehen hori zontal orientierte Sperrschichten in ca 50 100 und 150 cm Tiefe D
30. 45 stieg was ca dem 0 85 fachen Wert der Proctordichte entspricht Gleich wohl sank die Gesamtporosit t wie rechts neben dem Diagramm in Abbildung 4 2 angeschrieben nur unwesentlich unterhalb des Bereiches von 0 5 bis 0 6 der als noch gut durchwurzelbar gilt Sinkt n unter 0 4 so gilt die Durchwurzelbar keit als nicht mehr gegeben zumindest als kritisch Vergleichbares Verhalten wie im beschriebenen Versuch zeigte sich auch bei wei teren dometerversuchen mit anderen Auflastspannungen und entsprechenden Versuchen im Gro scherkasten Insgesamt ergab sich dass der Hauptanteil der Verformungen im Zusammenhang mit der Wasserzugabe erfolgt und die sich dann einstellenden Dichten nur un wesentlich von den gew hlten Spannungen abh ngen vergleiche Abbildung 4 3 Pd 18 _ g cm re Statische Belastung W sserung unter konstanter statischer Belastung 16 1 5 14 UC a Kal EB 8 o o 11 o 8 0 9 D 0 5 10 15 20 25 30 35 o KN m2 Abbildung 4 3 Resultierende Trockendichten in Abh ngigkeit der Auflasst und des Bew sserungszustandes nach MEIER 1999 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 33 Es kann festgehalten werden dass locker gesch ttete Substrate aus schwach bindigem Material als Rekultivierungsschichten eine f r die Pflanzenbesiedelung Durchwurzelung vorteilhafte hohe Porosit t unter Belastungen wie sie bei Sch tth hen bis 3 m a
31. 5 1 sind die Wassergehalte der Testfeldb den ber den Wurzel sperren dargestellt Es wird deutlich dass lediglich bei der Variante Sand ver dichtet der Boden in 5 und 30 cm Abstand zur Wurzelsperre ann hernd gleiche Wassergehalte aufweist In den brigen Testfeldern sind zu allen Messterminen 5 5 Ergebnisse Il Wirkung von Wurzelsperren 163 cm ber der Wurzelsperre deutlich h here Wassergehalte als in der Mitte der Rekultivierungsschicht 30 cm Abstand zu verzeichnen Alle Wurzelsperrenvari anten au er dem Sand verursachen demnach einen Wasseraufstau in der Rekulti vierungsschicht obwohl sie auf eine hohe ges ttigte Wasserdurchl ssigkeit ausgelegt wurden Als Ursache f r den Wasseraufstau in der Rekultivierungsschicht ist eine unter schiedliche Porengr enverteilung und damit eine andere unges ttigte Wasser leitf higkeitsfunktion in Boden und Wurzelsperre zu sehen Die Wurzelsperre wirkt somit wie der Kapillarblock einer Kapillarsperre siehe MELCHIOR et al 1996 und die der vertikalen Wasserbewegung unter Schwerkrafteinfluss entgegenwirkenden Kr fte m ssen durch Aufs ttigung des Bodens erst berwunden werden Lediglich der Sand ist in seinem Aufbau dem dar berliegenden Boden so hnlich dass auch unges ttigter Wasserfluss ohne nennenswerte Verz gerung stattfinden kann Das gleiche gilt sinngem f r die Wurzelsperrmatte die ebenfalls die Porenkontinuit t des Bodens unterbricht und Wasser aufstaut Die Auswi
32. 60 4 3 2 Eindringwiderstand 63 4 3 3 Infiltrationseigenschaften 66 4 3 4 Mikrostruktur des Bodens 69 Inhalt 4 4 4 5 4 5 1 4 5 2 4 5 3 4 6 4 6 1 4 6 1 1 4 6 1 2 4 6 1 3 4 6 2 4 7 4 7 1 4 1 2 4 1 3 4 8 4 8 1 4 8 2 4 8 3 4 8 4 4 8 5 4 9 4 9 1 4 9 2 4 9 3 4 9 4 5 1 5 2 5 3 6 1 6 2 Bodenluft Bodenwasserhaushalt und Bodentemperatur Bodenwassergehalt und Bodenwasserspannung Bodentemperatur Abfl sse aus den Lysimeterfeldern Bodenleben Regenw rmer Einf hrung Regenw rmer in den Lysimeterfeldern Regenw rmer auf der Kreism lldeponie Leonberg Mikroorganismen Vegetationsentwicklung Oberirdische Biomasse der Pflanzen Phytobiomasse Vitalit t der Geh lze Durchwurzelung Ingenieurbiologischer Verbau Bau des Testfeldes und Wuchsentwicklung der Buschlagen Standsicherheit durch Buschlagen verst rkter B schungen Messen des Herausziehwiderstandes Aufgrabungen zur Untersuchung der Durchwurzelungstiefe Geeignete Geh lzarten und Einbauverfahren Wasserhaushaltsmodellierung Klima von Leonberg und Witterungsbedingungen 2001 Eingabedaten f r die Wasserhaushaltsmodellierung mit HELP Vergleich der Ergebnisse Modellierung und Messungen Modellierte Absickerung aus U K Feld und Profil 1 Ergebnisse Il Wirkung von Wurzelsperren Funktion und Eigenschaften von Wurzelsperren Wasserhaushalt der Versuchsfelder Einfluss der Sperren auf das Wurzelwachstum bertragung der Ergebnisse in d
33. 9 1 10 15 10 1 11 15 11 1 12 15 12 31 12 Abbildung 4 32 Niederschlagsmengen und Absickerung mm d aus den Lysimeterfeldern U und K von Juni bis Dezember 2001 x keine Messwerte Monat Juli fehlt Die y Achsen sind unterschiedlich skaliert Seit Beginn der Messungen wurden aus Lysimeterfeld U erheblich h here Dr n abfl sse als aus dem Kontrollfeld mit verdichteter Rekultivierungsschicht ver zeichnet Tabelle 4 8 Diese Unterschiede waren mit den Testfeldeigenschaften nicht zu begr nden Vielmehr waren gleiche oder aufgrund der w chsigeren Vegetation siehe 4 7 und 4 9 3 geringf gig niedrigere Absickerungsraten aus Testfeld U zu erwarten Die Absickerung aus Testfeld U lag jedoch in Abh ngigkeit von der Gesamt Absickerungsmenge um den Faktor 1 8 bis 16 5 h her Tabelle 4 8 Diese Unterschiede waren jedoch wenig aussagekr ftig solange die vollst ndige Wassers ttigung der Rekultivierungsschicht in den Lysimeterfeldern nicht erreicht wurde vergleiche 4 5 1 Nachdem Untersuchungen der Dichtungs 100 Bodenwasserhaushalt und Bodentemperatur und Entw sserungseinrichtungen keine Fehlstellen erkennen liessen konnte im Winter 2001 bei hohen Bodenwassergehalten mit Hilfe eines Tracerversuchs ein kapillarar Fluss aus dem K Feld in den unteren Randdamm als vermutliche Ursache der Unterschiede nachgewiesen werden Im Fr hjahr 2002 wurde dieser Flie weg durch eine Kunststoffdichtungsbahn verschlossen Tabelle 4 8 Mit
34. Abbildung 4 36 oben sind diese Unterschiede am st rksten ausgepr gt Die Durchwurzelung im Profil Kd konzentriert sich lediglich auf den Oberboden der nach Einbau der Rekultivierungsschicht mit dem Bagger aufgelockert wurde siehe 4 2 2 Im bergang zur ersten verdichteten Lage endet die Durchwur zelung abrupt die Wurzeln wachsen nur noch wenig in die verdichtete Schicht ein Wurzeln in der Tiefenstufe zwischen 25 und 50 cm orientieren sich vorwiegend an Schrumpfrissen Auch die Schrumpfrisse enden an der verdichteten Lage Im Feld mit unverdichtetem Substrat Profil Ud ist eine tiefreichendere und weit ausge pr gtere Durchwurzelung des gesamten Unterbodens zu verzeichnen In diesem Profil reichen auch die Schrumpfrisse etwas tiefer was auf eine st rkere Austrock nung des Bodens durch Wasserentnahme der Pflanzen schliessen l sst Die beiden Profile Ub und Kb sind insgesamt intensiver und tiefer durchwurzelt trotzdem sind auch hier wenngleich weniger deutlich Unterschiede zwischen den Testfeldern zu erkennen So ist zwar der gelockerte Oberboden im K Feld intensi ver durchwurzelt im Feld mit unverdichteter Rekultivierungsschicht U Feld reichen jedoch mehr Wurzeln tiefer in den Unterboden Res mee 4 7 Die Untersuchungen zur Vegetationsentwicklung belegen f r die zum Vergleich der Testfelder herangezogenen Parameter pflanzliche Biomasse Vitalit t und Durch wurzelung stets eine mehr oder weniger deutlich positive Reaktio
35. Abbildung 4 9 Vergleichende Darstellung der Versuchsergebnisse aus Gro scherversuchen im Labor und Ergebnissen aus Versuchen mit Karlsruher Schertestern im Testfeld Leonberg 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 45 Res mee 4 1 Aus bodenmechanischer bzw erdstatischer Sicht lassen sich aus den vorgestellten Untersuchungen f r die Ausbildung unverdichtet gesch tteter Rekultivierungs schichten folgende Schlussfolgerungen ziehen e F r unverdichtet gesch ttete bindige Substrate k nnen die ma gebenden Scherparameter durch klassische Scherversuche im Labor ermittelt werden einen guten Orientierungswert gibt der Winkel der Gesamtscherfestigkeit di e Die berpr fung der Scherparameter des einzubauenden Bodens ist im Einzel fall unerl sslich e Aus dem im Labor ermittelten Setzungsverhalten ergibt sich f r Rekultivierungsschichten mit einer angestrebten Endm chtigkeit von zwei Metern ein berprofil im Dezimeterbereich dieses ist bei der erforderlichen Sch tth he zu ber cksichtigen e Der Tongehalt des Rekultivierungssubstrates sollte 25 Gew nicht ber steigen Die f r den Bau der Testfelder getroffenen Annahmen werden durch messtech nische Begleitma nahmen in situ berpr ft Die bislang vorliegenden Ergebnisse k nnen wie folgt zusammengefa t werden e Die mittels Karlsruher Schertestern ermittelten Scherparameter liegen in der erwarteten Gr enordnung sie best tigen die Ergebn
36. Aggregate im Verlauf des Winters und bis zum Auflaufen der Aussaat im Fr hjahr hatte sich der Boden von selbst weitgehend eingeebnet E l ZE E Ee Etat Ok Der ST Ail IINE ELERIA A Bild 10 Ansicht der Versuchsfelder auf der Deponie Leonberg Anfang April 2001 Erosionsschutz Im Allgemeinen erfolgt direkt im Anschluss an den Bodenauftrag bei technischen Rekultivierungsma nahmen eine Einsaat mit bodenbedeckenden und erosionsmin dernden Gras und Krautmischungen die sogenannte Zwischenbegr nung NEUMANN 1981 B NECKE 1994 Die Erdbauarbeiten an den Testfeldern wurden im Dezember 2000 also zu einem denkbar ungeeigneten Termin f r eine schnelle Begr nung der Bodenoberfl che abgeschlossen Da in den Folgemonaten starke 58 Bautechnik und Bauausf hrung Niederschl ge zu erwarten waren musste kurzfristig ein effektiver Erosionsschutz hergestellt werden Dies gelang durch die Kombination von zwei Ma nahmen 1 Auf technischem Weg durch die Herstellung einer sehr rauhen Bodenoberfl che durch das Auflockern mit dem Bagger und 2 biologisch durch eine Ansaat mit Winterweizen Triticum aestivum Diese Pflanze ist frosthart und setzt auch im Winter ihr Wachstum fort sobald die Temperaturen nur wenig ber 0 C ansteigen Weiterhin ist die Einsaat preis wert die Saatgutkosten betragen bei eine Aussaatmenge von 200 kg ha ledig lich 20 Durch die fr he und schnelle Entwicklung des Weizens war die Fl che ab Apr
37. Bodenparametern eine l ckenlose Zeitreihe der Bodenfeuchte berech net werden 15 Die tiefenspezifische Bodentemperatur k nnte relativ zuverl ssig mit linearen Regressionen gesch tzt werden f r die hier vorliegende Auswertung reicht aber das Relativma 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 8l Im Allgemeinen ist die Bodenfeuchte d h der Volumenanteil des Wassers im Boden ein Schl sselparameter des Gashaushaltes da sich sowohl die Gasdurch l ssigkeit als auch die biologische Aktivit t letztere zusammen mit der Bodentem peratur oft gut durch die Bodenfeuchte vorhersagen lassen vergleiche LINN amp DORAN 1984 GLINSKI amp STEPNIEwSKI 1985 Abbildung 4 20 zeigt den Zusammen hang zwischen Wasserspannung und Bodenfeuchte f r die Versuchsvarianten Feld pF Kurven Die Beziehung ist in einigen F llen insbesondere im Oberbo den sowie in 85 cm Tiefe auf der unverdichteten Variante sehr wenig ausgepr gt Ergebnisse Hr l Ale He To I l H I be haen rallo l II Luftempe dentiefe cem Ed ee Abbildung 4 21 Feen Bi lt e D Zeitreihen der CO kKonzentration in der Bodenluft getrennt f r die Varianten Bei den Bodentiefen mit Wiederholungsmessung symbolisiert die Verbindungslinie die Mittelwerte die beiden Messwerte sind durch eine senkrechte Linie verbun den Zur Vermeidung von Informations berdeckung sind die Messpunkte auf der x Achse leicht verscho
38. Buschlage Deponie Hasenholz Tuttlingen Der Ast war nicht wie f r Buschlagen erforderlich nach innen gegen den Hang geneigt eingebaut sondern mit einer Au enneigung von ca 5 Die typische Folge ist die schlechte Ausbildung der am Astende ansetzenden basalen Wurzeln Dagegen wurde im vorderen Astbereich eine starke St tzwurzel entwickelt die f r die B schungsstabilisierung aber unbedeutend ist Rasterweite 10 cm 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 137 Im brigen haben die Aufgrabungen aus fr heren Untersuchungen bekannte Ergebnisse z B von SCHIECHTL 1973 best tigt Hierzu geh rt die oben bereits erw hnte Wurzelverteilung in Abh ngigkeit vom Einbauwinkel und die Abh ngig keit der Bewurzelungsf higkeit vom Alter des verwendeten Astmaterials Bei den aufgegrabenen einj hrigen Buschlagen war an 1 2 j hrigen sten die Wurzel dichte n Wurzeln je cm Astmantelfl che am h chsten und nahm bei lteren sten deutlich ab Bei 4 j hrigem Astmaterial lag die Wurzeldichte z B 30 40 unter den Werten der 1 2 j hrigen ste Die Dicke der verwendeten ste spielte bei der Wurzeldichte keine Rolle daf r aber bei der oberirdischen Triebbildung Auch hier best tigte sich Je gr er der Astdurchmesser desto mehr Triebe wer den gebildet F r die Anwendung von Lagenbauten bei der Rekultivierung wird aus den Aufgra bungsergebnissen geschlossen dass mit den Werten von SCHAARSCHMIDT bez glich
39. D 2 6 20 60 100 Korndurchmesser d in mm E Massenanteile der K rner lt d in der Gesamtmenge Bestimmung der Korngr enversteilung durch ICP Inge nieurgesellschaft Karlsruhe 4 Glassplitt verdichtet Recycling Glassand 0 8 3 lagig verdichtet Bild 3 Trockenraumdichte nicht bestimmbar Als Begrenzung der Versuchsfelder wurden Holzbretter eingebaut um das Ein wachsen von Wurzeln aus der Umgebung oder benachbarten Feldern zu unter binden Der Einbau des Dr nbetons erfolgte unverdichtet um seine Wasserdurch l ssigkeit nicht zu verringern Die Wurzelsperren der Varianten Sand und Glassplitt wurden beim Einbau in mehreren Schichten mit einem Vibrationsplattenr ttler verdichtet In der Sandvariante war es m glich die erreichten Dichten mit Stech zylinderproben exakt zu ermitteln Trotz intensiver maschineller Verdichtung wur den beim Einbau des Sandes mit einem Wassergehalt von ca 4 Vol nur Tro ckenraumdichten zwischen 1 5 und 1 6 g cm erreicht Der Glassplitt lie sich nur wenig verdichten weil er eine sehr grobe und relativ einheitliche K rnung auf 18 Wirkung von Wurzelsperren weist Aufgrund der Struktur und der fehlenden Koh sion des Materials konnten hier keine Proben mit Stechzylindern entnom
40. Deponie alter Wald Fl che 1 2 3 4 5 7 A B epig ische Dendrobaena octaedra 7 j D pygmaea 6 j Lumbricus castaneus 17 3 3 L rubellus 4 j 1 1 8 j juvenile epig ische 1 20 3 19 22 33 Summe epig ische 22 23 4 23 43 33 endog ische Aporrectodea caliginosa 6 1 3 j A icterica A rosea 3 5 1 Allolobophora chlorotica 8 Allolobophora 19 handlirschi Octolasion cyaneum E a O lacteum 36 12 juvenile endog ische 221 22 94 60 8 Summe endog ische 293 24 102 74 8 anezische Lumbricus terrestris j j 3 Aporrectodea longa j 5 10 j juvenile anezische 55 35 38 20 Summe anezische 55 40 48 23 Gesamtsumme 371 87 154 120 51 33 Anzahl der Arten 0 0 8 5 5 7 4 2 j nur juvenile Tiere dieser Art gefunden j mindestens eine der beiden Arten kommt vor e Die Regenwurmpopulationen auf der Deponie sind im Mittel viel gr er als im umgebenden alten Buchenwald Abbildung 4 33 Tabelle 4 13 Dort sind nicht nur die Abundanzen und Biomassen viel geringer sondern es kommen im alten 116 Bodenleben Wald praktisch nur epig ische Arten vor Ursache ist die ung nstigere Bodenart Sand und die starke Versauerung der die Deponie umgebenden Waldfl chen auf Keupersandstein siehe Tabelle 4 12 Bei diesem niedrigen pH Wert k n nen nur
41. Einbau in gleicher Tiefe auf In beiden Versuchsfeldern wurde durch die Bodenumlagerung die Kontinuit t der Poren unterbrochen Daher bestimmt die unterschiedliche Dichte der B den die Infiltrationseigenschaften Im verdichteten Substrat erfolgt die Wasserinfiltration fast nur in Rissen im unverdichteten dagegen berwiegend fl chig Im Unter boden der verdichteten Rekultivierungsschicht tritt h ufig Staun sse und damit auch Sauerstoffmangel auf Die Durchwurzelung wird zudem durch deutlich h here Eindringwiderst nde erschwert Als Folge der unterschiedlichen Einbauverfahren ist das Feld mit unverdichtetem Substrat ein g nstigerer Pflanzenstandort Die Untersuchungen zur Vegetations entwicklung belegen eine positive Reaktion der Pflanzen auf die Standortunter schiede insbesondere durchwurzeln sie das unverdichtete Substrat erheblich tiefer und intensiver als das lagenweise verdichtete Material Daher ist langfristig auch eine h here Wasserentnahme aus dem Boden zu erwarten Die Regenwurmpopulation wurde durch die Bodenumlagerung beim Bau der Testfelder praktisch vollst ndig vernichtet Eine schnelle Zunahme der Regen wurmzahlen ist aufgrund der Rahmenbedingungen nicht zu erwarten so dass positive Wirkungen der Regenw rmer auf das Bodengef ge in absehbarer Zeit weitgehend fehlen werden Untersuchungen zeigen dass Regenw rmer auf rekul tivierten Fl chen mit g nstigen Bodeneigenschaften durchaus gro e Populationen aufbauen k
42. Feld mit konventionell verdichteter Rekultivierungsschicht nachteilig auf die Vitalit t aus 126 Vegetationsentwicklung 4 7 3 Durchwurzelung Die Untersuchung der Durchwurzelung ist f r die Bewertung von Standorten von Bedeutung denn sie tr gt dazu bei Beziehungen zwischen Standort und Bewuchs zu erkennen Insbesondere werden folgende Beziehungen betrachtet AKS 1996 e die gegenseitige Beeinflussung von Wurzelwachstum und Bodeneigenschaften e die Durchwurzelbarkeit des Bodens und e der Einfluss des Wurzelwachstums auf den Boden Die Untersuchung der Durchwurzelung umfasst die Durchwurzelbarkeit die reale Durchwurzelungstiefe und die Durchwurzelungsintensit t Als Durchwurzelungs intensit t wird die Anzahl von Wurzeln pro dm verstanden AKS 1996 Die Durchwurzelung der Rekultivierungsschichten wurde in jeweils zwei 1 25 m tiefen Profilgruben pro Lysimeterfeld untersucht Der im Herbst 2000 einges te Winterweizen dominierte die Best nde deswegen erfasste die Untersuchung berwiegend Weizenwurzeln Die Durchwurzelungsintensit t wurde in 5 cm Tiefenstufen in 50 cm breiten Probefl chen jeweils 250 cm nach der in AG Bopen 1994 beschriebenen Methode aufgenommen Die Lage der Aufnahme punkte geht aus Abbildung 2 3 hervor Die Durchwurzelung der beiden Profile im oberen B schungsabschnitt Ud und Kd Abbildung 4 36 oben ist aufgrund der kurzen Entwicklungszeit der Vegetation noch als sehr schwach St
43. INRA Publ 71 7 503 511 DVWK 1980 Empfehlungen zum Bau und Betrieb von Lysimetern DVWK Regeln zur Wasserwirtschaft Heft 114 52 S Hamburg amp Berlin Ehlers W 1975 Observations on earthworm channels and infiltration on tilled and untilled loess soils Soil Sci 119 242 249 Ehrmann O amp U Babel 1991 Quantitative Regenwurmerfassung ein Metho denvergleich Mitteilungen Dt Bodenkundl Gesellsch 66 I 475 478 Ehrmann O Sommer M amp T Vollmer 2000 Regenw rmer In Sommer M Ehrmann O Friedel J K Martin T amp G Turian Hrsg B den als Lebensraum f r Organismen Regenw rmer Geh uselandschnecken und Bodenmikroorganismen in W ldern Baden W rttembergs Hohen heimer Bodenkundliche Hefte 63 Institut f r Bodenkunde und Stand ortslehre Universit t Hohenheim Stuttgart Eppinger M H Schack Kirchner amp E Hildebrand 2002 R ckegassen als Wur zelraum Allg Forstzeitschrift Der Wald 489 491 Evans A C amp W J McL Guild 1948 Studies on the relationships between earthworms and soil fertility IV On the life cycles of some british lum bricidae Ann Appl Biol 35 471 484 Fein W amp E Manz 2001 Bau einer Wasserhaushaltsschicht die Praxis zur Theorie am Beispiel der Deponie Eisenberg Donnersbergkreis in 7 Literatur 177 Maier Harth U Hrsg Oberfl chenabdichtungen und Rekultivierung von Deponien 4 Deponieseminar des Geologischen Landesamtes
44. Regel bekannt insbesondere die Sicker str mungskr fte k nnen eine gro e Bedeutung haben F r Ma nahmen mit dem Rekultivierungsziel Wald ergeben sich im Vergleich zu nicht bewaldeten B schungen zus tzliche Einwirkungen durch die Eigenlast der Pflanzen sowie durch den Wind vergleiche Brauns et al 1997 Um die auftretenden Kr fte sicher in das Deponiebauwerk ableiten zu k nnen sind die in den Scherfugen verf gbaren Widerst nde zu quantifizieren Um hier definierte Bedingungen verf gbar zu machen wird das in der Regel bindige 26 Standsicherheit von Rekultivierungsschichten Rekultivierungssubstrat gem den blichen Regeln der Erdbautechnik mit einer definierten Mindestdichte in Anlehnung an die Resultate des sog Proctor versuches DIN 18 127 eingebaut Hintergrund hierbei ist dass die verf gbaren Scherkr fte unter derartigen Bedingungen anhand von Scherversuchen im Labor bestimmt werden k nnen DIN 18 137 Au erdem existieren Kriterien f r die Qualit tssicherung derartiger Bauma nahmen Auch im Hinblick auf das Setzungs verhalten der Rekultivierungsschicht und in Hinsicht auf die in der Regel unver meidbare Integration von Leitungssystemen oder Bauwerken hat sich diese Vor gehensweise bew hrt Werden dar ber hinaus grundlegende Konstruktionsprinzipien wie beispielsweise eine unterhalb der Rekultivierungsschicht angeordnete Entw sserungsschicht siehe Abbildung 1 1 eingehalten TASi 1993 kann
45. Verdichtung mit dem Falllinie fahrenden Verdichter sein Eine weitere jedoch sehr unwahrscheinliche Erkl rung w ren kleine Rutschungen die hang parallele Risse hinterlassen haben Die in der Fl che und im Raum gleichm ige re Infiltration im U Feld erm glicht bei gleicher Wasserspeicherkapazit t aufgrund der besseren Befeuchtung eine h here Wasserspeicherung im Oberboden Dadurch wird die Absickerung in tiefere Bodenschichten verringert Dies ist die wahrscheinlichste Erkl rung f r die gerin gere F rbung in der untersten Fl che im U Feld Vermutlich bewirkte die besonders gute Infiltration durch die Mausr hren eine geringere Infiltration in der benachbarten Fl che 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 69 4 3 4 Mikrostruktur des Bodens Mit mikromorphologischen Methoden kann der Boden mit einer wesentlich st r keren Vergr erung als im Gel nde betrachtet werden Au erdem k nnen echte Schnitte angefertigt werden w hrend im Gel ndeprofil der Boden bevorzugt an Aggregatoberfl chen bricht Durch Beleuchtungstechniken wie Auflicht Durchlicht und Polarisation werden zus tzliche Information gewonnen Der Nachteil von mikromorphologischen Methoden ist die aufw ndige Pr paration Der Boden muss zun chst mit Kunstharz fixiert werden Die Untersuchung erfolgt entweder an ca 5 mm dicken Anschliffen oder an ca 0 03 mm dicken D nn schliffen Letztere sind wesentlich aufw ndiger in der Herstell
46. amp C F Mason 1995 Earthworm populations of a restored landfill site Pedobiologia 39 107 115 Kent M amp Coker P 1992 Vegetation Description and Analysis 363 S Chichester Konold W amp H Zeltner 1981 Untersuchungen zur Vegetation angedeckter M lldeponien Beihefte zu den Ver ffentlichungen f r Naturschutz und Landschaftspflege in Baden W rttemberg 24 83 S Karlsruhe Konold W 1981 Anleitung zur Rekultivierung von Deponien Teil 1 Texte Umweltbundesamt UBA 13 161 S Berlin Konold W Wattendorf P amp Leisner B 1997 Anforderungen an die Rekulti vierungsschicht beim Rekultivierungsziel Wald in Egloffstein T amp Burkhardt G Hrsg Oberfl chenabdichtungen von Deponien und Altlasten Abfallwirtschaft in Forschung und Praxis 103 179 188 Berlin K stler J E Br ckner amp H Bibelriether 1968 Die Wurzeln der Waldb ume 284 S Hamburg amp Berlin Krath U 2001 Oberfl chenabdichtung der Deponie Fernthal Kreis Neuwied Wasserhaushaltsoptimierung und KDB Abdichtung im Systemverbund in Maier Harth U Hrsg Oberfl chenabdichtungen und Rekultivie 7 Literatur 179 rung von Deponien 4 Deponieseminar des Geologischen Landesamtes Rheinland Pfalz 227 245 Krebs M 1995 Biogene Bodengef ge Pflanzenartspezifische Oberboden Mikro gef ge und Aspekte ihrer Entstehung Hohenheimer Bodenkundliche Hefte 26 Institut f r Bodenkunde und Standortslehre Univ
47. auf Blattoberfl chen zwischengespeicherte Niederschlagswasser ist Sonne und Wind ausgesetzt und gelangt von dort als Wasserdampf wieder in die Atmosph re zur ck oder flie t mit zeitlicher Verz gerung als Stammabfluss dem Boden zu Diese Abflussver z gerung kann auch den Oberfl chenabfluss und damit verbundene Bodenero sionsprozesse verringern MM Ne Ao Ni Der in den Boden infiltrierte Niederschlag N ergibt sich aus Bestandesnieder schlag und Oberfl chenabfluss Ao Im Hinblick auf eine Minimierung der Absickerung k nnten hohe Oberfl chenabflussraten prinzipiell akzeptiert wer den In der Realit t erfolgen Oberfl chenabfl sse auf bewachsenem Boden jedoch fast nur bei Starkniederschl gen und sind meist mit unerw nschter Bodenerosion gekoppelt Neben der Erh hung der Rauhigkeit der Bodenober fl che durch die Vegetation verhindert auch eine ausreichende Infiltration hohe Oberfl chenabflussraten und somit auch Wassererosion ER Der Wasserhaushalt von Rekultivierungsschichten ETa Eg Ep EL T Die tats chliche oder reale Evapotranspiration ETa setzt sich aus den Kom ponenten Evaporation von Boden Pflanzenoberfl chen und Streu s o sowie der Transpiration T der Verdunstung durch die Pflanzen selbst zusammen W hrend der physikalische Prozess der Bodenverdunstung in Abh ngigkeit von der Bodenart meist nur eine relativ geringm chtige Bodenschicht entw ssern kann nehmen Pflanzen im optimalen Fall aus
48. bis zum Abklingen der Hauptsetzungen die Abdichtungsfunktion bernimmt und das sp ter falls erforderlich in ein endg ltiges Oberfl chenabdichtungssystem integ riert werden kann Die Konzeption des Forschungsvorhabens sah vor die Testfelder im Zuge der Oberfl chenabdichtung und Rekultivierung des letzten Betriebsabschnittes A VI im Jahr 1999 zu errichten Diese Zeitvorgabe konnte nicht eingehalten werden des halb wurde bei der Rekultivierung im Bereich des Verf llungsabschnitts A VI eine ausreichend gro e Aussparung vorgesehen in der die Versuchsfelder nach der Bewilligung von Forschungsmitteln im Jahr 2000 untergebracht werden konnten Vor Herstellung der Versuchsfelder musste jedoch die bestehende und durch Wit terungseinfl sse angegriffene Randdammoberfl che in der Aussparung bis in ca 25 cm Tiefe abgetragen und anschlie end mit geeignetem steinfreien Mineral boden wieder verf llt werden Das Material wurde verdichtet und ein Planum als Auflager f r eine Kunststoffdichtungsbahn hergestellt Die Anlage zur Untersuchung der Rekultivierungsschichten auf der Deponie Leon berg besteht aus insgesamt vier Versuchsfeldern Tabelle 2 1 Sie ist in die s d stlich exponierte B schung des Deponieabschnittes A VI mit einer mittleren Nei gung von etwa 1 2 7 integriert siehe Abbildung 2 1 und Bild 1 Tabelle 2 1 Versuchsfelder zur Gestaltung von Rekultivierungsschichten Feld Fl che Rekultivierungsschicht U 360 m Un
49. cm 11 Eine ausf hrliche Methodenbeschreibung ist bei Kress 1995 zu finden 70 Bodenphysik Ergebnisse 1 Allgemeine Bemerkungen zu den D nnschlifffotos Alle Fotos wurden bei normalem Durchlicht aufgenommen Hohlr ume 1 die Zahl steht in den Bildtafeln bei den entsprechenden Objekten erscheinen daher weiss In der gelbbraunen Bodenmatrix sind fast keine einzelnen Mineralk rner zu sehen Auffallend sind aber die zahlreichen rotbraunen 2 bis opaken 3 Objekte unterschiedlicher Gr e von meist abgerundeter Form Es handelt sich dabei um Eisen oder Mangankonkretionen typische Bestandteile von Filderb den aus umgelagertem L sslehm Weniger deutlich aber ebenso typisch sind die schlierenf rmigen Tonbel ge 4 Spuren alter Tonverlagerung 2 Beschreibung der bersichtsaufnahmen gt Bildtafel A Gemeinsam ist den D nnschliffen aus dem U und K Feld e eine hnliche Farbe e eine hnliche Korngr e Schluff Ton e das Vorkommen von Eisen Manganoxiden und von Tonbel gen Diese Parameter weisen darauf hin dass der Boden im U und K Feld die gleiche Herkunft hat Die K und U D nnschliffe unterscheiden sich aber auch deutlich e Die Proben aus dem K Feld sind viel dichter gro e Hohlr ume fehlen fast vollst ndig Dies war an den Gel ndeprofilw nden nicht zu sehen weil dort keine echten Schnitte hergestellt werden konnten sondern nur Oberfl chen betrachtet wurden e Vor allem bei D nnschliff Kd4 und
50. d h auf fast 2 3 ihrer M ch tigkeit durchdringen Im verdichteten Sand waren im Gegensatz dazu nur Wur zeltiefen bis maximal 30 mm festzustellen Auch die Zahl der an der Sperrenober fl che verbleibenden Wurzeln ist beim Sand deutlich gr er Res mee 5 Die bisherigen Ergebnisse legen den Schluss nahe dass unter den gegebenen Bedingungen die getesteten Materialvarianten Kupfermatte Dr nbeton verdich teter Sand und Glassplitt nur bedingt als Wurzelsperren geeignet sind Alle Vari anten wiesen zwar einen Teil der Wurzeln ab in jede Sperre konnten jedoch auch Wurzeln eindringen Die Kupfer Sperrmatte wurde aufgrund ihrer geringen Dicke als einzige vollst ndig durchwurzelt Das Funktionsprinzip Cu Toxizit t muss des halb zumindest f r den Standort G nterstal in Frage gestellt werden Erst nach einer weiteren Entwicklungszeit der Wurzelsysteme kann gepr ft werden ob auch die im Versuchsfeld 30 cm m chtigen Varianten Sand Dr nbeton und Glassplitt wirklich vollst ndig durchdrungen werden k nnen Keine der vier Wurzelsperren kann zur Zeit uneingeschr nkt empfohlen werden denn trotz ihrer guten Wasserleitf higkeit k nnen vor allem die Varianten Kupfer matte Dr nbeton und G assplitt Stauwasser in Rekultivierungsschichten verur sachen Kapillarsperreneffekt Unter den gegebenen Bedingungen erscheint die Variante verdichteter Sand noch am geeignetsten denn sie wurde bisher am wenigsten von den Wurzeln angegriffe
51. die Standsicherheit anhand bestehender Berechnungsverfahren bestimmt werden Hierbei werden die Ein wirkungen im Verh ltnis zu den Widerst nden in den betreffenden Scherfugen des Systems betrachtet Resultieren hieraus ausreichend hohe Standsicherheitsbei werte steht dem Bau solcher Systeme nichts im Wege so lange die erforderlichen Scherparameter im Rahmen der Qualit tssicherung tats chlich nachgewiesen werden Prinzipiell kann festgehalten werden dass vergleichsweise steile B sch ungsneigungen ohne zus tzliche Ma nahmen nicht m glich sind Damit ein Rekultivierungssubstrat seine vielf ltigen Aufgaben als Wasserhaushalts schicht sowie als Basis f r den Bewuchs erf llen kann muss es m glichst locker d h ohne jegliche Verdichtung gesch ttet bzw eingebaut werden Diese Art des Einbaus von Bodenmaterial ist im qualifizierten Erdbau un blich und dieses Ziel steht zu den Standsicherheitserfordernissen tendenziell im Widerspruch F r locker gesch ttete Haufwerke bestehend aus einem Gemisch von Sand Schluff und Ton das in Aggregaten unterschiedlicher Gr e Klumpen vorliegt sind grundlegende Erkenntnisse zum Scher und Setzungsverhalten nicht bekannt Auch die Versuchstechnik zur Ermittlung der Scherfestigkeit von B den ist nur f r definierte Einbaudichtebedingungen konzipiert worden Es fehlt eine Versuchstech nik zur Ermittlung der Zusammenh nge f r locker gesch ttete B den Der unverdichtete Einbau von Rekultivier
52. einen R ckgang der Feinwurzeldichte auf kaum mehr messbare Werte Andererseits findet man auf Sandb den auf Rendzinen u immer wieder einzelne Grobwurzelstr nge die in tiefere Bereiche reichen und dort sicherlich zur Wasseraufnahme bef higt sind Betrachtet man daher die Bodenbel ftung aus der standortkundlichen Sicht unterscheiden sich zum gegenw rtigen Zeitpunkt die Einbauvarianten nicht Die Bedeutung des tieferen Unterbodens verringert sich dar ber hinaus bereits dadurch dass schon unterhalb von 25 bis 50 cm Tiefe sichtbare Bel ftungsein schr nkungen auftreten die eine Tiefendurchwurzelung anspruchsvollerer Arten ohnehin erschweren Ob und wie stark die sporadische Tiefendurchwurzelung durch Unterbodenverdichtung verhindert wird und welche Bedeutung diese Tiefen durchwurzelung f r die Wasseraufnahme besitzt ist schwer quantifizierbar Ein positiver Zusammenhang ist aber sehr plausibel Daher ist wenn die Tiefendurch wurzelung bis zur Dichtschicht berhaupt erw nscht ist das unverdichtete Einbau verfahren zu bevorzugen Res mee 4 4 Mit Hilfe der CO Konzentrationen der Bodenluft kann der Bodengashaushalt cha rakterisiert werden In den Versuchsfeldern wurden beim Einbau der Rekultivie rungsschichten Bedingungen geschaffen die nat rlichen Waldb den entsprechen In beiden Lysimeterfeldern ist nur Bel ftung der Oberb den bis 25 cm Tiefe als ungest rt anzusehen in gr erer Tiefe gt 50 cm ist
53. einer Baggerschaufel kann auf grund der viel zu geringen Arbeitstiefe von maximal 15 cm tieferreichende Ver 5 Ausbildung einer Schicht an der unteren Bearbeitungsgrenze beim Fr sen Durch die Auflast und die Drehbewegung der Fr smesser kann der Boden verdichtet und Poren k nnen verschlossen werden Verschmieren Diese Prozesse sind u a abh ngig von Bodenart und Bodenfeuchte 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 55 dichtungen nicht beseitigen Es besteht weiterhin die Gefahr dass die Boden oberfl che verschmiert wird wenn die Schaufel zu tief eingreift und mit ganzer Fl che ber den Boden gezogen wird Quer zur Falllinie mit der Baggerschaufel gezogene Rillen sind als oberfl chliche Erosionsschutzma nahme unzurei chend Tabelle 4 3 Technische M glichkeiten zur Lockerung eines verdichteten Oberbodens ca Arbeitstiefe Neigung zum Verschmieren Anspr che an Bodenfeuchte Erosionsgefahr Zeitaufwand f r ca 400 m Bemerkungen min Fr ssohle x x x x lt Ka x LA CH be CH 1 Fr se gt x x 2 Bagger in der Regel zu flach Durchziehen mit Z hnen 3 Raupe Verschmieren Verdichten mit Rei z hnen 4 Pflug eventl Spezialger t not wendig F rderung von Erosionsrinnen und Bildung einer Pflugsohle 5 Bagger Die Art der Ausf hrung Umgraben Arbeitsrichtung ist wichtig x gering er xx mittel xxx hoch 3 Der Einsatz
54. einer Raupe mit Rei z hnen verdichtet die Bodenoberfl che zus tzlich weil ein leistungsstarkes und somit schweres Ger t zum Einsatz kommen m sste Die Gefahr von Quetschungen und Verschmieren des Bodens ist vor allem bei feuchtem Boden hoch 4 Pfl gen kann auch bei feuchtem Boden durchgef hrt werden jedoch begren zen Hangneigung und Bodenfeuchte den Einsatz radgetriebener Schlepper Auch die Tiefenwirkung ist begrenzt denn die in der Landwirtschaft einge setzten Pfl ge haben blicherweise nur eine Arbeitstiefe von 30 cm Eine Pflugsohle w rde im Gegensatz zur Fr ssohle nicht fl chenhaft auftreten 56 Bautechnik und Bauausf hrung Die Verfahren 1 3 und 4 k nnen an einer steilen B schung nur in Falllinie einge setzt werden Bei den Verfahren 3 und 4 entstehen au erdem Rillenstrukturen senkrecht zu den H henlinien die als bevorzugte Flie wege f r den Oberfl chen abfluss bei Starkniederschl gen die Erosionsgefahr deutlich erh hen 5 Das Umgraben des Oberbodens mit dem Bagger ist zwar zeitaufwendiger als die anderen Verfahren aber gemessen am Gesamtaufwand einer Rekultivie rung in vielen F llen vermutlich durchaus vertretbar Nach Abw gung der Vor und Nachteile schieden die blichen Verfahren 1 2 und 3 wegen zu hoher Erosionsgefahr zu hohen Anspr chen an die Bodenfeuchte 1 und 2 oder zu geringer Effektivit t 2 aus Da auch das Pfl gen in Falllinie 4 eine betr chtliche Erosiongefahr mit sich bringt
55. entsprechenden Indikatorwert besitzt Diskussion Die evapotranspirative Abdichtungswirkung einer Rekultivierungschicht ist sehr eng mit der Bodenfunktion als Wurzelraum verbunden je tiefer der Bodenraum durchwurzelbar ist desto besser die Wirkung Weiterhin gilt je besser die Boden bel ftung desto tiefer ist ein Boden durchwurzelbar Die Ergebnisse zur Bodenbel ftung zeigen dass es beim Einbau der Rekultivie rungsschicht gelungen ist Verh ltnisse zu schaffen wie sie auch in nat rlichen Waldb den anzutreffen sind Die Abdeckungen sind bis unter 85 cm Bodentiefe 86 Bodenluft belebt denn sonst k nnte kein stetiger Anstieg der CO Konzentration beobachtet werden Das CO stammt aus respiratorischen Prozessen Darauf deutet die enge Korrelation der Konzentration mit der Lufttemperatur und das Paradox zunehmender CO Konzentration bei abnehmendem Wassergehalt hin Die CO2 Konzentrationen zeigen den typischen jahreszeitlichen Gang nat rlicher B den Ohne Kenntnis der Gasdiffusionskoeffizienten k nnen aufgrund der CO Konzent rationen keinerlei R ckschl sse auf die tats chlichen Respirationsraten getroffen werden Trotz Ausbildung einer geschlossenen Vegetationsdecke ist jedoch im Oberboden bei den sehr geringen Humusgehalten lt 1 mit gegen ber nat r lichen Waldb den deutlich reduzierten Atmungsraten Produktion von CO2 pro Zeit auszugehen Durch den Einbau homogenen Materials bei erheblicher Struk turst rung
56. feuchte Witterung des Sommers 2000 bedingt sein Eine permant gute Wasserver sorgung stimuliert Pflanzen nicht zur Tiefendurchwurzelung Die auch im Sommer geringe Austrocknung der B den auf der Versuchsanlage in Freiburg G nterstal reicht in den meisten Jahren nicht aus um die Pflanzen unter Wasserstress zu setzen und so eine intensive und tiefe Durchwurzelung zu f rdern Dar ber hinaus bewirkt Staun sse in der Regel Sauerstoffmangel und somit f r die Durchwur zelung ung nstige Bodenbedingungen s o Auch in den Versuchsfeldern in G nterstal vor allem in der Variante Dr nbeton wurde der berwiegend wasser ges ttigte Grenzbereich zwischen Boden und Wurzelsperre deshalb nicht sehr intensiv durchwurzelt Viele vor allem st rkere Wurzeln gt 1mm enden unge fahr 10 cm ber der Sperre Bild 23 Eine Ampferwurzel Rumex obtusifolius wird von der Kupfer Wurzelsperrmatte in die horizontale Wuchsrichtung abgelenkt November 2000 Bei den Aufgrabungen zeigte sich dass spontan aus verfrachteten Rhizomst cken angesiedelter Ampfer Rumex obtusifolius auf dem bodenfrischen bis feuchten 5 Ergebnisse Il Wirkung von Wurzelsperren 165 Standort in Freiburg G nterstal wesentlich besser f r Wurzeluntersuchungen geeignet ist Ampfer bildet blicherweise eine tiefreichende Pfahlwurzel aus Bereits im September 2000 konnten Ampferwurzeln in die Sperrschicht aus Sand einwachsen Im Gegensatz dazu lenkte die Kupfer Wurzelsperrmatte
57. gepflanzten Geh lze beeinflussen ebenso wie auf den Versuchsfeldern den Wasserhaushalt im Vergleich zu den krautigen Arten nur wenig Die aktuelle Bestandesdichte wurde wie auf den Test feldern mit einem Blattfl chenindex von 5 eingestuft Weitere Eingabedaten f r die Wasserhaushaltsmodellierung des Vergleichsprofils finden sich in Anhang 9 2 Tabelle 4 20 Wasserhaushaltsmodellierung f r das Jahr 2001 Jahressummen des Ober fl chenabflusses der Evapotranspiration und der Absickerung Vergleich der bei den Testfelder mit einer Rekultivierungsschicht in der Umgebung Profil 1 As vonN As vonN mm 527 5 523 9 515 1 469 5 463 7 Tabelle 4 20 enth lt die von HELP berechneten Jahressummen von Oberfl chenabfluss Evapotranspiration und Absickerung aus den Versuchsfeldern und dem Vergleichsprofil 1 f r das Jahr 2001 Die berechneten Oberfl chenab fl sse Ao differieren entsprechend der Hangneigung und der Bodenart des Oberbodens Aufgrund des au ergew hnlichen Niederschlagsereignisses vom 27 Juni 2001 sind sie insgesamt sehr hoch Profil 1 weist vor allem aufgrund der geringen Durchwurzelungstiefe bzw Tiefe der Verdunstungszone 24 cm 30 cm siehe Anhang 9 2 die niedrigste Evapotranspirationsrate auf Auch im relativ flach durchwurzelten Profil Kd siehe 4 7 3 bleibt die tats chliche Evapotranspiration ETa mit 469 5 mm a in der gleichen Gr enordnung Bereits im Ist Zustand unterscheiden sich die bei
58. je nach Vegetationsauspr gung ca 400 700 mm BERGER amp SOKOLLEK 1997 In niederschlagsarmen Gebieten wie dem Oberrheintal kann die Absickerung daher u erst geringe Werte erreichen z B LEHNHARDT amp BRECHTEL 1980 Die Eigenschaften des Bodens und der Vegetation eines Standortes beeinflussen alle Glieder der Wasserhaushaltsgleichung z B PROKSCH 1990 und nehmen damit direkt Einfluss auf die Absickerungs bzw Grundwasserneubildungsrate Dies wird deutlicher wenn man die allgemeine Wasserhaushaltsgleichung in weitere Teil glieder zerlegt Abbildung 3 1 die nachfolgend unter dem Aspekt der Reduzie rung und Vergleichm igung der Absickerung betrachtet werden N Ep EL Ng Der Bestandesniederschlag Ns ist der Anteil vom Gesamtniederschlag N der nach Passage der Pflanzen und Streudecke die Bodenoberfl che erreicht Er h ngt einerseits von der Evaporation Interzeptionsverdunstung auf den Pflanzenoberfl chen Ep und der Streudecke E ab andererseits wird er von den meteorologischen Gr en Niederschlagsmenge und verteilung beeinflusst Je ppiger die Vegetationsdecke entwickelt ist desto mehr Blattfl che steht als Zwischenspeicher f r Niederschlagswasser zur Verf gung Waldbest nde wei sen im Allgemeinen die h chsten Blattfl chenindices LAI auf Dies gilt beson ders wenn sie stockwerkartig z B aus unterschiedlich hohen Baumschichten einer Strauch und einer Krautschicht aufgebaut sind Das
59. kleine Populationen aus epig ischen Arten vorkommen EHRMANN et al 2002 Damit f llt auch der umgebende Wald als Quelle f r die Einwanderung von Regenw rmern praktisch aus e Die Unterschiede zwischen verschiedenen Rekultivierungen auf der Deponie sind drastisch In der Rekultivierungsfl che 2 wurden an der Probestelle keine Regenw rmer gefunden etwas ltere 3 und deutlich ltere Bereiche wiesen mittlere Fl chen 4 und 7 bis gro e 5 Populationen auf e Die Regenwurmbiomassen sind zwar hnlich gro Fl chen 4 und 7 oder sogar noch gr er 3 und 5 als in W ldern Baden W rttembergs auf vergleichbarem Substrat die Populationen sind aber deutlich anders zusammengesetzt Auf der Kreism lldeponie Leonberg weisen die Probefl chen 4 5 und 7 wesentlich geringere Anteile an endog ischen Arten auf als die vergleichbaren Fl chen in Baden W rttemberg Lediglich die Population der Rekultivierung 3 ist hnlich zusammengesetzt wie auf Vergleichsfl chen diese Rekultivierung hat aber zumindest an der Probestelle Oberboden Mutterboden erhalten Ursache der unterschiedlichen Zusammensetzung ist also die Humusarmut im Oberbo den denn endog ische Arten leben im humosen Oberboden Somit wird sich die Regenwurmpopulation mit zunehmender Bodenbildung Humusanreiche rung ndern Es stellt sich daher die Frage ob sich die Besiedlung von Rekultivierungsfl chen mit Regenw rmern im Verlauf einiger Jahre von selbst ergeben wir
60. trotzdem auf ein unvermeidbares Ma zu reduzieren wurde der Boden vom oberen Testfeldrand ausgehend in einer Schicht Vorkopf von einer leichten Raupe D4 mit Moorkette eingeschoben siehe Abbildung 4 12 Die ausf hrende Baufirma versicherte dass dieses Verfahren zu keiner nennenswerten Verdichtung des Bodens f hren w rde e Die Rekultivierungsschicht sollte mit einer berh hung von mindestens 20 cm eingebaut werden damit nach Abklingen von Setzungsvorg ngen die gew nschte Schichtst rke erreicht wird siehe 4 1 e Der Einbaupreis belief sich im speziellen Fall auf ca 5 00 m e Im Kontrollfeld K mit konventionell verdichtet eingebautem Substrat wurden die unteren 1 5 m der Rekultivierungsschicht in drei Lagen mittels Walze auf eine Proctordichte Dpr gt 95 verdichtet Die oberen 0 5 m wurden analog zu den anderen Testfeldern ohne zus tzliche Verdichtung eingebaut W hrend des Einbaus in die Testfelder wurden wichtige Eigenschaften der ange lieferten Substrate laufend berpr ft Die B den waren in trocken frischem bzw berwiegend in frisch feuchtem Zustand und entsprachen somit den Anforderun gen an Umlagerungs bzw Befahrungseigenschaften von B den z B LAK 2000 Die Trockenraumdichte der angelieferten B den im Entnahmezustand lag zwischen 1 44 und 1 77 g cm im Mittel bei 1 57 g cm Das f r alle Beteiligten ungewohnte Verfahren unverdichteter Einbau konnte gut bew ltigt werden Es ist jedoch zu ber
61. wurde bei der Bundesanstalt f r Wasser bau f r Untersuchungen an D mmen und Deichen entwickelt und von dort zur Verf gung gestellt 132 Ingenieurbiologischer Verbau 4 8 2 Standsicherheit durch Buschlagen verst rkter B schungen Die statische Wirkung von Buschlagen in B schungen wird von folgenden Kompo nenten bestimmt e In erster Linie h ngt die statische Wirkung unmittelbar nach dem Einbau Anfangsstandsicherheit von der gew hlten Einbindetiefe und den Reihenab st nden der Buschlagen ab SCHAARSCHMIDT hat hierzu schon 1974 nachgewie sen dass bereits der Einbau von Buschlagen die Anfangsstandsicherheit einer B schung erh ht e Die Stabilisierungswirkung erh ht sich infolge der zunehmenden Durchwurzel ungstiefe und dichte im Laufe der biologischen Entwicklung Au erdem wach sen im Laufe der Zeit die Fl chen zwischen den Lagen gegebenenfalls unter st tzt durch Saat oder Pflanzung zu so dass eine durchwurzelte Deckschicht entsteht wodurch die Stabilit t der B schung zus tzlich erh ht wird End standsicherheit ca 5 25 Jahre nach dem Einbau Die Endstandsicherheit entspricht der Anfangsstandsicherheit die sich um den durch die Durchwur zelung hervorgerufenen Anteil erh ht Zum Nachweis der Endstandsicherheit ist es notwendig die Durchwurzelung zu erkunden und die Wirkung der Durch wurzelung nachzuweisen H HNE 1997 4 8 3 Messen des Herausziehwiderstandes Das heutige Wissen ber den Be
62. 0 gt 2 Ze 10 1 10 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Vol Vol Vol Uc3 Werte f r U Feld Ld4 Ka3 Kc3 Ka4 Kc4 hPa hPa hPa 1000 1000 1000 T fe ga D s r a 4 x 330 8 Di NV 330 330 D D u 100 D 60 D B 8 100 100 8 EE E 8 60 E 60 10 a D ef bfi B 10 1 10 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Vol 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Vol 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Vol 8 7BAnhang Anhang 8 4 Anschriften der Autoren Prof Dr Werner Konold Dr Peter Wattendorf Institut f r Landespflege Albert Ludwigs Universit t Freiburg Tennenbacher Str 4 79106 Freiburg Werner Konold landespflege uni freiburg de Peter Wattendorf landespflege uni freiburg de Dr Ing Andreas Bieberstein Holger Reith Institut f r Bodenmechanik und Felsmechanik Universit t Karlsruhe Postfach 6980 76128 Karlsruhe andreas bieberstein bau verm uni karlsruhe de holger reith bau verm uni karlsruhe de Dr Otto Ehrmann Bodenbiologie N rtinger Str 44 72639 Neuffen otto ehrmann gmx de Gerhard B necke Forstliche Versuchsanstalt Abteilung Landespflege Wonnhaldestr 4 79100 Freiburg gerhard boenecke forst bwl de EckhardHaubrich Michael Koser Umweltwirtschaft GmbH Friolzheimer Str 3 70499 Stuttgart uwstuttgart umweltwirtschaft uw de michael koser uw d de
63. 0069 42 38 23 5 2 0 000069 3 0 000069 0 000069 P1 1 100 1 24 111 0 312 0 235 0 137 0 000475 29 15 22 5 2 1 28 111 0 312 0 235 0 137 0 000475 3 1 58 111 0 356 0 268 0 156 0 000475 4 1 40 113 0 320 0 264 0 152 0 000231 5 1 15 323 0 342 0 295 0 147 0 000104 Ao Oberfl chenabfluss Schichttyp 1 Perkolationsschicht Rekultivierungsschicht FC US Feldkapazit t Field Capacity 8 7BAnhang Anhang 8 2 Eingabedaten der Wasserhaushaltsmodellierung Evapotranspiration Tag d km h relative Luftfeuchte Jahres 0 o Si SI SR 2 In 9 8 S Si F T T T a S5 3 75 sl SI SI RI 5 58 55 KEEN S F8 japs d da O z S Ss Kb 48 8 70 5 117 304 77 9 67 0 69 0 82 0 30 Kd 48 8 20 5 117 304 11 2 77 9 67 0 69 0 82 0 30 Ub 48 8 90 5 117 304 11 2 77 9 67 0 69 0 82 0 30 Ud 48 8 100 5 117 304 11 2 77 9 67 0 69 0 82 0 30 P1 48 8 24 5 117 304 11 2 77 9 67 0 69 0 82 0 30 Durchwurzelungstiefe mit mindestens Stufe W2 nach AG Bopen 1994 2 zuz glich kapillare Nachlieferung aus dem Unterboden 8 Anhang Anhang 8 3 Wassergehalt Wasserspannungskurven Uc4 Werte f r U Feld Ld4 Ua3 Wars WEST Ua4 Werte f r U Feld Ld3 hPa hPa hPa 1000 1000 1000 can lt x 330 H K EN K S H SA Le L 330 330 t D 100 D 60 Ki 100 100 60 d 6
64. 5 2 Durchwurzelung der vier Wurzelsperrenvarianten im Winter 2001 Fr hling 2002 Anteile in n gt 20 166 Einfluss der Sperren auf das Wurzelwachstum Die Kupfermatte wurde an Stellen wo Wurzeln von oben in das umh llende Geo textil eingewachsen waren mit einer Schere ausgeschnitten um festzustellen ob die Wurzeln auch die Kupferfolie und das darunterliegende Geotextil berwunden hatten siehe Bild 24 Nur in diesem Fall wurde die Sperre als vollst ndig durch drungen bezeichnet Abbildung 5 2 zeigt die Relation von eingedrungenen und nicht eingedrungenen Wurzeln in den vier Varianten der Wurzelsperren Es wird deutlich dass keine der getesteten Wurzelsperren v llig frei von eingewachsenen Wurzeln war Allerdings unterscheiden sich die Sperren gravierend in ihrer Wirksamkeit W hrend in die Variante Sand verdichtet nur ca 24 der gefundenen Wurzeln eindringen konnten sind es bei der Glassp itt Variante ber 57 In den Dr nbeton konnte fast die H lfte 47 der Wurzeln eindringen Die Linteco Wurzelsperrmatte aus gelochter Kupferfolie konnte das Wurzelwachstum von ca 55 der sie errei chenden Wurzeln in die Horizontale ablenken Es wurde eine Reihe von Wurzeln beobachtet die eine l ngere Strecke auf dem oberen Geotextil entlangwuchsen ohne in die Kupfermatte einzudringen siehe Bild 23 Andere Wurzeln konnten die Sperrschicht durchdringen nachdem sie einige Zentimeter auf dem oberen Geo textil der Matte entlang ge
65. 56 Sr i w n H 1 8 Pproctor ZEN 2 1 7 Sr E E D e 5 C 30 E u E C 0 8 P 16 Pa 1 W l E 1 5 a p gem I or En o E d Lef 5 14 4 20 E aa W J eo nH L SE Se SEN I i 1 3 l E z F 0 4 F oe l C 10 93 11 gt en 5 7 d C 0 1 0 9 u RSR E S 0 24 48 72 96 120 H IR 0 35 5 KN m Zeit Std ck Abbildung 4 2 Locker eingebautes Rekultivierungssubstrat zeitlicher Verlauf der Trockendichte der Gesamtporosit t des Wassergehaltes und des S ttigungsgrades w hrend eines Belastungsversuches Auflast o 35 5 kN m mit anschlie ender Bew sserung 32 Standsicherheit und Setzungsverhalten unverdichteter Rekultivierungsschichten Nach Abklingen der Lastsetzungen wurden die Proben bew ssert um das Sack ungsverhalten unter Niederschlagsinfiltration zu untersuchen Die Bew sserung erfolgte chargenweise bis das kapillare Halteverm gen berschritten war und Wasser unten aus der Probe austrat Die dabei eingetretenen Ver nderungen der Parameter sind aus Abbildung 4 2 ablesbar Der Wassergehalt stieg stufenweise an und n herte sich 26 zuf llig etwa dem nat rlichen Wassergehalt gleich entsprechend stieg die relative S tti gung gegen 85 w hrend die Befeuchtung eine Sackung der Probe bewirkte so dass pa weiter auf etwa 1 48 g cm entsprechend einer Abnahme von n auf ca
66. 9 9 7 91 Laststufe 5 o 6 94 kN m Versuchsk rper 1 Von OOS MMS Naturfeuchter Erdstoff 3 w 19 unbew ssert i Scherweg mm 10 40 80 120 160 20 Aufsetzen Kopfplatte WE lt Start Versuch 1 Laststufe 1 s 22 5 mm Ende Versuch 1 Laststufe 1 s 26 35 mm asterh hung s 35mmP Start Versuch 1 Laststufe 2 s 37 mm Ende Versuch 1 Laststufe 2 s 41 12 mm Ende Versuch 2 s 123 8 mm Ende Versuch 3 s 138 1 mm 140 Gesamtsetzung mm Abbildung 4 5 Arbeitslinien und Setzungsverhalten beim Abscheren im gro en Scherger t 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 37 40 t kN m O 120 x 120 cm ohne Wasserzugabe abgeschert O 120 x 120 cm nach W sserung abgeschert 30 20 10 un ep Scherkennlinien aus i 5 Rahmenscherversuchen 6 x 6 cm 0 0 10 20 30 40 50 60 o KN m Abbildung 4 6 Ergebnisse der Gro scherversuche im Vergleich mit den Resultaten aus klassischen Rahmenscherversuchen nach Abbildung 4 5 Im Endergebnis ist insgesamt bedeutsam dass die gemessenen Scherwiderst nde obwohl noch nicht bis zum Gr twert ausgesch pft s mtlich oberhalb der durch d gekennzeichneten Linie liegen Offensichtlich liefert die Festigkeit der Aggregate selbst im bew sserten Zustand einen ausreichenden Beitrag dass das mit Makroporen noch durchsetzte insgesamt naturgem nur teilges ttigte Sub stratgef ge en gros einen h heren Scherwiderstand als der Boden im was
67. Bauweise Einbinde Reihen Erh hung Maximale Bemerkungen bzw abstand der Stand B schungs Einbau der Wurzeltiefe sicherheit neigung Buschlage in cm cm bzw 1 gewachsenen 50 29 35 Alle Werte gelten f r 100 150 10 40 Boden 100 1 8 1 4 Busch Hecken und esch tteten 150 35 37 Heckenbuschlagen en 150 200 40 50 Boden 200 1 4 1 3 Einbindetiefe der Verbauung Bautiefe der Berme auf der die Lagen verlegt werden Wurzeltiefe erwartete Durchwurzelungstiefe im Endzustand waagerecht gemessen 3 Einbau wie in Abbildung 4 38 dargestellt 4 8 4 Aufgrabungen zur Untersuchung der Durchwurzelungstiefe Im Hinblick auf die statische Wirkung von Buschlagen ist f r die Anfangsstand sicherheit die Einbindetiefe relevant Die Endstandsicherheit wird sp ter durch die Wurzeltiefe bestimmt die ber die Einbindetiefe hinaus erreicht wird Die Durch wurzelungstiefe kann ber Aufgrabungen festgestellt werden In Leonberg und auf der Deponie Hasenholz bei Tuttlingen hier gibt es bis zu 6 Jahre alte in den Randdamm einer Erd und Bauschuttdeponie eingebaute Buschlagen wurden im Jahr 2001 Aufgrabungen durchgef hrt Die Ergebnisse liegen als Diplomarbeit vor M ncH 2001 SCHAARSCHMIDT 1974 geht nach seinen Untersuchungen davon aus dass in ge wachsenem wie in gesch ttetem Boden die mit Lagenbauten im Endzustand erreichbare Wurzeltiefe etwa der Gr e Einbindetiefe ca 50 cm entspricht ver
68. Behandlung beim Bodeneinbau ist in der derzeitigen Baupraxis nur schwer zu erreichen Vermutlich ist das gezielte Einbringen von Regenw rmern nach Abschlu einer Bauma nahme erfolgversprechender Positive Erfahrungen mit dem Aussetzen von Regenw rmern in regenwurmfreie B den wurden beispiels weise in neuseeland ndischen Gr nland von StockoiLL 1982 oder in neu ange legten niederl ndischen Poldern von HooGERKAMP 1983 gewonnen Prognose zur weiteren Entwicklung der Regenwurmpopulationen Die weitere Entwicklung der Regenwurmpopulation ist abh ngig von der Vermeh rung der wenigen derzeit vorhandenen Tiere und von der Einwanderung aus der unmittelbaren Umgebung der Versuchsfelder Die rekultivierten Fl chen in der Umgebung der Versuchsfelder weisen jedoch auch kaum Regenw rmer auf Zudem behindern Schotterwege und Betonrinnen die Migration Die unterschiedli chen kologischen Gruppen werden vermutlich verschieden reagieren e Die wenigen endog ischen Regenw rmer werden sich allm hlich vermehren Da die wichtigsten Arten wie Aporrectodea caliginosa und A rosea sich ber Parthenogenese fortpflanzen k nnen LEE 1985 ist eine Vermehrung auch bei geringer Populationsdichte m glich Diese wird jedoch eher langsam erfolgen weil zum einen die Nahrungsgrundlage humoser Oberboden nur wenig ent 20 Die einheimischen Regenw rmer ertrugen die von den Europ ern eingef hrte Weidenutzung nicht 112 Bodenleben wickelt i
69. Biomasse der Pflanzen Phytobiomasse Die Entwicklung des im Anschluss an die Erdbauarbeiten als Erosionschutz ges ten Winterweizens verlief sehr erfolgreich Einerseits konnte in Verbindung mit dem besonderen Oberbodenlockerungsverfahren siehe 4 2 2 der Abtrag von Ober boden wirkungsvoll verhindert werden andererseits waren bereits im Fr hjahr 2001 die Versuchsfelder fl chendeckend begr nt Der Weizen erreichte im Verlauf der Vegetationszeit in den Versuchsfeldern einen mittleren Deckungsgrad von ca 95 In geringem Umfang am Bestandesaufbau beteiligt waren vor allem noch folgende Arten aus der Ansaat Luzerne Steinklee Rotklee Weidelgras Knaulgras und Wiesenschwingel F r Wasserhaushaltsbetrachtungen und simulationen z B mit dem Computer modell HELP dient meist der Blattfl chenindex siehe 4 9 2 als Eingabegr e zur Charakterisierung der Vegetationsmerkmale Zwischen Blattfl chenindex und Evapotranspiration eines Pflanzenbestandes besteht eine positive Korrelation vergleiche 3 1 In der Praxis ist jedoch der Blattfl chenindex vor allem bei mehr stufig aufgebauten Waldbest nden nur sehr schwer und mit erheblichen Unge nauigkeiten zu messen Deshalb wird meist auf empirische Werte zur ckgegriffen z B LARCHER 1984 WALTER 1990 BAUMGARTNER amp LIEBSCHER 1996 siehe auch H TTER et al 1993 wenn Pflanzenbest nde charakterisiert werden sollen F r eine Wasserhaushaltsmodellierung ist diese Vorgehensweise hinreichen
70. Die Untersuchungsergebnisse bildeten die Grund lage der Vorgaben f r den Einbau im Feld und f r die Bewertung der Verfor mungen und der Standsicherheit in situ Haufwerksdichte Setzungs und Sackungsverhalten Die Trockenraumdichte des lockeren Aggregathaufwerkes wurde in den verschie denen Versuchen zu 1 0 lt pa lt 1 15 g cm bestimmt Gr enordnung der Porosi t t bein 60 Das Haufwerk wies demgem in reichlichem Umfang Makro poren auf die f r den Lufthaushalt und die Durchwurzelbarkeit besonders wichtig sind 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 31 Stellvertretend wird das Verhalten des locker gesch tteten Substrates unter einer Belastung von 35 kN m und anschlie ender Bew sserung anhand von dometer versuchen beschrieben Abbildung 4 2 Wie an den aufgetragenen Werten zu Versuchsbeginn zu erkennen ist lag hier die Ausgangstrockendichte bei pa 1 05 g cm entsprechend n 60 der Ausgangswassergehalt bei etwa w 13 w hrend der Lagerung des Materi als bis zum Einbau hat der Wassergehalt somit von urspr nglich 23 bis 25 durch Verdunstung messbar abgenommen und der relative S ttigungsgrad bei S 26 Unter den relativ geringen Belastungen die in Anlehnung an die kleinen Auflast spannungen in der 2 bis 3 m dicken Substratschicht im Feld mit omax 35 kN m gew hlt wurden nahm die Trockendichte nur begrenzt zu n mlich allein unter Last bis gegen pa 1 18 g cm n
71. Die Wurzelsperren Versuchsfelder wurden mit diesen Varianten auf die in Kapitel 2 beschriebene Weise aufgebaut 162 Wasserhaushalt der Versuchsfelder 5 2 Wasserhaushalt der Versuchsfelder Bei den ersten Aufgrabungen zur Untersuchung der Wirkung der vier Wurzelsper ren Varianten im September 2000 fiel auf dass der Boden Rekultivierungsschicht ber den verschiedenen Sperren unterschiedlich feucht war Diese Feststellung wurde zum Anlass genommen die Bodenfeuchte ber den Wurzelsperren einge hender zu betrachten Hierzu wurden in jedem Testfeld zwei Sensoren zur Bestimmung des Bodenwassergehaltes TDR Methode siehe 4 5 1 in 5 und 30 cm Abstand zur Wurzelsperre d h in ca 20 und 45 cm Bodentiefe installiert und in unregelm igen Intervallen abgelesen Der Wassergehalt der Bodenoberfl che konnte bei Bedarf begleitend mit einem TDR Einstichsensor gemessen werden Wassergehalt Vol 38 0 36 0 S 5 R 34 0 gt HK K 32 0 Kx 30 0 e x A 8 8 O A A s o S e o v w e v z e 28 0 5 g 3 gt 26 0 ei 8 S 3 8 o x S 3 S amp 8 2 S A S ZS Bodenoberfl che 30 cm ber Sperre 5 cm ber Sperre Kupfermatte Mittel o Dr nbeton A Sand verdichtet Glassplitt O Abbildung 5 1 Wassergehalt des Bodens ber den Wurzelsperren Testfeld Freiburg in der Zeit von Dezember 2000 bis Mai 2001 In Abbildung
72. Im Bauablauf wird daher eine kurzfristige Pr fung der angedienten B den und eine schnelle Freigabe zur Anlieferung gefordert sein Hieraus ergeben sich Konsequenzen wenn Rekultivierungsschichten mit definierten Bodeneigenschaften erstellt werden sollen So sollten beispielsweise Versuche zur Ermittlung der Schereigenschaften f r typische und in Baden W rttemberg verbreitete Substrate Referenzb den im Voraus durchgef hrt werden um den Untersuchungsaufwand bei der Bauaus f hrung zu minimieren 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 49 4 2 2 Bodeneinbau Oberbodenlockerung und Erosionsschutz 4 2 2 1 Bodeneinbau Einbauverfahren Das konventionelle Verfahren zur Herstellung von Rekultivierungsschichten ist das lagenweise Einschieben des Bodens von der B schungsoberkante aus mit nachfol gender Verdichtung der Oberfl che einer jeden Lage siehe Abbildung 4 12 W hrend dieses Verfahren wegen seiner Verbreitung in der Baupraxis auch f r den Bau des K Feldes die gew hlt worden war wurden in der Planungsphase der Versuchsfelder f r die Variante unverdichteter Einbau Feld U mehrere Verfahren diskutiert Tabelle 4 2 Tabelle 4 2 Verfahren f r den unverdichteten Einbau von Rekultivierungsschichten Aufwand Verdichtung Transportband Absetzer hoch praktisch keine Teleskopbagger hoch praktisch keine Einschieben mit leichter Raupe geringer im Oberboden Der Einbau mit einem Abse
73. Insgesamt waren im K Feld 66 der Zitterpappeln gesch digt oder abgestorben im U Feld 45 10 4 Im EEE 34 0 32 1 I EEE SE 54 2 1 Wm en P i 35 4 M mm mm er Wm K Feld Juli 2001 U Feld E EEE MMMM MMMM E abgestorben 2 gesch digt E vital _ im u 5 K Feld U Feld Abbildung 4 35 Vitalit t der Zitterpappeln auf den Lysimeterfeldern im Juli 2001 links Anteile der Vitalit tsstufen rechts Verteilung auf den Versuchsfeldern L cke fehlen des B umchen 22 Sch den die auf u ere Einwirkung Fegen Verbiss zur ckzuf hren waren wurden hierbei nicht ber cksichtigt 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 125 Die Verteilung der Vitalit tsstufen Abbildung 4 35 rechts in den Fl chen ist rela tiv geichm ig jedoch nicht regellos Gesch digte und abgestorbene B ume treten nicht geh uft an bestimmten Stellen auf C uster KENT amp COKER 1992 so dass kleinfl chige Innomogenit ten z B punktuelle Verdichtungen als Einfluss faktoren ausgeschlossen werden k nnen Es f llt jedoch auf dass sich das Vor kommen abgestorbener und gesch digter Pappeln im K Feld auf das obere Drittel der B schung konzentriert Im Gegensatz dazu ist die Verteilung vitaler B ume im U Feld gleichm iger Die aufgrund des Einbauverfahrens in beiden Testfeldern erh hten Bodendichten im oberen B schungsabschnitt siehe 4 3 1 wirken sich anscheinend nur im
74. Jahr 2001 noch keine ma gebliche Wirkung auf den Wasserhaushalt entfalten konnten Zur Berechnung l ngerer Zeitreihen und zum Erstellen von Prognosen muss die Vegetationssukzes sion Waldentwicklung jedoch ber cksichtigt werden Tabelle 4 18 Blattfl chenidices unterschiedlicher Bewuchsdichte im HELP Modell SCHROEDER amp BERGER 2001 Bewuchs LAI BFI kein Bewuchs sp rlicher Grasbewuchs m iger Grasbewuchs guter Grasbewuchs ausgezeichneter Grasbewuchs B sche Der im Sommer 2001 auf den Lysimeterfeldern vorhandenen dichten Vegetations decke aus Winterweizen Kr utern der Ansaatmischung und sp rlichem Geh lz jungwuchs wurde f r alle Varianten ein LAI von 5 zugeordnet Tabelle 4 18 Der Einfluss unterschiedlicher Bestandesdichten auf die Modellierungsergebnisse wird 3 Die h here Geamtverdunstung von Wald ist weniger auf eine h here Transpirationsleistung der B ume als vielmehr auf die hohe Interzeptionsverdunstung zur ckzuf hren 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 149 in einem Simulationslauf mit einem Blattfl chenindex von 10 aufgezeigt siehe Tabelle 4 19 Ein weiterer wichtiger Parameter f r die Wasserhaushaltsberechnungen ist die Durchwurzelungstiefe Nach BERGER 2001 ermittelt sich die M chtigkeit der Ver dunstungszone aus der mittleren Durchwurzelungstiefe zuz glich des Bereichs in dem kapillare Nachlieferung aufgrund eines Saugspannungsgradienten aus dem Unterboden erfolge
75. Methode Time Domain Reflectrometry mit einem Messger tesystem TRASE Model 6050X1 gemessen Das System besteht aus fest im Boden installierbaren Messf hlern die mit einer Steckverbindung an der Bodenoberfl che mit dem Messger t verbunden und abgelesen werden k nnen Die Messf hler Dreistabsonden besitzen 20 cm lange Edelstahl Wellenleiter Die Messung erfasst vorrangig einen ringf rmig um den zentralen Wellenleiter angeordneten Bereich von ca 13 mm Durchmesser v WILPERT et al 1998 Bei einer L nge von 200 mm ergibt sich ein Bodenvolumen von nur 26 cm Die Messgenauigkeit h ngt somit entscheidend vom guten Kon takt zwischen Wellenleiter und umgebenden Boden ab Bodenverdichtungen durch das Einstechen der Sonden aber auch die Bildung von Luftspalten beim Austrock nen des Bodens f hren zu Ungenauigkeiten Laut Herstellerangaben SOILMOISTURE EQUIPMENT CORP 1996 betr gt die Messgenauigkeit 2 Vol W hrend unter Optimalbedingungen Messgenauigkeiten von ca 1 erreicht werden stellten v WILPERT et al 1998 bei in situ Messungen in steinigen B den Abweichungen von bis zu 14 Vol fest Die Wellenleiter in Leonberg wurden bei ausreichender Bodenfeuchte in das plastische weitgehend steinfreie Substrat horizontal in Profiiw nde eingeschoben so dass gr ere Messfehler nicht zu erwarten sind Lediglich im Oberboden kann es durch Austrocknung zur Spaltenbildung im Umfeld der Wellenleiter kommen Der mit dem TDR Verfahren gem
76. Nov Dez Jan Feb Mrz Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz 25 cm 50 cm 85 cm 135 om Abbildung 4 29 Temperaturverlauf in den Lysimeterfeldern von Juni 2001 bis M rz 2002 zur Lage der Messpunkte siehe Abbildung 2 3 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 95 Im Vergleich zu einer Messstelle der Universit t Hohenheim 18 km s d stlich von Leonberg 100 H henmeter tiefer gelegen sind die Bodentemperaturen in den Lysimeterfeldern auf der Deponie Leonberg etwas niedriger Tabelle 4 7 dies erkl rt sich durch den H henunterschied Eine deutliche Erw rmung des Bodens aufgrund der Umsetzungsprozesse im M llk rper war somit nicht festzustellen Tabelle 4 7 Vergleich der Bodentemperatur von Leonberg und Hohenheim Lysimeterfelder Hohenheim 500 m NN 400 m NN Tiefe cm 25 55 85 135 20 50 100 Temperatur C 12 3 12 5 12 9 13 4 43 7 13 5 13 7 Durchschnitt der Messtage von Juni Dezember 2002 1 5 Uc Kc 1 1 0 Gi I 5 0 5 be So 0 0 E 07 a 0 0 5 1 0 1 0 1 5 1 5 E KZG AE E EE Te Zero Se Ba Tr Se E E EC A FEELT EI RI Ept E FETTE Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz gt 85cm 7 135 cm Abbildung 4 30 Temperaturdifferenz zwischen U und K Feld Um Unterschiede zwischen den Messstellen deutlicher hervorzuheben k nn
77. Peter Wattendorf Werner Konold und Otto Ehrmann Hrsog Gestaltung von Rekultivierungsschichten und Wurzelsperren Andreas Bieberstein Gerhard B necke Josef Brauns Otto Ehrmann Eckhard Haubrich Werner Konold Michael Koser Holger Reith Helmer Schack Kirchner Peter Wattendorf Culterra Schriftenreihe des Instituts f r Landespflege der Albert Ludwigs Universit t Freiburg 32 2003 Die Deutsche Bibliothek CIP Einheitsaufnahme Peter Wattendorf Werner Konold und Otto Ehrmann Gestaltung von Rekultivierungsschichten und Wurzelsperren Freiburg i Br Institut f r Landespflege 2003 Culterra 32 ISBN 3 933390 19 2 ISSN 1435 8506 ISBN 3 933390 19 2 Bezugsadesse Institut f r Landespflege Albert Ludwigs Universit t Sekretariat 79085 Freiburg Verlag des Instituts f r Landespflege der Universit t Freiburg Prof Dr Werner Konold Tennenbacher Str 4 79106 Freiburg im Breisgau Alle Rechte vorbehalten dies gilt insbesondere f r Vervielf ltigungen ber setzungen Mikroverfilmungen und Einspeicherung in elektronische Datenverarbei tungssysteme Vorwort Bis vor wenigen Jahren wurde der Rekultivierungsschicht von Deponien selbst im besten Fall nur mit Blick auf die Begr nung der Deponieoberfl che oder die Wie dereingliederung des Deponiebauwerks in die umgebende Landschaft Beachtung geschenkt Wenngleich diese Funktionen bei der Rekultivierung ehemaliger Depo nien und Altlasten
78. Sensitivit t der Bodentemperatur gegen ber der Lufttemperatur mit zunehmender Tiefe d h je tiefer im Boden desto flacher die Regressionslinie Wir verwenden bei den folgenden Auswertungen die mittlere Temperatur der letzten 4 Tage als relatives Sch tzma f r die Bodentemperatur KONTROLLE UNVERDICHTET Bodenfeuchte vol pF log hPa Bodentiefe em 3Min Abbildung 4 20 Feld pF Kurven als lineare Beziehung zwischen Bodenfeuchte TDR Messung und Wasserspannung Tensiometrie Problematischer gestaltet sich die Sch tzung der Wasserversorgung aus den Glo balvariablen da die Niederschlagsmenge in Abh ngigkeit von der Witterung der Jahreszeit und der Vorgeschichte ausgetrockneter bzw bereits ges ttigter Boden unterschiedlich auf den S ttigungsgrad des Bodens wirkt Daher wird beim Ver gleich der Bodenwasserparameter auf die einzelnen Punktmessungen zur ckge griffen Alternativ k nnte mit Hilfe eines Speichermodells aus den Niederschlags daten und
79. Voraussetzungen der BRD sinnvoll bzw m glich Abfallwirtschaft in Forschung und Praxis Band 103 15 40 Berger K 1999 Validierung und Anpassung des Simulationsmodells HELP zur Berechnung des Wasserhaushalts von Deponien f r deutsche Verh lt nisse Hrsg Umweltbundesamt 557 S Berlin Bieberstein A G B necke J Brauns O Ehrmann E Haubrich W Konold M Koser H Reith amp P Wattendorf 2001a Untersuchungen zur Gestal tung von Rekultivierungsschichten Teil 1 Fragestellung Aufbau der Versuchsfelder in Maier Harth U Hrsg Oberfl chenabdichtungen und Rekultivierung von Deponien 4 Deponieseminar des Geologischen Landesamtes Rheinland Pfalz 295 298 Bieberstein A G B necke J Brauns O Ehrmann E Haubrich W Konold M Koser H Reith amp P Wattendorf 2001b Untersuchungen zur Gestal tung von Rekultivierungsschichten Teil 2 Standsicherheit und boden physikalische Eigenschaften in Maier Harth U Hrsg Oberfl chen abdichtungen und Rekultivierung von Deponien 4 Deponieseminar des Geologischen Landesamtes Rheinland Pfalz 299 302 BLW Bayerisches Landesamt f r Wasserwirtschaft 1990 Geh lze auf Deichen Informationsberichte Bayer Landesamt f r Wasserwirtschaft 5 89 102 S M nchen BMU Bundesministerium f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit Hrsg 2001 Hydrologischer Atlas von Deutschland Bonn 7 Literatur 175 B necke G 1994 Forstwirtschaftliche Be
80. ahlung 144 Wasserhaushaltsmodellierung Naturgem ergeben sich bei den t glichen Niederschlagssummen deutlichere Abweichungen als bei der Temperatur da Niederschl ge auch kleinr umig diffe renziert auftreten k nnen Verst rkt werden die Unterschiede durch Ausf lle der Klimastation auf der Deponie die bei den Monatssummen st rker ins Gewicht fallen als bei den Monatsmittelwerten der Temperatur Ausfallzeiten aufgrund technischer St rungen traten vor allem in den Monaten Juli und August 2001 auf Auf der Deponie wurden 2001 insgesamt 750 mm Niederschlag registriert die DWD Station Renningen verzeichnete dagegen 852 mm Demgem waren auch die in Renningen gemessenen Monatssummen meist h her Das gilt vor allem f r November wo mit 30 mm der gr te Unterschied zu verzeichnen war Dieser ist jedoch nicht durch Ausfallzeiten der Klimastation auf der Deponie begr ndet vielmehr durch eine Reihe von Einzelereignissen mit relativ geringen Nieder schl gen und Differenzen von bis zu 3 mm d zwischen den Stationen 150 20 o 120 SS EI 15 d E 2 90 10 gt be 2 5 60 5 3 S b O Ga Z m z 30 GG Je o E CB Wu 0 u _ d 5 II III IV V VI VIL VII IX X xl XII Niederschlag Deponie 2001 HH Niederschlag DWD 2001 e Temperatur Deponie 2001 e Temperatur DWD 2001 Abbildung 4 39 Monatssummen der Niederschl g
81. and 2 Waldklima und Wasserhaushalt 402 S Frankfurt Main Moritz R 1997 Ertr ge messen oder sch tzen Top Agrar 5 97 78 81 M ller W amp August H 1997 Abdichtungen mit Kunststoffdichtungsbahnen f r die Oberfl che von Deponien Abfallwirtschaft in Forschung und Praxis Band 103 S 49 58 M nch C 2001 Ingenieurbiologische Verfahren bei der Rekultivierung von Deponien eine Untersuchung zum Buschlagenbau anhand von zwei Fallbeispielen Diplomarbeit am Institut f r Landespflege der Forst wissenschaftlichen Fakult t der Albert Ludwigs Universit t Freiburg 111S Murach D L Ilse F Klaproth A Parth amp H Wiedemann 1993 Rhizotron Experimente zur Wurzelausbreitung der Fichte Forstarchiv 64 191 194 7 Literatur 181 Neumann U 1971 M glichkeiten der Rekultivierung von M lldeponien M ll und Abfall 1 15 18 Neumann U 1981 Anleitung zur Rekultivierung von Deponien Teil Il Texte des Umweltbundesamtes 13 81 Teil II 103 S Berlin Neururer H 1997a Pr fung der LINTECO Wurzelschutzmatte unv Gutachten 3 S Anhang Wien Neururer H 1997b Pr fung der LINTECO Wurzelschutzmatte im Freien unv Gutachten 4 S Anhang Wien Polomski J amp N Kuhn 1998 Wurzelsysteme 290 S Bern amp Stuttgart Proksch W 1990 Lysimeterauswertungen zur fl chendifferenzierten Ermittlung mittlerer Grundwasserneubildungsraten Bes Mitt zum Deutschen Gew sserkundlichen Jah
82. andard Rahmenscherversuche an zur Flie grenze aufbereitetem Material haben einen Winkel der Gesamtscherfestigkeit von A 30 ergeben SCHLUFFKORN SANDKORN KIESKORN mittel mittel Trocken Wasser ie Ausroll Plastizi Konsi dichte gehalt grenze t tszahl stenzzahl Pa g cm RB TL weich 1 60 e TM steif in der Gesamtmasse Bezeichnung Massenanteil a mit Korndurchmesser lt d Siebe nach DIN gt 0 063 0 125 0 25 0 5 1 2 4 8 16 31 5 63 0 001 0 002 0 006 0 01 0 02 0 06 0 1 0 2 06 1 2 6 10 20 60 100 Korndurchmesser d mm Abbildung 4 1 Kenngr en rtlich verf gbarer und untersuchter L lehme Das Sch ttmaterial dessen Aggregate Gr e bei max 32 mm im Ausgangszu stand eine Trockendichte um pa 1 6 g cm entspricht ca 0 9 gt Pproctor und einen Wassergehalt im Bereich w 23 bis 25 deutlich ber Wproctor 17 aufwiesen wurde in m glichst lockerer Sch ttung sowohl in einem Gro dometer Durchmesser 51 cm als auch in einem gro ma st blichen Rahmenscherger t Probengr e b l d 1 2 m 1 2 m 0 4 m auf das Setzungsverhalten unter Last das Sackungsverhalten unter Befeuchtung und das Scherverhalten unter geringen Auflasten untersucht
83. as Bild wurde auf grund eigener Erfahrungen und Kennt nisse aus der Literatur gezeichnet Epig ische Arten 1 sind durchgehend dunkel gezeichnet bei anezischen 4 7 ist nur das Hinterteil hell wohingegen von den endog ischen Regenw rmern 5 6 8 nur die Umrisslinien gezeichnet sind Epig ische Regenw rmer leben meist an der Bodenoberfl che die endog ischen im Oberboden Anezische Regenw rmer kommen zur Paarung und Nahrungsauf nahme an die Bodenoberfl che k nnen sich aber tief in den Unterboden zur ck ziehen Die Zahlen neben den Regen w rmern verweisen auf Darstellungen der Tiere auf Bildern dieser Tafel Bild 7 Lumbricus terrestris am unteren Ende seiner Wohnr hre in 130 cm Tiefe Vom Tier ist nur die Kopfspitze zu sehen der K rper ist noch in der R hre deren Ende bis ins Stauwasser reicht Das Tierkann sich lange im Wasser aufhalten wenn ausreichend Sauerstoff darin gel st ist Die R hre hebt sich aufgrund der dunklen Humustapete deutlich von der umgebenden Bodenmatrix ab 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten Bildtafel C Beispiele zu kologischen Gruppen von Regenw rmern Bild 2 Zwei anezische Lumbricus terrestris bei der Paarung an der Bodenoberfl che Die Regenw rmer tauschen bei der Paarung Sperma aus die Eizelle wird jedoch erst bei der Kokonbildung befruchtet Die Tiere bleiben bei der Paarung mit dem Hinterende in der R hre bei St rungen k nnen sie sich
84. aten Unter Ber cksichtigung der genannten Sachver halte wurden die betreffenden vertikalen Verschiebungsanteile die aus den Ver formungen des Deponiek rpers stammen ermittelt und von den gemessenen Ver schiebungen der Testfeldoberfl che abgezogen Diese korrigierten Daten sind in den Diagrammen von Abbildung 4 8 aufgetragen Der Vertikalanteil der sich aus den Horizontalverschiebungen eines Punktes an der B schungsoberfl che ergibt und nicht der Setzung der Schicht zuzuschreiben ist wird in den Diagrammen durch die entsprechend der B schung geneigten Linien ber cksichtigt korrigierte On i mo lem u o em Verformungs 0 verl ufe bzw DS Setzungen 0 cf 0 45 20 44 20 cm 20 20 em em em Abbildung 4 8 Ergebnisse der Verschiebungsmessungen um die Setzungsanteile des Deponiek rpers korrigierte Ergebnisse der Vermarkungsmessungen Die ermittelten Setzungen der Rekuschicht betragen somit zwischen ca 12 cm oben und ca 20 cm Mitte Die geringeren Setzungen im oberen Bereich resul tieren aus der verfahrens bzw herstellungsbedingten gr eren Einbaudichte Die dargestellten Verl ufe zeigen noch deutlicher dass die Verschiebungen im wesent 42 Standsicherheit und Setzungsverhalten unverdichteter Rekultivierungsschichten lichen innerhalb des ersten Messintervalls eingetreten sind Eine Ausnahme bilden hier allerdings die beiden mittleren Vermarkungen Unter der Annahme dass im Zeitraum zwischen der Fer
85. aum und an der Donau 592 S SEIFFERT P SCHWINEK PER K amp KONOLD W 1995 17 Analyse und Entwicklung von Kulturlandschaften Das Beispiel Westall g uer H gelland 456 S Bezugsadresse Institut f r Landespflege Telefon 0761 2033637 Tennenbacher Str 4 Fax 0761 2033638 79085 Freiburg im Breisgau Email Ipflege landespflege uni freiburg de
86. bau die f r Regenw rmer g nstigere Variante ist aber aus den zuvor genann ten Gr nden k nnen die gefundenen Unterschiede auch Zufall sein Die im Testfeld festgestellte Regenwurmbiomasse geh rt mit zu den niedrigsten in Baden W rttemberg bisher festgestellten nur ein flachgr ndiger Nadelforst im Tauberbischofsheimer Trockengebiet wies hnlich niedrige Werte auf EHRMANN et al 2002 Tabelle 4 11 Biomasse der Regenw rmer im Versuchsfeld Leonberg alle Angaben in Gramm Frischmasse je m kologische Gruppe epig isch endog isch anezisch Summe K U K U K U IK U angeliefert Herbst 2000 10 7 9 5 3 3 23 5 Annahme berlebensf hig 0 8 0 7 0 2 1 8 Fang im Fr hjahr 2001 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 Fang im Herbst 2001 0 0 1 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 Fang im Fr hjahr 2002 0 0 00 1 0 0 23 0 0 0 0 0 0 2 3 amp von Standorten mit hnlicher K rnung L ss in Ba W 7 102 157 266 a Gr nland b Wald 7 30 29 66 Annahme nur nicht schwer verletzte Regenw rmer in der Tiefe 0 50 cm berleben F r den Populationszusammenbruch nach dem Bodeneinbau sind vermutlich mehrere Faktoren verantwortlich e Verletzungen der Regenw rmer beim Aus und Einbau des Bodens 65 der Regenw rmer waren nach der Umlagerung verletzt so dass ein berleben un wahrscheinlich war e Tiefes Vergraben der Regenw rmer bei gleichzeitigem Verdichten des Bode
87. ben tats chlich wurden die Gasproben alle am gleichen Tag gezogen Als durchgezogene Linie sind zur Orientierung die Lufttempera turen dargestellt 82 Bodenluft In Abbildung 4 21 sind die Zeitreihen der CO gt Konzentrationen in den verschiede nen Entnahmetiefen getrennt f r die Behandlungen dargestellt Zur Orientierung ist zus tzlich die Lufttemperatur eingezeichnet Man erkennt die grunds tzliche Abh ngigkeit der CO Konzentration von der Temperatur Auf beiden Fl chen ist an allen Terminen eine stetige Zunahme der COz Konzentration mit der Tiefe gegeben Dies zeigt dass bis unter 85 cm Bodentiefe respiratorische Aktivit t stattfindet In Abbildung 4 22 sind die Gesamtmittelwerte der Messungen dargestellt Behand lungsunterschiede treten vor allem in der Tiefe 135 cm auf mit deutlich h heren Werten bei der Kontrollvariante Die beobachteten Unterschiede k nnen jedoch in dieser Tiefe wegen fehlender Wiederholungsmessung nicht statistisch berpr ft werden Die klarste Differenzierung jedoch mit dem Wilcoxon Test ebenfalls nicht sicherbar zeigt die Tiefe 85 cm hier liegen die CO gt Werte der unverdichteten Variante an beiden Entnahmepunkten h her als bei der Kontrolle jodentie Ea em SE Abbildung 4 22 CO Konzentration getrennt nach Variante und Bodentiefe gemittelt ber Entnahmedatum und ggf Wiederholung Abbildung 4 23 u
88. bgesch tzt aus Setzungsbeobachtungen am S dhang der Deponie Hochwerte m 900 905 910 915 920 925 930 935 Rechtswerte m Abbildung 4 7 Ergebnisse zum Sackungs und Verformungsverhalten aus den Beobachtungen der Vermarkungen Zur Beurteilung des Setzungs und Verformungsverhaltens des unverdichtet gesch tteten Rekultivierungssubstrats wurden insgesamt sechs Vermarkungen je 40 Standsicherheit und Setzungsverhalten unverdichteter Rekultivierungsschichten zwei in drei H henlagen auf dem Testfeld eingerichtet vergleiche Abbildung 2 3 und Lageplan in Abbildung 4 7 Die Darstellung der gemessenen Verschiebungs verl ufe erfolgt jeweils als Mittelwert der jeweiligen H henlage Die Vermarkungen wurden seit Januar 2001 bislang insgesamt acht mal in zwei monatigem Turnus geod tisch eingemessen In Abbildung 4 7 sind im mittleren Bereich ein Schnitt durch das Testfeld mit der Lage der Vermarkungen und die Oberfl che des Testfeldes zu Beginn der Messungen sowie zum Zeitpunkt der letzten ber cksichtigten Messung April 2002 eingetragen Die Verformungen die sich im Zeitraum zwischen der Fertigstellung des Testfeldes Dezember 2000 und der Einrichtung der Vermarkungen erste Messung bereits eingestellt hatten k nnen lediglich grob abgesch tzt werden und w ren dem Endwert noch zuzu schlagen In Abbildung 4 7 oben sind die gemessenen Verschiebungsverl ufe im Detail dar gestellt Da die Fallinie der B schung im Grundri
89. bstufung der Trockenraumdichten beispielhaft in je zwei Profilen im Januar 2001 zwei Monate nach dem Bodeneinbau und der Lockerung des Oberbodens Die Dichten der Rekultivierungssubstrate beim unver dichteten Einbau U Feld sind mit einer Ausnahme als mitte pa 1 45 1 65 g cm die im verdichteten Kontrollfeld K durchweg als hoch 1 65 1 85 g cm einzustufen Die relativ hohe Dichte der Substrate im U Feld ist darauf zur ckzu f hren dass der Boden auch urspr nglich sehr kompakt gelagert war so betrug pa Im Entnahmezustand ca 1 56 1 58 g cm Es ist erkennbar dass im unverdichteten Einbau die Trockenraumdichte mit der Tiefe nicht zu sondern eher abnimmt In allen Tiefen sind die unverdichtet einge bauten Substrate lockerer gelagert als die Kontrollvariante Die im unteren Bereich der B schung situierten Profile Ua und Ka weisen aufgrund der geringeren Befah rungsh ufigkeit meist auch absolut niedrigere Dichten auf als das im oberen Drit tel gelegene Vergleichspaar Uc Kc Die Dichte des Substrates der U Variante liegt mit Ausnahme einer Tiefenstufe durchweg unterhalb der Materialdichte im Ent nahmezustand d h es wurde im Zuge des Einbaues eher aufgelockert als ver dichtet Dies gilt vor allem f r den Unterboden 6 nach AG Bopen 1994 61 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 1 1 1 l Be nen EIN e See ei ER EE E EE Be ae re EE E Ee EE EE EES OO l l l 1 GE X H
90. chanisch als auch physiologisch beeintr chtigt 4 2 2 2 Oberbodenlockerung und Erosionsschutz Oberbodenlockerung Es war zu erwarten dass die oberfl chennahen Verdichtungen durch den Einbau im Zeitraum von mehreren Jahren auf nat rlichem Wege durch Regenw rmer Wurzelentwicklung und Gef gebildung aufgel st w rden Um jedoch g nstige Bedingungen f r die Vegetationsentwicklung auf den Versuchsfeldern zu schaffen und gleichzeitig die am unbewachsenen Hang mit geringer Infiltrationskapazit t nicht unerhebliche Erosionsgefahr sofort zu verringern musste die oberfl chliche Bodenverdichtung direkt im Anschluss an den Bodeneinbau mit technischen Mitteln aufgehoben werden In Tabelle 4 3 sind einige Methoden der Oberbodenbearbeitung zusammenge stellt Die Verfahren 1 3 sind in der Rekultivierungspraxis blich 4 und 5 wurden als Alternativen diskutiert 1 Fr sen hat den Vorteil dass in einem Arbeitsgang der Boden gelockert und Kompost gleichm ig eingearbeitet werden kann Allerdings sollten nur relativ trockene B den gefr st werden sonst entsteht unterhalb der Arbeitstiefe eine Fr ssohle mit m glicherweise ung nstigerer Wirkung als die Verdichtungen durch das Befahren Dies ist vor allem dann der Fall wenn zu feuchter Boden gefr st wird Zudem ist die Bodenoberfl che nach dem Fr sen relativ eben und der Boden wird in kleine Aggregate zerschlagen und kann leicht verschl ammen 2 Das Durchziehen des Bodens mit den Z hnen
91. chtet 85 2 135 1 14 Messausr stung Chrompack CP2002 Mikro GC mit Haye Sep A S ule und W rmeleitf higkeitsdetektor Bei Abweichung zwischen den Wiederholungsmessungen von mehr als Faktor 1 1 bzw bei Absolutab weichungen gt 0 1 Vol CO erfolgte eine weitere Kontrollmessung 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 79 Die Gassammelfl schchen wurden fr hestens nach 14 Tagen gewechselt Durch diesen zeitlichen Abstand ist sichergestellt dass auch bei sehr gasundurchl ssigen B den die Atmosph re im Fl schchen einer Bodengleichgewichtsatmosph re ent spricht Es konnte daher auf die Helium Sp lung der Gassammelgef e verzichtet werden Die an den ersten 3 Terminen gemessenen Konzentrationen zeigten im Laufe der Messreihe eine drastische durch kologische Zusammenh nge nicht plausibel zu erkl rende negative Abweichung von den Messungen der Folgezeit so dass eine gemeinsame Auswertung nicht sinnvoll ist Ursache der Abweichung ist mit gro er Wahrscheinlichkeit ein unsachgem es Verschlie en der B rdelkappen der Gas ampullen mit der Folge dass Fehlluft eindringen konnte und die Bodenatmosph re verd nnte Die Auswertungen im Folgenden beziehen sich daher nur auf den Zeitraum Mai 2001 bis M rz 2002 9 Sammeltermine KONTROLLE UNVERDICHTET I CR rn e 088 S eis 2 E z S mittlere Lustemperasur der letzt 1 Tage
92. d So einfach ist der Sachverhalt aber nicht Es gibt fundamentale Unterschiede zwischen den unterschiedlich alten Rekultivierungen e ltere Rekultivierungen wurden eher ungeplant ausgef hrt die verwendeten Materialen sind heterogener und B den wurden wenn berhaupt nur stel lenweise verdichtet Diese Heterogenit t ist g nstig f r Regenw rmer denn zumindest kleinr umig hatten sie g nstigere ber Lebensbedingungen und konnten von dort aus dann die Fl che besiedeln e Weiterhin wurde fr her auf das Einarbeiten von Kompost verzichtet Gro e Mengen von Kompost im Boden f hren wegen der leichten Umsetzbarkeit die ser relativ jungen organischen Substanz in den meist eher schlecht durchl f teten B den zu einer starken Sauerstoffzehrung Deshalb k nnen Regenw r mer diesen Bodenbereich nicht aufsuchen Damit haben sie keine R ckzugs 21 Weitere Testgrabungen an verschieden Stellen zeigten dass es eine extrem kleine Popuilation gibt diese wird jeodch mit der blichen Fangfl che nicht erfasst 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 117 m glichkeit bei Frost oder Trockenheit und den tiefgrabenden Arten fehlt der Lebensraum an sich Falsch eingebauter Kompost ist also kein Regenwurm futter sondern Regenwurmgift solange die Umsetzungsprozesse nicht abgeschlossen sind e Zus tzlich ist in Leonberg die Exposition der lteren Rekultivierungen g nstiger f r Regenw rmer denn sie liegen a
93. d genau Sie ist jedoch nicht zielf hrend wenn die Best nde der beiden Versuchsfelder mit einander verglichen werden sollen Aus diesem Grund wurde als Vergleichsma die oberirdische Biomasse Phytobiomasse herangezogen da sie mit vertret barem Aufwand sehr genau gemessen werden kann MoRITZ 1997 Die oberirdische Biomasse der Pflanzenbest nde auf den Testfeldern wurde im Juli 2001 ermittelt Das Vorgehen beim Gewinnen des Probematerials sowie die Trock nung bei 80 C zur Berechnung der pflanzlichen Trockenmasse folgt den Metho denvorgaben von JANETSCHEK 1982 In jedem Versuchsfeld wurde auf vier Probe parzellen von je 1 m Gr e der gesamte Pflanzenbestand direkt ber dem Boden abgeerntet Die Probeparzellen a bis d waren auf H he der Messstationen siehe Abbildung 2 3 im B schungsverlauf angeordnet Parzelle a am B schungsfu Parzelle d am Oberhang Tabelle 4 14 Oberirdische Phytobiomasse Trockenmasse auf je vier Probefl chen der Testfel der U und K im Juli 2001 g m a b c d Summe Mittelwert K 1159 0 1558 0 1273 0 1387 0 5377 0 1344 3 U 1539 0 1577 0 1387 0 1843 0 6346 0 1586 5 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 123 Wie Tabelle 4 14 zeigt unterscheiden sich die Trockenmassen mit durchschnittlich 1587 g m im U Feld und 1344 g m im K Feld zwar nicht erheblich sie sind jedoch in Testfeld U in jeder der vier Probeparzellen gr er als im Kontrollfeld mit konventi
94. d h nach Erreichen der maxi malen Durchwurzelungstiefe davon auszugehen dass die Rekultivierungsschicht in sich standfest ist F r die Gesamtstandsicherheit einer Deponieb schung ma gebende Gleitfugen sind in diesem Fall unterhalb der Rekultivierungsschicht zu erwarten Unter den drei m glichen Varianten Buschlage Heckenlage und Heckenbuschlage ist bei der Rekultivierung den beiden letztgenannten Bauweisen der Vorzug zu ge ben Bei der zus tzlichen Verwendung bewurzelter Geh lze kann auf ein breiteres Artenspektrum zur ckgegriffen werden Auf diese Weise wird den jeweiligen stand rtlichen Verh ltnissen besser Rechnung getragen 142 Wasserhaushaltsmodellierung 4 9 Wasserhaushaltsmodellierung P WATTENDORF Die Simulation des Wasserhaushalts von Deponie Oberfl chenabdichtungen oder einzelner Komponenten mit Hilfe von Computer Modellen ist ein heute weit ver breitetes Verfahren zum Vergleich von Aufbauvarianten oder zur Optimierung von Dichtungssystemen Grunds tze zum Einsatz dieses Verfahrens sind in GDA Empfehlung E 2 30 DGGT 1998 zusammengestellt Modelle berechnen die komplexen Wechselwirkungen zwischen den Gliedern der Wasserhaushaltsbilanz und Einflussfaktoren siehe 3 1 in vereinfachter Weise realit tsnah und k nnen somit eine im Gegensatz zur klimatischen Wasser bilanz verbesserte Absch tzung der Durchsickerung der Rekultivierungsschicht liefern Allerdings bedeutet realit tsnah nicht di
95. dankt Frau S Doerk sorgte mit H chstgeschwindig keit f r die Schlusskorrekturen auch Ihr danken wir herzlich Der nicht in Rechnung gestellte Informationspreis betr gt 970 30 Inhalt Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1 1 Ausgangslage Motivation f r das Vorhaben 1 1 2 Aufgabenstellung 4 1 3 Zusammensetzung der Arbeitsgruppe 4 2 Versuchsanlagen und Untersuchungsprogramm 6 2 1 Vorgehensweise 6 2 2 Gestaltung von Rekultivierungsschichten 7 2 2 1 Aufbau der Versuchsanlage in Leonberg 7 2 2 2 Instrumentierung der Versuchsfelder in Leonberg 11 2 2 3 Untersuchungsprogramm 14 2 3 Wirkung von Wurzelsperren 16 2 3 1 Aufbau der Versuchsanlage 16 3 Stand der Forschung und Technik 20 Sl Der Wasserhaushalt von Rekultivierungsschichten 20 3 2 Die Rekultivierungsschicht als Wasserhaushaltsschicht 24 3 3 Standsicherheit von Rekultivierungsschichten 25 3 4 Begrenzung des Wurzelwachstums 27 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 29 4 1 Standsicherheit und Setzungsverhalten 29 4 1 1 Problemstellung 29 4 1 2 Laboruntersuchungen 30 4 1 3 Versuchseinrichtungen f r Felduntersuchungen 38 4 1 3 1 Feuchtemesskabel 38 4 1 3 2 Sackungs und Verschiebungsverhalten 39 4 1 3 3 Karlsruher Schertester 42 4 2 Bautechnik und Bauausf hrung 46 4 2 1 Bodenauswahl 46 4 2 2 Bodeneinbau Oberbodenlockerung und Erosionsschutz 49 4 2 2 1 Bodeneinbau 49 4 2 2 2 Oberbodenlockerung und Erosionsschutz 54 4 3 Bodenphysik 60 4 3 1 Trockenraumdichte
96. den kunde und dem wirtschaftlich Vertretbaren notwendig Soll die Qualit t der Rekul tivierungsschicht nicht dem Zufall berlassen bleiben so ergibt sich die Aufgabe bereits lange vor Ausf hrung gr erer Rekultivierungsvorhaben die Bodenbe schaffung zu planen und gegebenenfalls ein Bodenmanagement zu betreiben Einbau Aus boden und vegetationskundlicher Sicht ist der Einbau ohne zus tzliche Ver dichtung stets zu bevorzugen er wirkt sich unabh ngig von der Qualit t der Sub strate in jedem Fall g nstiger auf die Standorteigenschaften der Rekultivierungs schicht aus Ein schichtenweiser Einbau von Rekultivierungssubstraten ist unbedingt zu ver meiden da hierdurch die Wurzelausbreitung in tiefer liegende Bodenschichten behindert wird Zielvorgabe beim Bodeneinbau sollte nicht das Erreichen der urspr nglichen Bodendichte sein Auch eine Umlagerung ohne zus tzliche Verdichtung ver schlechtert die Bodeneigenschaften da kontinuierliche Poren fehlen und neu gebildete au erdem von geringerer Stabilit t sind Deshalb muss ein Boden um hnliche Eigenschaften wie im Ausgangszustand zu erreichen deutlich lockerer eingebaut werden Bautechnik Als Begleiterscheinung des unverdichteten Bodeneinbaus treten Setzungen auf Da sich auf oder in der Rekultivierungsschicht meist diverse Baulichkeiten befinden k nnen konstruktive Vorkehrungen erforderlich sein damit Setzungen nicht zu Sch den f hren 6 bertragung der Ergebniss
97. den Lysimeterfelder hinsichtlich der Evapotranspiration 156 Wasserhaushaltsmodellierung bzw der Absickerung somit erheblich W hrend f r das Jahr 2001 im Mittel f r Testfeld U 279 2 mm Absickerung As berechnet wurden sind f r Feld K 321 4 mm anzunehmen Die Absickerung aus dem Vergleichsprofil Profil 1 betr gt 349 0 mm Die monatlichen Absickerungsraten weisen aufgrund der Niederschlagsverteilung im Jahr 2001 in den drei modellierten Profilen eine hnliche Verteilung auf Wegen der h heren Wasserspeicherkapazit t berechnete das Modell f r Testfeld U zeit weise h here Absickerungsraten als f r das K Feld 25 25 59 E E 919 715 Ke E O 210 110 Oo ER a 15 Absickerungsrate berechnet 0O0PDO OO P oh zz OO OO POD O CO M O qa o oe o s O o N N o o o o o o r ec D o o o oO oO oO oO O O O O O O O O O O ee e t ei v 0 r O v O v 0 qv O v 0 vv 0O vv O v 0 vv O co o or or Oe or Oe oO r Oe oO e oO e OT OTT Abbildung 4 44 Wasserhaushaltsmodellierung Niederschlag und Absickerungsraten aus den Testfeldern U und K und Vergleichsprofil 1 Tageswerte Ein deutlich anderes Absickerungsverhalten zeigt das Vergleichsprofil Aufgrund der geringeren Wasserspeicherkapazit t versickern bereits ab September erheb 31 12 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungssc
98. den infiltrieren k nnen nicht erfasst werden Trotz der Hangneigung von ca 1 2 7 flie t praktisch kein Wasser an der Ober fl che aus dem Lysimeterfeld U ab Wenn geringe Oberfl chenabfl sse ca 0 2 mm Monat von der Messeinrichtung registriert werden so stammen diese aus dem oberhalb der Auffangrinne liegenden 50 cm breiten Bereich des Testfeldes der wegen einer inzwischen entfernten Folienabdeckung praktisch vegetations frei ist Nur im Juni 2001 waren bei einem Starkniederschlag vermutlich h here Oberfl chenabfl sse zu verzeichnen W hrend eines Gewitters mit 59 6 mm Niederschlag am Abend des 27 Juni 2001 wurde Feinboden abgeschwemmt so das die Filter der Messeinrichtung verstopften und schliesslich eine Rohrverbindung brach Der abgeschwemmte Feinboden stammte jedoch berwiegend ebenfalls nicht aus dem Testfeld selbst sondern aus dem Bereich oberhalb der Sammelrinne Von diesem au ergew hnlichen Ereignis liegen somit keine verwertbaren Daten zum Oberfl chenabfluss vor Die Wasserhaushalts modellierung berechnete f r den 27 Juni 2001 18 8 mm Oberfl chenabfluss siehe 4 9 Aufgrund der besonderen Oberfl chenstruktur der Versuchsfelder durch das Auflockern mit dem Schaufelbagger siehe 4 2 2 2 die das Wasser haushaltsmodell nicht abbilden kann muss jedoch von einem deutlich geringeren Betrag ausgegangen werden Diese Ergebnisse decken sich mit Hinweisen in der Literatur wonach der Ober fl chenabfluss keine wesent
99. der gesamten durchwurzelten Bodenmatrix Wasser auf und f hren es wieder der Atmosph re zu Die Trans piration ist aus physiologischen Gr nden lebensnotwendig f r die Pflanze und wird aufrechterhalten solange ausreichend Bodenwasser von den Wurzeln aufgenommen werden kann Die Gesamtverdunstung eines Pflanzenbestandes h ngt ab von der Energiezufuhr aus der Atmosph re dem S ttigungsdefizit der umgebenden Luft der Windgeschwindigkeit der verf gbaren nutzbaren Wasserspeicherung und der Wasserleitf higkeit des Bodens der Bestandesstruktur des Pflanzenbestandes sowie artenspezifischen Mechanismen der Transpirationssteuerung Meist wird die physikalisch m gliche Verdunstung potenzielle Evapotranspira tion ETp von der tats chlichen Verdunstung ETa nicht erreicht Vor allem w hrend der Sommermonate wenn aufgrund g nstiger Witterungsbedin gungen Temperatur Strahlung hohe Verdunstungsraten m glich w ren l sst eine nicht ausreichende Wasserversorgung bzw nachlieferung aus dem Boden die tats chliche hinter der potenziellen Evapotranspiration zur ckbleiben Ebenso reagieren die meisten Pflanzen auf abnehmende Bodenwassergehalte bzw steigende Wasserspannung im Wurzelumfeld fr hzeitig mit einer Ein schr nkung ihrer Transpirationsleistung LYR et al 1992 um einer Austrock nung und Wasserstress vorzubeugen So betr gt beispielsweise der Wasser verbrauch eines 30j hrigen Fichtenbestandes unter sonst gleichen Bedingun g
100. der zu erwartenden Wurzeltiefen Einbindetiefe ca 50 cm gearbeitet werden kann und die in Tabelle 4 15 genannten Werte geeignet sind den statischen Wir kungsbereich von Lagenbauten abzusch tzen Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung des Einbauwinkels f r die Bildung kr ftiger Basalwurzeln und damit f r die Sicherungswirkung insgesamt Aus bodenmechanischer Sicht sollten die Lagen idealerweise senkrecht zum Winkel der inneren Reibung angeordnet werden SCHAARSCHMIDT 1974 In der Praxis hat sich ein Einbauwinkel der Lagen von min destens 10 Grad zum Hang bew hrt Bild 20 Testfeld mit den eingebauten Buschlagen unmittelbar nach der Fertigstellung im Dezember 2000 138 Ingenieurbiologischer Verbau Bild 21 Erste Triebbildung an den im vorangegangenen Dezember im Testfeld einge bauten Buschlagen im Mai 2001 Der Anwuchs erfolgte sehr gleichm ig und ohne gro e L cken Eine wichtige Voraussetzung f r den Erfolg der Ma nahme Bild 22 Testfeld mit Buschlagen zum Beginn des Laubaustriebs im Fr hjahr 2002 Die Triebe aus dem Vorjahr haben eine durchschnittliche H he von 80 cm erreicht Im ausgewachsenen Zustand sind ca 3 5 m zu erwarten 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 139 4 8 5 Geeignete Geh lzarten und Einbauverfahren Im Testfeld wurden f r den Lagenbau ausschlie lich Weiden Salix spec in Form lebender ste verwendet die mit bewurzelten Pflanzen dreij hrige Zitterpapp
101. die Bel ftung durchgehend gest rt d h der Gasaustausch ist reduziert Nur in Feld K herrschen jedoch bei nahezu vollst ndiger Wassers ttigung des Unterbodens in 135 cm Tiefe st ndig anaerobe Bedingungen d h ausgepr gter Sauerstoffmangel Die Tiefendurch wurzelung wird hierdurch massiv behindert Im U Feld ist dies nicht der Fall F r die meisten Pflanzen wird dies jedoch keine Rolle spielen denn aufgrund der g nstigen Bodeneigenschaften der Rekultivierungsschichten kann der Wasser und N hrstoffbedarf in der Regel aus geringerer Bodentiefe gedeckt werden Wird jedoch eine Tiefendurchwurzelung gew nscht z B um die Wasseraufnahme zu optimieren so ist der unverdichtet Einbau zu bevorzugen 88 Bodenwasserhaushalt und Bodentemperatur 4 5 Bodenwasserhaushalt und Bodentemperatur P WATTENDORF O EHRMANN Die Betrachtung des Bodenwasserhaushaltes der Lysimeterfelder umfasst den Zeitraum vom Einbau der ersten Messeinrichtungen im April 2001 bis zum Ende der Projektlaufzeit im M rz 2002 Sie beinhaltet die Darstellung und Auswertung 1 der Ver nderungen von Bodenwassergehalt in Vol und Bodenwasser spannung in hPa oder als pF Wert sowie 2 der Abflussraten Absickerung und Oberfl chenabfluss aus den Lysimeterfeldern in Abh ngigkeit von Jahreszeit und Witterungsverlauf im Betrachtungszeitraum 4 5 1 Bodenwassergehalt und Bodenwasserspannung Der Bodenwassergehalt in den Versuchsfeldern wird mit der TDR
102. e Funktionen Streuabbau N hrstofftransfer und Bodengef geaufbau erf llt Die Bodenumlagerung beim Bau der Testfelder f hrte zu einem fast vollst ndigen Erl schen der Regenwurmpopulation Ursachen hierf r sind vermutlich neben der eigentlichen Umlagerung auch Nahrungsmangel und Verdichtung des Bodens sowie auf benachbarten Fl chen die bodenbiologisch falsche Verwendung von Kompost zu viel Kompost wurde zu tief eingebaut J ngere Rekultivierungen auf der Kreism lldeponie Leonberg waren im Fr hjahr 2001 daher praktisch regenwurmfrei Eine schnelle Zunahme der Regenwurm zahlen ist aufgrund der Rahmenbedingungen nicht zu erwarten Im Gegensatz dazu besitzen die lteren Rekultivierungen eine artenreiche Regenwurmfauna Sie ist vermutlich eine Folge der f r Regenw rmer g nstigeren ungeregelten Ausf h rung dieser Rekultivierungen aber auch der g nstigeren Exposition feuchter Nordhang und der l ngeren Entwicklungszeit seit Fertigstellung der Rekultivie rung Eine schnellere Zunahme der Regenwurmpopulation lie e sich z B durch die Reduktion von Verdichtungen besseres Kompostmanagement und durch Ausset zen von Regenw rmern erreichen Diese Ergebnisse sollten durch Untersuchungen an einigen anderen Deponieren und von weiteren Bauverfahren mit Bodenumlagerung abgesichert werden da sie prinzipiell auch auf andere Verfahren der Rekultivierung bertragen werden k nnen z B Rekultivierung von Industriebrachen Stra enbau Di
103. e Mikroorganismenpopulation der Testfelder in Leonberg wird in der Anfangs phase vor allem durch den ausgebrachten Kompost gepr gt Dessen Effekt ist aber nach kurzer Zeit verpufft so dass aufgrund der geringen Humusgehalte der B den die mikrobiellen Parameter deutlich unter denen vergleichbarer Waldstand orte liegen 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 121 4 7 Vegetationsentwicklung P WATTENDORF O EHRMANN Wie bereits in Abschnitt 3 1 ausf hrlich dargestellt beeinflusst die Vegetation den Wasserhaushalt eines Standorts ma geblich Die Auswahl eines geeigneten Bewuchses bietet somit die M glichkeit den Wasserhaushalt von Rekultivierungs schichten im Rahmen der stand rtlichen Gegebenheiten zu beeinflussen z B WATTENDORF amp SOKOLLEK 2000 Die TA SIEDLUNGSABFALL 1993 schreibt vor den Bewuchs so auszuw hlen dass die Absickerungsraten aus der Rekultivierungs schicht minimiert werden d h eine hohe Transpirationsrate erreicht wird Hohe Transpirationsraten werden nur von vitalen und ppigen Pflanzenbest nden erreicht Besondere Bedeutung kommt in diesem Zusammenhang der Durchwur zelungstiefe und intensit t zu Diese Faktoren sind in hohem Ma von den Bodeneigenschaften abh ngig Im folgenden Kapitel werden deshalb Biomasse Vitalit t und Durchwurzelung der Best nde auf den beiden Lysimeterfeldern miteinander verglichen Die Versuchsfelder auf der Deponie Leonberg wurden mit Ausnahme des B
104. e R hren als bevorzugte Fliesswege Auch Kapillarsperren und Bentonitmatten k nnen von eindringenden Pflanzenwurzeln in ihrer Funktion beeintr chtigt werden Brauns et al 1997 empfehlen zum Schutz von Entw sserungsschicht und Dich tungssystem vor Durchwurzelung das Aufbringen einer 2 3 m m chtigen Rekulti vierungsschicht mit ausreichender Wasserspeicherkapazit t um den Anreiz zur Tiefendurchwurzelung zu unterdr cken Schichtdicken von mehr als 2 m sind in der Praxis mangels qualitativ geeigneter Materialien und aus Kostengr nden meist nicht realisierbar Einen absoluten Schutz vor Tiefendurchwurzelung bieten sie au erdem nicht KonoLp et al 1997 Die Vegetation auf Deponien so zu steuern dass potenziell tief wurzelnde Pflanzenarten wie Ampfer Rumex spec oder Distelarten z B Cirsium spec dauerhaft eliminiert werden wird wegen des immensen Pflegeaufwands nur an wenigen vorwiegend siedlungsnahen Deponie standorten die beispielsweise als Freizeit oder Erholungsgel nde genutzt werden m glich sein WATTENDORF amp SOKOLLEK 2000 Es ist deshalb nach L sungen zu suchen das Tiefenwachstum von Pflanzenwurzeln ber die Rekultivierungsschicht hinaus zu beschr nken Aus der allgemeinen bodenkundlichen und forstwissenschaftlichen Literatur liegen Erkenntnisse ber Bodeneigenschaften vor die das Wurzelwachstum limitieren z B K STLER et al 1968 Es sind dies vor allem ung nstige Standortfaktoren wie Staun sse im Unter
105. e im Labor nachzustellen Ohne Verdichtung wurde das Material in das gro e Rahmenscherger t eingebaut vergleiche Bild 4 und Bild 5 1 unterer unverschieblicher Rahmen 4 Antriebseinheit 2 oberer verschieblicher Rahmen 5 Steuerungs und Datenerfassungseinheit 3 Stahlplattengewichte Auflast Bild 4 Ansicht der Versuchsanlage f r gro ma st bliche Rahmenscherversuche Insgesamt sind drei betreffende Probenk rper untersucht worden vergleiche Tabelle 4 1 Tabelle 4 1 Versuchsbedingungen der gro ma st blichen Rahmenscherversuche Versuchsk rper Versuchstyp Wassergehalt w Auflast o KA KN m 1 Mehrstufenversuch 19 6 9 19 17 5 2 Einzelversuch 25 17 5 3 Einzelversuch 25 37 0 durch Bew sserung 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 35 Bild 5 Blick in die Scherbox des Rahmenscherger tes mit dem zus tzlich eingelegten Gitterrahmen zur fl chigen Schubkrafteinleitung in die obere Probenh lfte Probe noch nicht fertig eingebaut Zum besseren Verst ndnis des Scherverhaltens sind in Abbildung 4 5 die gemessenen Arbeitslinien sowie die w hrend der Belastung und w hrend des Abscherens aufgetretenen Setzungen aufgetragen Erwartungsgem wird der Scherwiderstand des mit Makroporen durchsetzten Materials erst ber gr ere Scherwege geweckt So ist insbesondere die erste Stufe des Zweistufenversuchs an nicht bew ssertem Material Versuchsk rper 1 vergleic
106. e in Leonberg Vorgespr che der am Projekt Beteiligten f hrten vor der Antragstellung zu einer ersten Auswahl geeigneter Deponien Die besten Voraussetzungen f r den Bau von Testfeldern bestanden auf der Kreism lldeponie Leonberg zumal der Land kreis B blingen als Deponiebetreiber sich bereit erkl rte erhebliche Investitions mittel f r den Bau der Versuchsanlage zur Verf gung zu stellen Testfelder SE Abbildung 2 1 Lage der Versuchsfelder auf der Kreism lldeponie Leonberg Der Landkreis B blingen hat die von der Stadt Leonberg 1963 eingerichtete Depo nie im Jahr 1974 bernommen und bis 1999 weiterbetrieben Sie umfasst heute eine Gesamtfl che von ca 30 ha siehe Abbildung 2 1 In den Jahren 1996 1999 wurden die Deponieabschnitte A V und A VI als letztes verf llt Diese beiden Deponieabschnitte haben eine Fl che von ca 6 ha wovon jeweils die H lfte der 8 Gestaltung von Rekultivierungsschichten Basisabdichtung mit einer mineralischen bzw einer Kombinationsabdichtung aus gef hrt ist Als tempor re Oberfl chenabdichtung wurde hierzu ein Randdamm system aus mineralischem Dichtungsmaterial entwickelt HAuBRICH 1997 und ein gesetzt Ziel war die Schaffung eines Systems das langfristig mindestens aber
107. e in die Praxis 173 Kontrolle Zusammenh nge zwischen der Leistungsf higkeit der Vegetation und Bodeneigen schaften sind mit einer Vielzahl von Untersuchungen belegt Bei blichen Rekulti vierungsverfahren werden die Bodeneigenschaften jedoch nicht dokumentiert da die Kontrolle durch einen Bodenkundler beim Einbau fehlt Deshalb ist sowohl eine laufende Kontrolle w hrend des Einbaus als auch eine fl chendeckende Eignungs kartierung durch Boden Standortkundler Standortgutachten nach dem Abschluss der technischen Rekultivierung und vor einer Bepflanzung mit Geh lzen angezeigt Standortgutachten werden in der Rekultivierung von Abbaufl chen bereits heute vielfach durchgef hrt obwohl dort viel geringere Anforderungen an Boden und Vegetation gestellt werden 174 7 Literatur 7 Literatur AKS Arbeitskreis Standortskartierung in der Arbeitsgemeinschaft Forsteinrich tung 1996 Forstliche Standortsaufnahme 352 S Eching Barner J 1978 Rekultivierung zerst rter Landschaften kologie Meliorati onswesen und Anbautechnik 220 S Stuttgart Baumgartner A amp H J Liebscher 1996 Allgemeine Hydrologie quantitative Hydrologie Lehrbuch Hydrologie Band 1 Stuttgart 694 S Begemann W amp H M Schiechtl 1994 Ingenieurbiologie Handbuch zum natur nahen Wasser und Erdbau Wiesbaden 216 S Berger K amp V Sokollek 1997 Sind qualifizierte Abdeckungen von Altdeponien unter den gegebenen klimatischen
108. e und Mittel der Lufttemperatur im Jahr 2001 Deponie Leonberg und DWD Stationen Renningen Niederschlag und B blingen Temperatur f r den Monat Dezember liegen keine Niederschlagswerte der Deponiestation Leonberg vor Die auf der Deponie gemessene Windgeschwindigkeit bertrifft mit 11 2 km h Jahresdurchschnitt 2001 den f r die DWD Station B blingen ermittelten Wert von 33 Da die Dezember Niederschlagswerte der DWD Station Renningen noch nicht verf gbar sind wurde ersatzweise der Niederschlag der ca 20 km entfernten Station Hohenheim eingesetzt 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 145 5 3 km h bei weitem Diese Tatsache ist in der exponierten Lage der Deponie kuppe begr ndet und muss bei der Wasserhaushaltsmodellierung ber cksichtigt werden 150 25 125 e 20 E 100 o 155 E e G 3 u 2 5 75 e 10 E 3 ZS K5 E 28 50 Bu Wm wert 25 E m e Ia e Im IS 0 0 DW 5 II III IV V VI VIL VII Is X xl XII Niederschlag DWD 1961 1990 E Niederschlag Deponie Leonberg 2001 e Temperatur DWD 1961 1990 e Temperatur Deponie Leonberg 2001 Abbildung 4 40 Monatssummen der Niederschl ge und Mittel der Lufttemperatur auf der Deponie Leonberg im Jahr 2001 und langj hriges Mittel 1961 90 der DWD Stationen Renningen Niederschlag und B blingen Temperatur Abbildung 4 40 vergleicht die 2001 auf der Depon
109. e v llige bereinstimmung mit der Wirklichkeit Vielmehr m ssen komplexe Vorg nge zum Beispiel die Versicke rung von Wasser im Boden mit mathematischen Formeln in vereinfachter Form beschrieben und berechnet werden so dass die Modellierungsergebnisse zwangs l ufig von der Realit t abweichen Eine weitere wichtige Einschr nkung beim Ein satz von Modellen ist dass einige der Parameter die Wasserhaushaltsbilanzen beeinflussen in ihrer Wirkung noch nicht hinreichend genau quantifizierbar sind Dies gilt zum Beispiel f r die Transpiration und Interzeption unterschiedlich aufge bauter Vegetationsbest nde Zur Validierung bzw Verifizierung eines Modells kann es deshalb sehr n tzlich sein gemessene Werte und Modellierungsergebnisse f r einen konkreten Zeitraum gegen berzustellen Die Messungen von Bodenwasser gehalt und Absickerung in den Lysimeterfeldern auf der Deponie Leonberg erlauben einen solchen Vergleich und damit die berpr fung der Realit tsn he der Modellierungsergebnisse Die Simulation des Wasserhaushalts der Lysimeterfelder auf der Deponie Leonberg verfolgt daher vorrangig zwei Ziele 1 Den Vergleich der gemessenen Absickerungsraten mit den Modellrechnungen zur Validierung eines Modells und 2 den Vergleich der Absickerung aus den Lysimeterfeldern mit der Absickerung einer ohne besondere Vorgaben erstellten konventionellen Rekultivierungs schicht aus der n heren Umgebung der Testfelder 31 Die Validierung
110. ebracht Der Steingehalt des Materials konnte durch Auslesen der Bl cke mit mehr als 10 cm Durchmesser auf ca 5 10 Vol reduziert werden Die Entw sserungsschicht besteht einheitlich aus ca 15 cm Dr nkies der K rnung 16 32 Um die unterschiedlichen Materialst rken der mineralischen Wurzelsperren 30 cm und der Wurzelsperrmatte lt 1 cm 2 Versuchsanlagen und Untersuchungsprogramm 17 auszugleichen wurden bei dieser Variante ca 40 cm Dr nkies sowie 5 cm Sand als Feinplanum aufgebracht Tabelle 2 3 Versuchsvarianten zur berpr fung der Wirkung von Wurzelsperren Wurzelsperren Varianten 1 Wurzelsperrmatte Die Matte besteht aus drei Schichten einem oberen und Linteco Wurzelstopp unteren Geotextil mit zwischengelagerter gelochter Kupfer folie Die drei Komponenten sind miteinander vern ht 2 Dr nbeton Kies 8 16 und 16 32 Zement 90 CEM 32 5 R 170 kg m und Wasser 70 kg m unverdichteter Einbau siehe Bild 2 3 Sand verdichtet Betonsand 0 8 3 lagig verdichtet Trockenraumdichte 1 5 1 6 g cm 1 56 g cm n 9 Korngr enverteilung Schl mmkorn Siebkorn Feinst 7 Schluffkorn Sandkorn Kieskorn Fein Mittel Grob Fein Mittel Grob Fein Mittel E Grob o t E BE E HH mh Halt li Lu 30 u LU an LU L LI ay o fe Ei gt o Ei bi EI E v N 80 ID 90 o 1100 0 001 0 002 0 006 0 01 0 02 0 06 0 1 02
111. eicht werden Randuml ufigkeiten z B durch den Eintritt von Regenwasser in Spalten zwischen Kunststoffdichtung und Rekultivierungssubstrat vermieden siehe Abbildung 2 2 Ein Schutzvlies mit einem Fl chengewicht von 1 200 g m auf der Kunststoffdich tungsbahn in den Lysimeterfeldern soll Besch digungen verhindern Darauf folgt eine 30 cm m chtige Entw sserungsschicht aus durchl ssigem Schottermaterial Korngr e 0 56 auf dem die beiden Rekultivierungsschichten direkt aufliegen Die verdichtete Rekultivierungsschicht im K Feld wurde mit einer M chtigkeit von ca 2 1 m die unverdichtete im U Feld mit ca 20 cm berh hung zum Feld K ein gebaut um zu erwartende Setzungen des lockeren Materials auszugleichen siehe 4 1 3 2 Nach Einbau des Mineralbodens wurde au er in Feld B eine 2 cm d nne Kompostschicht ca 10 kg m ohne Einarbeiten von Hand auf die Bodenober fl che aufgebracht um den Anteil organischer Substanz zu erh hen Damit soll im Gegensatz zu dem in der Rekultivierungspraxis blichen Humusieren Auftrag von 20 30 cm stark humosem Oberboden die Tiefendurchwurzelung angeregt und so der Wasserentzug durch die Vegetation verbessert werden Die Lysimeterfelder werden durch 3 m breite KDB Streifen auf der Bodenober fl che voneinander und von der Umgebung abgegrenzt um lateralen Wasserzutritt zu vermeiden Hierzu wurde eine UV stabilisierte Folie aus PE HD mit einer St rke von 0 75 mm verwendet Diese Streifen leit
112. eine zweite Sonde 30 cm oberhalb der Wurzelsperre Zus tzlich kann mit einer Einstichsonde der Bodenwassergehalt der Bodenober fl che bis in 15 cm Tiefe gemessen werden 20 Der Wasserhaushalt von Rekultivierungsschichten 3 Stand der Forschung und Technik 3 1 Der Wasserhaushalt von Rekultivierungsschichten Alle zur Minimierung der Absickerung relevanten Prozesse des Wasserhaushalts von B den und Rekultivierungsschichten k nnen summarisch mit der allgemeinen Wasserhaushaltsgleichung beschrieben werden N ET A AB N Niederschlag ET Evapotranspiration A Abfluss Absickerung A B Wasservorrats nderung Er Evaporation Pflanzen Niederschlag Interzeptions verdunstung E Evaporation Streu Bestandesniederschlag Ao Abfluss Oberfl ch Bl E gt Es nz infiltrierter Niederschlag en A P 7 Abfluss lateral Interflow Bodenwasser nel DIAREBINES Transpiration Pflanzen nderung der ei Bodenwasserspeicherung gt As Absickerung Abbildung 3 1 Wasserhaushaltsbilanz einer Rekultivierungsschicht mit Bewuchs aus WATTENDORF amp SOKOLLEK 2000 3 Stand der Forschung und Technik 21 In humiden Klimaten ist davon auszugehen dass die Niederschlagssumme die tat s chliche Evapotranspiration bersteigt und somit ein Abfluss Versickerung erfolgt In Deutschland fallen im Mittel ca 700 800 mm Niederschlag die tat s chliche Verdunstung betr gt
113. einzelne vertikal orientierte Pfahlwurzeln ab Bild 23 zeigt eine oberhalb der Matte horizon tal weiterwachsende Wurzel Die Glassplitt und Dr nbeton Sperren wurden im Herbst 2000 noch nicht von Ampferwurzeln erreicht Aufgrabungen Fr hjahr 2002 Um die Wirkung der vier Wurzelsperrenvarianten nach einer l ngeren Entwick lungszeit der Bepflanzung zu pr fen wurde im Fr hjahr 2002 der bergangs bereich zwischen Boden Rekultivierungsschicht und Wurzelsperre in jeweils einer Profilgrube pro Versuchsfeld freigelegt Danach konnten auf einer bestimm ten Fl che alle Wurzeln die die Boden berdeckung in ihrer ganzen Tiefe durch drungen und die Wurzelsperre erreicht hatten freipr pariert werden Es wurde gepr ft ob die Sperre Wurzeln in ihrem Tiefenwachstum ablenkte oder ob Wur zeln in die Sperre einwachsen konnten Bei den Varianten Sand und Glassplitt wurde zus tzlich in weiteren Profilen gepr ft wie tief die Wurzeln bisher in die Sperre vorgedrungen waren Bei der Variante Dr nbeton war dies noch nicht m g lich da nur sehr d nne Wurzeln lt 1mm in die Zwischenr ume eingedrungen waren Diese Wurzeln w ren beim Aufbrechen des Dr nbetons zerst rt worden Kupfermatte Dr nbeton Sand Glassplitt 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 kein Ein Durchdringen Ein Durchdringen Abbildung
114. eld bzw 80 cm U Feld Tiefe lag die Bodenfeuchte unter der Feldkapazit t darunter war der Boden feuchter Die im Oberboden der Profile b und d in Abbildung 4 16 rechts festgestellten h heren Eindringwider st nde sind also nicht zwangsl ufig die Folge von Verdichtung sondern eher Fol gen der Austrocknung Hierdurch erscheinen die Werte im Unterboden relativ niedriger als dies ihrer tats chlichen Dichte entspricht Die in Abbildung 4 16 dargestellten Ergebnisse zeigen trotz der erwartungsgem hohen Streuung der Einzelmessungen deutliche Unterschiede zwischen den beiden Einbauvarianten e Im Unterboden gt 75 cm sind die Eindringwiderst nde im K Feld immer gr er als im U Feld Im Oberboden sind dagegen die Unterschiede geringer Gr nde hierf r sind die in beiden Feldern gleiche Oberbodenlockerung siehe 4 2 2 2 und bei der Messung im Juni die oberfl chliche Austrocknung der B den Verdichtete Zonen sind im U Feld nicht zu erkennen Im K Feld treten sie aber deutlich bei der ersten Messserie 22 12 u 9 1 und weniger deutlich bei den S Der Oberboden im U Feld war etwas st rker ausgetrocknet vermutlich eine Folge der intensiveren Durchwurzelung siehe 4 7 3 Bei gleicher Verdichtung w ren die Eindringwiderst nde somit etwas h her 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 65 sp teren zweiten Messungen hervor Ob diese Unterschiede zwischen dem ersten und zweiten Messtermin die Folge eine
115. eln Populus tremula erg nzt wurden Selbstverst ndlich k nnen bei Rekultivie rungen sehr viel artenreichere Zusammensetzungen entstehen Je nach H hen lage Exposition und B den kommen als unbewurzelte Sprossteile die in Tabelle 4 16 aufgef hrten und als bewurzelte 2 3 j hrige Geh lze die in Tabelle 4 17 genannten Arten in Frage F r den Einsatz als unbewurzelte Sprossteile sind Wei den die bedeutendste Gattung Wertvolle Hinweise f r die Verwendung sowie zur Bestimmung der Arten finden sich bei SCHIECHTL 1992 Tabelle 4 16 F r Lagenbauten in Rekultivierungsschichten gut geeignete Geh lzarten zur Ver wendung als unbewurzelte und bewurzelte Sprossteile nach GROHMANN 2000 Wissenschaftlicher Name Deutscher Name Wuchsform Berberis vulgaris Berberitze Strauch Hippophae rhamnoides Sanddorn Strauch Ligustrum vulgare Liguster Rainweide Strauch Salix spec Weide Baum Strauch Sambucus nigra Schwarzer Holunder Strauch Sambucus racemosa Roter Holunder Strauch Zur Sicherung kleiner potenzieller Rutschfl chen bei lteren B schungen ist der nachtr gliche Einbau mit oder ohne maschinelle Unterst tzung ein praktikables Verfahren Bei der Ausf hrung von Rekultivierungen in Steillagen ist der Einbau der Buschlagen w hrend des Sch ttens der Rekultivierungsschicht Abbildung 4 38 effektiver und kosteng nstiger Die Anfangsstandsicherheit einer B schung ist bei dieser Bauweise wegen der g
116. en Ganglinien der Temperaturdifferenzen herangezogen werden In Abbildung 4 30 sind die Temperaturdifferenzen der Unterb den zwischen den Messstellenpaaren der beiden Lysimeterfelder aufgetragen Es zeigen sich folgende Tendenzen e Am Oberhang Messstellenpaar Kc Uc ist es im Sommer im K Feld w rmer im Winter im U Feld e An den Messstellen Ka und Ua im unteren Hangbereich ist die Tendenz nicht eindeutig Im Sommer ist es im U Feld geringf gig w rmer im Winter dagegen ist es im K Feld etwas w rmer 96 Bodenwasserhaushalt und Bodentemperatur Ursachen hierf r k nnten entweder eine unterschiedliche W rmeleitf higkeit in den Testfeldern sein indem sich das weniger dichte Substrat im U Feld langsamer erw rmt aber auch langsamer abk hlt oder ein anderes Flie verhalten des Niederschlagswassers sein Wenn nur die erste Ursache zutr fe m ssten beide Messstellen gleichsinnig reagieren Da dies nicht der Fall ist wird vermutlich im K Feld durch lateralen Wassertransport die W rmebilanz der Unterb den ver ndert Bodenwasser flie t vom oberen B schungsabschnitt auf den verdichteten Horizonten vorbei an Messpunkt Ka nach unten Temperatur C Ua Uc 1 0 1 0 0 5 0 5 0 0 0 0 0 5 0 5 1 0 1 0 i ee I I I I I I I I I Te ra E DEE EE E EE Ta de Sat TER get E E EE Ge E E FEH Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz
117. en ausgef hrt Termin Einsaat kg im J Dezember 2000 Winterweizen 20 20 4 April 2001 Schoell Saatmischung Nr 28 s u 5 5 Luzerne 2 2 10 April 2001 Steinklee wei 1 1 Pflanzung Stk Raster 7 Dezember 2000 Zitterpappel Populus tremula 135 3x2m 8 November 2001 Roterle A nus glutinosa 30 EE Linde Tilia cordata 30 Zusammensetzung der Schoell Saatmischung Nr 28 Art Sorte Art Sorte 3 Esparsette 10 Rotschwingel Tridano 3 Rotklee Marino 10 Knaulgras Baraula 3 Wei klee Muka 5 Wiesenrispe Balin 2 Hornschotenklee Leo 2 Wiesenfuchsschwanz A co 3 Schwedenklee Odenw lder 13 Lieschgras Phlewiola 2 Gelbklee Virgo 1 Goldhafer Trisett 10 Dt Weidelgras Parcour 20 Wiesenschwingel Cosmos Das Umfeld der Versuchsanlage wurde jeweils zeitgleich mit 5 kg Rasenmischung und 1 kg gelben Steinklee einges t sowie mit Zitterpappeln bepflanzt 8 Anhang Anhang 8 2 Eingabedaten der Wasserhaushaltsmodellierung Boden Boden und Aufbaudaten Kurvenzahlberechnung Anteil Ao M chtigkeit Porenvolumen Steingehalt FC Steingehalt Welkepunkt Steingehalt Leitf higkeit Neigung Hangl nge US Texture Leaf Area Index LAI 0 000069 40 38 23 5 0 000069 0 000069 0 000069 0 000069 42 38 23 5 0 000069 0 000280 0 000280 Ub 1 0 000069 38 38 23 5 2 0 000069 3 0 000069 4 0 000069 Ud 1 0 00
118. en F llen wird demnach die Aussage zutreffen dass nur gut bel ftete B den auch tief von Wurzeln erschlossen werden Mit drei Kriterien kann die Bel ftung eines Bodenhorizontes beschrieben werden 1 Bodentiefe Wie weit m ssen die Gase von der Bodenoberfl che transpor tiert werden 2 Transportkapazit t Ist die Gasdurchl ssigkeit bis zur Bodenoberfl che ausreichend 3 Iuftgef lltes Porenvolumen Besitzt der Horizont selbst einen aus reichenden von Wurzeln erschlie baren Makroporenraum Transportkapazit t und luftgef lltes Porenvolumen sind keine statischen Boden parameter sondern stehen in unmittelbarer Konkurrenz zur Wassers ttigung B den mit sehr hohen Wassers ttigungen sind unabh ngig von der Bodenstruktur Porosit t Porenkontinuit t schlecht bel ftet Wenn man beim Einbau einer Rekultivierungsschicht den Faktor Bodenbel ftung ber cksichtigen will muss Folgendes beachtet werden 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 77 e Starke Verdichtung beim Einbau vermeiden Trockenraumdichten sollten 1 2 tonreiche Substrate und 1 5 g cm Sande auf keinen Fall bersteigen e Drainage des Unterbodens sicherstellen e Keine organische Substanz im Unterboden vergraben wirkt als Sauerstoff senke e Gef gebildende Prozesse f rdern Wurzelausbreitung Regenw rmer e Verschl mmung Splash vermeiden und unbedeckten Boden vor Nieder schlag sch tzen z B durch Mulchschicht Neb
119. en Gr nden die Verbundwirkung zwischen Ast und Boden und damit der tats chliche Beitrag der Buschlagen zur Erh hung der Standsicherheit der Rekultivierungsschicht im Testfeld nicht gemessen werden konnte muss an dieser Stelle auf bereits bekannte Untersuchungsergebnisse zur ckgegriffen werden Hierbei k nnen aufgrund des komplexen Wirkungsgef ges zwischen eingebauten Pflanzen und Standortsfaktoren keine allgemeing ltigen Zahlenangaben gemacht werden Die in Tabelle 4 15 aufgef hrten Werte sind daher Richtwerte die auf Messungen unter Laborbedingungen an Modellen im Ma stab ca 1 10 und Berechnungen von SCHAARSCHMIDT 1974 basieren F r diese Modelle wurden B den mit geringer Koh sion Sande verwendet Die Koh sion hat eine zus tzli che b schungsstabilisierende Wirkung Die in Tabelle 4 15 angegebenen Werte liegen somit eher auf der sicheren Seite Dar ber hinaus ist zu ber cksichtigen dass bei gut entwickelten Lagenbauten im Durchwurzelungshorizont keine Gleitfugen zu erwarten sind Ans tze f r Br che werden durch den Lagenbau in die Tiefe verschoben Die f r die Gesamtstandsicherheit einer Deponieb schung ma gebende Gleitfugen liegen daher mit hoher Wahrscheinlichkeit unterhalb der Rekultivierungsschicht 134 Ingenieurbiologischer Verbau Tabelle 4 15 Gesch tzter statischer Wirkungsbereich von Buschlagen in gewachsenen und ge sch tteten B den erg nzt nach SCHAARSCHMIDT 1974
120. en bei Bodenwassergehalten unter 50 der nutzbaren Wasserspeicherkapa zit t nWSK ca 2 mm d bei h heren Bodenwassergehalten dagegen ca 3 7 mm d LYR et al 1992 AB Die nutzbare Wasserspeicherkapazit t des Wurzelraums ist eine Schl sselva riable im Hinblick auf die Reduzierung von Absickerungsmengen B den mit hoher nutzbarer Wasserspeicherkapazit t sind in der Lage die Niederschlags bersch sse des Winters und Fr hlings sowie ergiebige Sommerniederschl ge 3 Stand der Forschung und Technik 23 aufzunehmen und zwischenzuspeichern Das gespeicherte Sickerwasser kann dem Boden in Phasen h chster potenzieller Evapotranspiration durch die Pflan zen wieder entzogen werden Ein aufnahmef higer Bodenwasserspeicher tr gt dazu bei eine ppige mehrschichtige und langfristig stabile Vegetationsdecke zu erhalten die sowohl hohe Evapotranspirationsraten erreicht als auch l ngere Trockenphasen mit unzureichender Wasserversorgung berstehen kann Nach ersch pfter Wasserspeicherkapazit t ist nicht nur die aktuelle Eva potranspiration in Trockenperioden vermindert es kann dar ber hinaus auch eher zu Trockenstress mit entsprechenden Anpassungsreaktionen kommen die mittelfristig mit verminderter potenzieller Evapotranspiration einhergehen Neben der M chtigkeit der Rekultivierungsschicht beeinflusst eine Reihe von Bodeneigenschaften die Wasserspeicherkapazit t und den hiervon pflanzen verf gbaren Anteil die nutzbare Wasser
121. en den klassischen Gastransportparametern in B den wie Luftkapazit t Luft leitf higkeit oder Gasdiffusionskoeffizienten hat sich die CO Konzentration in der Bodenluft w hrend der Vegetationszeit als aussagekr ftiges f r das Bodenprofil integrierendes und relativ leicht erfassbares Ma erwiesen SCHACK KIRCHNER amp HILDEBRAND 1998 GAERTIG 2002 Es hat sich gezeigt dass CO Konzentrationen von mehr als 1 2 Vol nur bei starker Einschr nkung der Gastransportf higkeit von mehr als 5 nur bei dominierender Anaerobie auftreten SCHACK KIRCHNER amp HILDEBRAND 1998 Methode Tiefenprofile mit Mittelwerten der Trockenraumdichte sind in Abbildung 4 14 dargestellt Aus der Trockenraumdichte kann nach folgender Formel die Porosit t berechnet werden HARTGE amp HoRN 1992 V Boren D B Porosit t e Total Festsubstanz Darin ist V das Volumen mit den Indizes Poren f r Porenraum Total f r das Gesamtvolumen Dg die Trockenraumdichte und Drfestsubstanz die Dichte der festen Bestandteile Aufgrund des Humusgehaltes von unter 1 kann als Dichte der Festsubstanz 2 65 g cm eingesetzt werden Wegen der gleichen Prim rporosit t die sich aus der Homogenit t des Sch tt materials ergibt k nnen die Unterschiede in der Porosit t fast ausschlie lich dem f r die Bel ftung entscheidenden Makroporenraum zugeordnet werden Daher ist ein Porosit tsunterschied von fast 10 Prozentpunkten Tabelle 4 4 als sehr erheb
122. en durch eine muldenf rmige Profilie rung des Untergrundes Niederschlagswasser ab siehe Abbildung 2 2 und Bild 1 2 2 2 Instrumentierung der Versuchsfelder in Leonberg Gro lysimeterfelder dienen dem Erfassen der Abfl sse z B von Waldstandorten unter weitgehender Erhaltung ungest rter Wuchsbedingungen PROKSCH 1990 Sind Niederschlagssummen und die Abflussraten Oberfl chenabfluss Absicke rung bekannt so k nnen exakte zeitlich hoch aufgel ste Wasserhaushaltsbilan zen erstellt werden siehe 3 1 In Leonberg wird das Sickerwasser aus den Rekultivierungsschichten in der Ent w sserungsschicht am unteren Rand der Lysimeterfelder mit einer gelochten Dr nleitung gesammelt und in separaten Rohrleitungen zur Messstation gef hrt Am Fu des Lysimeterfeldes U wird der Oberfl chenabfluss in einer PEHD Rinne gefasst und ebenfalls zur Messeinrichtung geleitet Aus Kostengr nden wurde auf die Erfassung der Oberfl chenabfl sse aus beiden Testfeldern verzichtet Da die Bodenoberfl che beider Versuchsfelder gleich gestaltet ist siehe 4 2 sind gleiche 12 Gestaltung von Rekultivierungsschichten Oberfl chenabflussraten zu erwarten Weiterhin zeigen die Ergebnisse von Unter suchungen an Gro lysimeterfeldern dass Oberfl chenabfluss sp testens nach wenigen Jahren keinen nennenswerten Einfluss mehr auf die Wasserhaushaltsbi lanz von Oberfl chenabdichtungen und Rekultivierungsschichten hat siehe 4 5 3 Tabelle 2 2 Instrumen
123. en unserer Waldbaumarten gerechnet werden GAERTIG et al 2002 EPPINGER et al 2002 Auf der lagenweise verdichteten Variante wird der Unterboden in 135 cm als durchweg als anaerob klassifiziert Dieser Zustand tritt auf bei nahezu vollst ndi ger Wassers ttigung Es wird CO2 freigesetzt ohne quivalenten O gt Verbrauch G rung oxidierte Eisen Mangen und Schwefelverbindungen werden als Elektronenakzeptoren verwendet Bei diesem Prozess wird Eisen und Mangan mobilisiert Wurzelerschlie ung ist beschr nkt auf spezialisierte Pflanzen wie Schilf Phragmites communis oder Schwarzerle A nus glutinosa die den f r die Wur zelatmung erforderlichen Sauerstoff durch das Aerenchym transportieren und z T 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 87 die unmittelbare Wurzelumgebung aufoxidieren k nnen Dieser Zustand ist typisch f r Gr Horizonte von Gleyen f r den Sd Horizont von Pseudogleyen im Fr hjahr und f r stark verdichtete Oberb den die bei entsprechendem organischen Anteil einen deutlich wahrnehmbaren Schwefelwasserstoffgeruch emittieren Im Allgemeinen geht man davon aus dass der Hauptwurzelraum bei 100 cm Bodentiefe endet Dies findet auch Niederschlag in den blichen standortkund lichen Verfahren zur Berechnung der nutzbaren Wasserspeicherkapazit t So zeigen PoLoMskI amp KuHn 1998 f r Kiefern auf berm ig drainierten sandigen B den in verschiedenen Gebieten Europas bereits in 80 cm Tiefe
124. enabdichtung Handbuch Abfall Band 13 97 S Anhang Karlsruhe Brechtel H M 1984 Beeinflussung des Wasserhaushaltes von Deponien Lose blattsammlung M ll und Abfall Nr 4623 Berlin Breh W V Giurgea amp H H tzl 2002 Langzeitbeobachtung zum Verhalten einer verst rkten mineralischen Dichtungsschicht in einer kombinierten Ober fl chenabdichtung H xteraner Berichte zu angewandten Umwelt wissenschaften 3 75 90 H xter Coppin N J amp 1 G Richards 1990 Use of Vegetation in Civil Engineering Con struction Industry research and Information Association London 292 S 176 7 Literatur DGGT 1998 Deutsche Gesellschaft f r Geotechnik GDA Empfehlung E 2 30 Modellierung des Wasserhaushalts der Oberfl chenabdichtungssysteme von Deponien Bautechnik 75 9 DGGT 2000 Deutsche Gesellschaft f r Geotechnik GDA Empfehlung E 2 31 Rekultivierungsschichten Entwurf Bautechnik 77 9 617 626 DGGT 20003 Deutsche Gesellschaft f r Geotechnik 2000 GDA Empfehlung E 2 32 Gestaltung von Bewuchs auf Abfalldeponien Entwurf Bautech nik 77 9 627 629 Drinkgern G 1999 Dr nbeton Schriftenreihe Spezialbetone Band 2 49 68 D sseldorf Dunger W 1983 Tiere im Boden Die Neue Brehm B cherei 327 Wittenberg Graff O 1971 Stickstoff Phosphor und Kalium in der Regenwurmlosung auf der Wiesenversuchsfl che des Sollingprojektes In D Aguilar J ed IV Colloquium Pedobiologiae
125. end auf AG Bopen 1994 eingesetzt Eine ber sicht der f r die Simulationsl ufe verwendeten Boden und Aufbaudaten findet sich in Anhang 9 2 US Feldkapazit t Das Programm rechnet mit der US Feldkapazit t FC Field Capacity die im Gegensatz zur deutschen Feldkapazit t nicht mit pF 1 8 60 hPa konventionell definiert ist sondern mit pF 2 5 330 hPa In jedem Lysimeterfeld werden an zwei Messpunkten der volumetrische Wassergehalt und die Wasser spannung gemessen siehe 4 5 1 So ist es m glich die FC aus der mit diesen Werten erstellten Wasserspannungskurve zu ermitteln HARTGE amp Horn 1999 Wasserspannungskurven auf valider Datenbasis konnten jeweils nur f r die Bodentiefen 85 und 135 cm erstellt werden Da der Boden in 25 und 50 cm Tiefe im Sommer 2001 fter austrocknete wurde der Messbereich der Tensiometer h ufig berschritten so dass f r diese Tiefenstufen keine brauchbaren Wasser spannungskurven erstellt werden konnten Aufgrund des einheitlichen Substrates sind die Werte jedoch bertragbar Da die Feldkapazit t von der Lagerungsdichte abh ngt wurde f r jede Lagerungsdichtestufe eine eigene Kurve erstellt Anhang 9 3 Vegetation Als Bewuchs sieht das Programm HELP nur Gras vor Die spezifische Evapotrans pirationsleistung von Waldbest nden kann mit HELP deshalb nur unzureichend simuliert werden BERGER 2000 woraus sich f r die Absch tzung des Wasser haushalts von aufgeforsteteten Deponien Einschr nkun
126. ende Abfl sse werden mit der Messeinrichtung der Lysimeterfelder erfasst 1 Testfeld U unverdichteter Einbau der Rekultivierungsschicht Oberfl chenabfluss Ao Absickerung aus der Rekultivierungsschicht Dr nabfluss As 2 Testfeld K Kontrolle konventionell verdichteter Einbau Absickerung aus der Rekultivierungsschicht Dr nabfluss As Aufgrund von Erfahrungen bei anderen Gro lysimeterversuchen z B DVWK 1980 siehe auch Z scHAk 1997 konnte davon ausgegangen werden dass es mindestens 6 bis 12 Monate dauert bevor der Wasserhaushalt einer eingebauten Boden schicht sich eingeregelt hat und die Messeinrichtungen brauchbare und interpre tierbare Abflussdaten liefern Gr nde hierf r sind vor allem e Unterschiedliche Anfangswassergehalte der Substrate im Einbauzustand m ssen ausgeglichen werden F r die Lysimeterfelder in Leonberg ist dies von besonderer Bedeutung da die eingebauten Rekultivierungsschichten entspre chend der Fragestellung des Versuchs eine sehr hohe Gesamt Wasserspeicher kapazit t ca 730 mm aufweisen die in der Gr enordnung fast die H he des mittleren Jahres Gesamtniederschlags von Leonberg bzw das zwei bis drei fache der potenziellen j hrlichen Absickerungsrate erreicht Daher dauert die Angleichung unterschiedlicher Ausgangswassergehalte besonders lange e Nach dem Einbau finden bedingt durch Auflast und Bodenwassergehalts nde rungen Prozesse mit Auswirkungen auf das Bodengef ge z B S
127. entf llt jedoch der Sandanteil so dass die Hohlr ume Haufwerksporen genannt zwischen den groben Kiesk rnern nicht ausgef llt werden Hierdurch bleibt der Dr nbeton wasserdurchl ssig Er setzt den Pflan zenwurzeln mechanischen Widerstand entgegen und bietet durch fehlende Wasser und N hrstoffgehalte keinen Anreiz zur Durchwurzelung Nach DRINKGERN 1999 wurde bisher noch nicht beobachtet dass Wurzeln in Dr n beton eindringen 3 verdichteter Sand Verdichteter reiner Sand wirkt wurzelhemmend indem er den vordringenden Pflanzenwurzeln einen mechanischen Widerstand entgegensetzt Weiterhin ist er sehr n hrstoffarm und besitzt keine hohe nutzbare Wasserspeicherkapazit t ca 10 15 Vol 4 verdichteter Recycling Glassplitt Das Substrat wird durch Schreddern von Altglas gewonnen Es enth lt neben Glas nur geringe Anteile von Papier z B von Flaschenetiketten ZIMMERMANN 36 Hersteller Fa Linteco Linz sterreich 37 Hersteller Fa Zimmermann Bad S ckingen 5 Ergebnisse Il Wirkung von Wurzelsperren 161 o J Das Material kann aufgrund seiner Korngr enverteilung praktisch kein Wasser speichern und ist auf Dauer n hrstofffrei denn auch durch Verwitte rungsprozesse werden fast keine N hr oder Schadstoffe eluiert ZIMMERMANN ol So setzt es den Wurzeln einen mechanischen Widerstand entgegen und bietet keine Anreize zur Durchwurzelung Weiterhin kommt auch der Effekt des K rnungssprunges zum Tragen
128. entwickelt sich ber verschiedene Sukzessionsstufen weiter so dass auf nahezu allen Standorten in Mitteleuropa schlie lich Waldbest nde entstehen W lder sind auch im Hinblick auf die Mini mierung des Sickerwasseranfalls die f r Deponieoberfl chen g nstigste Vegetati onsform BRECHTEL 1984 und somit grunds tzlich anzustreben Probleme mit Geh lzbest nden ergeben sich in Fragen der Standsicherheit sowie der Gef hr dung der Dichtungskomponenten durch einwachsende Wurzeln siehe 3 4 Hierzu wurden von BrAuns et al 1997 die M glichkeiten der Bewaldung rekultivierter Deponien auch im Hinblick auf die Standsicherheit der Oberfl chenabdichtung gepr ft Es kann davon ausgegangen werden dass Geh lzbewuchs an B schun gen flacher 1 3 grunds tzlich m glich ist Jedoch konnten weitere relevante Fra gen v a zur Standsicherheit locker eingebauter Rekultivierungssubstrate im Rahmen dieser Literaturstudie nicht gekl rt werden Der Stand der Kenntnisse zur Gestaltung und zum Bewuchs von Rekultivierungs schichten unter Wasserhaushaltsaspekten wurde in den GDA Empfehlungen E 2 31 und E 2 32 DGGT 2000 und 2000a zusammengefasst 3 3 Standsicherheit von Rekultivierungsschichten Aus geotechnischer Sicht ist der rechnerische Nachweis einer ausreichenden Standsicherheit ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Gestaltung von Rekulti vierungsschichten Die zu ber cksichtigenden Einwirkungen Kr fte sind bei gegebenem Systemaufbau in der
129. eotechnik 18 204 213 Soilmoisture Equipment Corp 1996 Operating instructions TRASE 6050X1 Goleta USA Stockdill S M 1982 Effects of introduced earthworms on the productivity of New Zealand pastures Pedobiologia 24 29 35 7 Literatur 183 Thielemann U 1986 Elektrischer Regenwurmfang mit der Oktett Methode Pedobiologia 29 296 302 v Wilpert K U Nell M Lukes amp H Schack Kirchner 1998 Genauigkeit von Bodenfeuchtemessungen mit Time Domain Reflektrometrie und Frequency Domain Sensoren Z Pflanzenern hr Bodenk 161 179 185 Vance E D P C Brookes amp D S Jenkinson 1987 An extraction method for measuring soil microbial biomass C Soil Biology and Biochemistry 19 703 707 Walter H 1990 Vegetation und Klimazonen 381 S Stuttgart Wattendorf P amp G B necke 1999 Rekultivierung der Kreism lldeponie Neuen burg Betriebsabschnitt 1 Teil 1 Bestandsaufnahme und Bewertung unv Gutachten Institut f r Landespflege 47 S Anhang Freiburg Wattendorf P amp V Sokollek 2000 Gestaltung und Entwicklung von standort gerechtem Bewuchs auf Rekultivierungsschichten Hamburger Boden kundliche Arbeiten 47 225 234 Wattendorf P amp W Konold 2000 Untersuchungen zur Gestaltung von Rekulti vierungsschichten und Wurzelsperren Zwischenbericht 11 S http www bwplus fzk de Wattendorf P amp W Konold 2001 Untersuchungen zur Gestaltung von Rekul
130. er Gesamtbilanz ist neben allgemeinen klimatischen Bedingun gen von physikalischen Bodeneigenschaften und vom Bewuchs abh ngig Lang j hrige Untersuchungen zur Grundwasserneubildung Zusammenstellung in PROKSCH 1990 siehe auch 3 1 zeigen dass unter Waldbest nden die geringsten Absickerungsraten entstehen Von den f r Deponieoberfl chen in Frage kommen den Vegetationsformen haben W lder die h chsten Transpirationsraten und wei sen vor allem bei abgestuftem Bestandesaufbau auch die h chste Interzeption auf Der Wasserverbrauch von Pflanzen die Transpirationsleistung ist jedoch nicht nur artspezifisch sondern auch von der im Boden pflanzenverf gbar gespei cherten Wassermenge abh ngig Wenn lange Zeit gen gend Bodenwasser f r Pflanzen verf gbar ist so wird mehr Wasser verbraucht als wenn zeitweise Was serknappheit herrscht Vor diesem Hintergrund wurde 1995 vom Umweltministerium Baden W rttemberg eine Literaturstudie in Auftrag gegeben Brauns et al 1997 um zu pr fen ob Waldbest nde als Bewuchs auf rekultivierten Deponien gem TAS realisierbar seien Die Studie zeigte auf unter welchen Rahmenbedingungen z B hinsichtlich der Standsicherheit Wald auf Deponien zul ssig ist Auf der Basis allgemeiner bodenkundlicher und waldbaulicher Erkenntnisse und spezieller Erfahrungen mit Bodenumlagerungen in der Rekultivierung z B Zw LFER et al 1994 wurden grunds tzliche kologische Anforderungen an Rekultivierungsschic
131. erbodens aus jeweils vier Profilen pro Lysimeterfeld aufgezeichnet Die Dichten in den Profilen Ua Ka und Uc Kc wurden im Januar 2001 also direkt im Anschluss an den Einbau der Rekultivierungs schichten bestimmt siehe auch Abbildung 4 13 Die Werte der Profile Ub Kb und Ud Kd stammen vom Juli 2001 Die Ergebnisse lassen folgendes erkennen e Die Dichten unterscheiden sich aufgrund des Einbauverfahrens Es ist zu erkennen dass die mittleren Trockenraumdichten des Unterbodens im Testfeld mit unverdichtetem Einbau U immer deutlich niedriger sind als im Feld K Mit Ausnahme der am intensivsten befahrenen Probestelle Ud s o sind die Dichten auch geringer als im Entnahmezustand des Substrates e Die Tendenz der im B schungsverlauf von unten nach oben zunehmenden Dichte ist f r beide Testfelder sowohl im Ober als auch Unterboden klar erkennbar besonders ausgepr gt ist sie im K Feld e Weiterhin sind im Rahmen dieser Tendenz die im Juni 2001 ermittelten Trockenraumdichten der Profile Ub Kb und Ud Kd stets h her als die Dichten unmittelbar nach Einbau der Rekultivierungsschichten Profile Ua Ka und Uc Kc Wie zuvor beschrieben war die unverdichte Rekultivierungssschicht des Testfeldes U nach dem Einbau Setzungen unterworfen Diese Setzungen ver ndern auch die Lagerungsdichte die sich mit der Zeit dem quasi nat r lichen Entnahmezustand der Substrate ann hert Die Dichte des Entnahmezu standes wird jedoch insbesondere in den Unte
132. ersit t Hohenheim Stuttgart Kuntze H G Roeschmann amp G Schwerdtfeger 1994 Bodenkunde 424 S Stuttgart Kutschera L amp E Lichtenegger 1992 Wurzelatlas mitteleurop ischer Gr nland pflanzen Band 2 Pteridophyta und Dicotyledoneae Teil I 851 S Stuttgart Jena amp New York LAK Landesarbeitskreis Forstliche Rekultivierung von Abbaust tten 2000 Forstliche Rekultivierung Schriftenreihe der Umweltberatung im ISTE Band 3 69 S Ostfildern Larcher W 1984 kologie der Pflanzen 403 S Stuttgart Lee K E 1985 Earthworms Their ecology and relationships with soils and land use Academic Press Sydney Lehnhardt F amp H M Brechtel 1980 Durchwurzelungs und Sch pftiefen von Waldbest nden verschiedener Baumarten und Altersklassen bei unter schiedlichen Standortverh ltnissen Allg Forst und Jagd Zeitschrift 151 6 7 120 127 Linert U 1995 Verhalten von Pflanzenwurzeln in Oberfl chenabdichtungs systemen In Egloffstein Th amp Burkhardt G Oberfl chenabdich tungen f r Deponien und Altlasten Abdichtung oder Abdeckung Schriftenreihe Angewandte Geologie Karlsruhe 37 15 S Linn D M amp J W Doran 1984 Effect of water filled pore space on Carbondi oxide and Nitrous oxide Production in tilled and non tilled soils Soil Sci Am J 48 1267 1272 Lyr H Fiedler H J amp Tranquillini W 1992 Physiologie und kologie der Geh lze 620 S Jena amp Stu
133. erte Absickerungsraten der Profile Ub und Ud mit unterschiedlichen Blattfl chenindices und Tiefen der Verdunst ungszone Monatssummen in mm Monat I VII VII 1X X XI XII 2 Feld U gemessen 5 8 2 3 53 66 45 21 7 46 2 Profil LAI VZ cm Ub 5 120 10 7 05 00 00 00 0 0 38 8 49 9 Ud 5 120 00 13 00 00 00 0 0 57 2 58 5 Ub 10 120 13 1 0 0 00 00 00 0 0 21 8 GAB Ub 5 150 11 3 00 00 00 00 00 8 6 1199 vom 6 12 bis 31 12 LAI Leaf Area Index VZ Tiefe der Verdunstungszone 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 151 2 GN Al D be d o Q Ti T e CN m Ka D Ve wi a D D wi wi D T Dei g E gt 25 5 20 20 E E Ee 15 D 5 2 10 10 o OH 2 Z 5 e on Kee a u aaa XXX Oo SI E 22 2 z 2 S 3 Rad 2 KR A s s N N amp oi o o E S Z g g q VO m LO T to Kg VO Ta To T To T ES Ke fe fe to CH 2 10 g E Niederschlag E Absickerung U Feld modellierte Absickerung Profil Ub xxx keine Messwerte Abbildung 4 41 Vergleich Niederschlag gemessene Abfl sse aus Lysimeterfeld U und model lierte Absickerungsraten der Messstelle Ub Tageswerte Gr ere Unterschiede zwischen Messwerten und Wasserhaushaltssimulation erge ben sich beim Vergleich der Tageswerte der Absickerung Abbildung 4 41 Das Abflussverhalten im Dezember 2001 wird zwar weitgehend realit tsnah abgebi
134. erte Boden enthielt Regen w rmer aus allen drei kologischen Gruppen siehe Tabelle 4 11 Die Biomasse war zwar verglichen mit hnlichen Standorten in Baden W rttemberg um den Faktor 10 Gr nland bzw um den Faktor 3 Wald geringer sie h tte aber prinzi piell f r die Entwicklung einer standortgerechten Population innerhalb einiger Jahre ausgereicht Die bisherigen Regenwurmf nge zeigen jedoch keine Zunahme sondern einen fast vollst ndigen Zusammenbruch der Population nach dem Einbau der B den Tabelle 4 11 Im Fr hjahr 2001 wurde kein Regenwurm gefunden im Herbst 2001 nur ein einziger mit 0 8 g Biomasse die gesamte Fangfl che betrug jeweils 1 5 m im Fr hjahr 2002 wurden drei Regenw rmer mit 1 1 g Biomasse erfasst 18 Um m gliche Unterschiede zwischen den Einbauvarianten statistisch abzusichern w re wegen der sehr kleinen Populationen in den Testfeldern siehe Tabelle 4 11 mindestens die zehnfache Anzahl von Wieder holungen n tig gewesen Abgesehen vom hohen Arbeitsaufwand h tte dies die B den der Testfelder f r weitere wissenschaftliche Untersuchungen unbrauchbar gemacht 110 Bodenleben Dieser geringe Anstieg kann aber nicht als Zeichen einer Populationsentwicklung gewertet werden da die Probefl che viel zu gering ist s o Er zeigt vielmehr die Zuf lligkeit der Ergebnisse bei so winzigen Populationen Die Unterschiede zwischen U und K Feld passen zwar zu der Vorstellung dass der unverdichtete Ein
135. ervorzu heben gt mr gt p 7 Ea D u es nf A Set MN Di seg vg CN EE e 2 Lei TOR ie e ak A SE EE E L t 7 Z EAR vi P f SR d CN P V L 3 e S d Wi gt N e a a d d s g d win 7 ar EN gt Ts wA S d Aai oe u Beete Leg es G D u eo AE ar Ze SE Ze ee e EA aM i al Ve Fan RI ie 32 cm 32 cm ae ze y N e W ng CH d BE Ze S in H Pr 7 r Y D Ne Fa p U AR lt N D a d Ze D s t WWW v y A en ENEE aea I pn 65 cm 60 cm D A as SC KM Ge p d TE e C a j E w Ka og de 6 Di a Tt 2 as or e ge a 87 cm 90 cm Abbildung 4 17 Verteilung des Farbstoffes Brilliant Blue in jeweils drei Tiefen im K und U Feld Die Zahlen rechts unter dem Bild sind an der hangabw rtsgewandten Seite der Horizontalschnittfl che positioniert und geben ihre mittlere Tiefe an 68 Bodenphysik Ergebnisse In beiden Feldern war das Ausbringen gro er Wassermengen innerhalb einer Stunde berraschend unproblematisch Aufgrund der Oberbodenlockerung und einiger Trockenrisse wurde die L sung in beiden Testfeldern vollst ndig vom Boden aufgenommen es trat kein Oberfl chenabfluss auf Trotzdem sind Unter schiede zwischen den Versuchsfeldern zu verzeichnen e m Horizontalschnitt der ersten Tiefenstufe 32 cm sind im U Feld viele ein zelne kleine Farb
136. es Bodens horizontal eingeregelt 11 Gr ere Hohlr ume fehlen fast vollst ndig sie wurden zerst rt Die hellen Objekte mit eckigen R ndern 12 sind keine Hohl raume sondern transparente Quarzk rner 74 Bodenphysik 18 i Hohlraumdurchmesser 16 ecd gt 200 um lt I 16 ZZA 50 200 um 0 14 t4 3 2 SE S e 12 E BL d C E g EL 10 SEN 10 gt Sg Ge S I SCH S 0 et E 8 RR ENN 8 RR 5 dE So 5 EE SER S 5 6 RR 6 RR I RER SR SC 4 LLS 2 2 Vergleichsboden Konventionell Unverdichtet Abbildung 4 18 Hohlraumvolumen Vol in Proben aus den Testfeldern Leonberg K und U sowie einem im Gef ge ungest rten Vergleichsboden 4 Messungen des Hohlraumvolumens von K und U an D nnschliffen Am Lichtmikroskop wurden die Anteile der Hohlr ume getrennt nach den Gr enklassen 50 200 um und gt 200 um sichtbaren Durchmessers gemessen nach MAIER K HNE 1988 Beide Porenklassen z hlen zu den Grobporen und haben entscheidenden Einfluss auf die Durchl ftung des Bodens und die Infiltration von Niederschl gen Die Messung erfolgte mittels eines 10 x 10 Strichgitters bei 50 facher Vergr erung Messfeld 4x4 mm und wurde an jedem D nnschliff 42 fach wiederholt Neben den Proben aus dem K und U Feld in Leonberg wurden auch D nnschliffe aus dem Unterboden eines ver gleichbaren Bodens aus Filderlenm mit ungest rtem Gef ge ausgewertet Die Ergebnisse der Messung Abbildung
137. eshalb sind die Ergebnisse nicht direkt miteinander ver gleichbar 66 Bodenphysik 4 3 3 Infiltrationseigenschaften Ziel dieses Versuches war das Markieren der bevorzugten Flie wege bei schnellem Wasserfluss im Boden wie er beispielsweise nach ausgiebigen Niederschl gen stattfindet um so die Porenstruktur der Substrate im U und K Feld und ihre Aus wirkungen auf Infiltration und Durchl ftung beurteilen zu k nnen Methode Zur Markierung des wasserf hrenden Hohlraumsystems im Boden der Versuchs felder wurde eine aus 5 g m des Farbtracers Brilliant Blue in einer Wassermenge von 40 l m bestehende F rbel sung ausgebracht Der gel ste Farbstoff wird im Boden praktisch nicht sorbiert und ist daher geeignet die Flie wege des Wassers zu charakterisieren Die Farbl sung wurde innerhalb einer Stunde mit der Gie kanne in h chstm glicher Intensit t auf die Bodenoberfl che gegossen ohne jedoch Oberfl chenabfluss zu verursachen Mit diesem Verfahren wird ein Stark regen simuliert Insgesamt wurde eine Fl che von 2 2 m 160 x 140 cm bereg net die Auswertung der Ergebnisse beschr nkt sich jedoch auf einen Bereich von 0 4 m 80 x 53 cm im Zentrum der behandelten Fl che Dieser Bereich ist frei von Randeffekten Die Versuche wurden im Fr hjahr 2002 durchgef hrt Der Oberboden wies auf grund einer vorausgegangenen Trockenperiode leichte Schrumpfrisse auf Zwei Stunden nach Aufbringen der Farbl sung wurden die beregn
138. essene volumetrische Wassergehalt kann nur indirekt den aktuellen Zustand der Wasserverf gbarkeit abbilden da gleiche Was sergehalte in unterschiedlichen B den abh ngig von Bodenart Lagerungsdichte 16 Hersteller Soilmoisture Equipment Corp Goleta USA 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 89 und Gef ge unterschiedlich fest gebunden sind Tensiometer messen im Gegen satz hierzu direkt die kapillare Anbindung des Wassers an den Boden die soge nannte Saugspannung oder das Matrixpotenzial in cm Wassers ule mbar oder hPa die als Summe der Bindungskr fte zwischen Boden und Wasser verstanden werden k nnen Die Saugspannung muss aktiv von der Pflanzenwurzel berwun den werden um einem Boden Wasser zu entziehen Zus tzlich zu den TDR Messf hlern wurden deshalb in den Testfeldern konventio nelle Einstichtensiometer in den gleichen Bodentiefenstufen eingebaut Diese Ten siometer bestehen im Wesentlichen aus einer oben verschlossenen wassergef ll ten R hre mit einem por sen Keramikk rper in der Messtiefe der mit dem Boden wasser in kapillarer Verbindung steht Je nach Wassergehalt entzieht der Boden dem Tensiometer mit unterschiedlicher Saugkraft Wasser Im oberen Teil der R hre baut sich ein Unterdruck auf der mit einem Manometer abgelesen werden kann Der Messbereich der Tensiometer reicht bis ca 850 hPa Wasserspannung HARTGE amp Horn 1999 Es k nnen also nur Werte in feuchtem und frischem Boden ge
139. essungen nach dem Einbau des Bodens zeigten Verdichtungen mit folgendem Muster e Die Ausdehnung der Verdichtungen reichte von der Oberfl che bis in ca 30 50 cm Bodentiefe e Verdichtungen waren im oberen Teil der Testfelder ausgepr gter als im unteren Weil der Boden mit der Raupe vom oberen Rand her eingeschoben wurde war die Anzahl der berfahrten und die Verdichtung dort deutlich h her als am B schungsfu So drang ein mit 100 kg belasteter Spaten am Oberhang nur wenige Zentimeter in den Boden ein am kaum befahrenen Unterhang war die Eindringtiefe dagegen ca 10x so gro Abbildung 4 10 Die Verdichtungen sind korreliert mit der Anzahl der berfahrten siehe auch Abbildung 4 15 e Sie waren im U Feld ausgepr gter als im K Feld Abbildung 4 11 denn dort wurde der Boden in vier Lagen eingebaut im U Feld aber in einer Lage Das Befahren verteilte sich daher im K Feld auf vier Lagen im U Feld konzentriert es sich auf den weitgehend in einem Zug eingebrachten Oberboden Position am Hang as 30 25 20 Eindringtiefe Spaten cm Auflast 100 kg E E n za hi b e rfa hrt e En a Abbildung 4 10 Verdichtung des Oberbodens in Abh ngigkeit von der Zahl der berfahrten Die Messungen erfolgten im B schungsverlauf in Falllinie von oben nach unten mit einem Abstand von jeweils 2 m 52 Bautechnik und Bauausf hrung Mi CA On CH D CH k oO Wu Eindringtiefe Spaten
140. estellt In ihrer Funktion als Hausherren bzw Gastgeber haben die Mitarbeiter der Abfallwirtschaft zu nennen sind in erster Linie die Herren Bagin und Schweizer viele gro e und kleine Probleme beim Bau und der Einrichtung der Versuchsfelder unb rokratisch aus dem Weg ger umt Vor allem Herrn Schweizer geb hrt ein ganz besonderer Dank f r seine tatkr ftige Begleitung und Unterst tzung unseres Vorhabens die sich von den ersten Planungsschritten bis zu den letzten Reparaturarbeiten erstreckte Frau Dr Henning M ller Universit t Hohenheim danken wir f r das berlassen der Hohenheimer Klimadaten Herr Dr C Emmerling Universit t Trier besorgte die Untersuchung der mikro biellen Parameter und Dr K Hammel Universit t Weihenstephan half uns mit Rat und Tat bei Fragen zur Bodenphysik und zur Wasserhaushaltsmodellierung Ihnen beiden sei sehr herzlich gedankt Nicht zu vergessen sind schliesslich R Dietrich J Gr ner T Wolf und E Z hrin ger die beim Bau und der Betreuung der Versuchsfelder im wahrsten Sinn des Wortes Schwerstarbeit leisteten Frau C Petschke vom Institut f r Bodenkunde und Waldern hrung danken wir f r die schnelle und sorgf ltige Analyse der Bodengasproben nahezu ohne Glasbruch F r die Unterst tzung bei der Konzep tion und dem Einbau der me technischen Komponenten sei vom Institut f r Bodenmechanik und Felsmechanik insbesondere den Herren D Siegwart S Schlaeger und H Schnepf ge
141. et 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 127 Bodendichten bzw Eindringwiderst nden und der Durchwurzelung in der vertika len Profilausdehnung war jedoch nicht festzustellen 35 45 E 55 si 3 85 95 105 115 CC Poa Profil Kd Profil Ud E 2 Wurzeln 250 cm konventionell verdichtet unverdichtet Le Se 5 ER L45 25 L op 35 35 45 L45 55 5 sl o 65 pp E 73 75 g 85 op Se op op 105 105 115 415 e Profil Kb Profil Ub SEH 10 Wurzeln 250 cm Abbildung 4 36 Durchwurzelungstiefe und intensit t Winterweizen in den Versuchsfeldern im Juni 2001 oben Profile Kb Ub unten Profile Kd Ud die x Achsen der beiden Diagramme sind unterschiedlich skaliert Trotz der teilweise noch geringen Durchwurzelungsintensit t der untersuchten Profile belegt die hinsichtlich der allgemeinen Fragestellung des Vorhabens rele vante Tiefendurchwurzelung bereits in der ersten Vegetationsperiode deutliche 128 Vegetationsentwicklung Unterschiede zwischen den Testfeldern In den im oberen Bereich der B schung gelegenen Profilen Kd und Ud
142. eten Fl chen aufge graben und horizontale Schnittfl chen in drei Tiefenstufen ca 32 65 und 90 cm angelegt siehe Abbildung 4 17 Die Tiefenabstufung orientierte sich an der Lage der verdichteten Zone im K Feld Der erste Horizontalschnitt wurde im oberen Bereich dieser Zone intensivste Verdichtung angelegt die beiden folgenden in Abst nden von jeweils 25 30 cm senkrecht darunter Damit liegen die Schnitte 2 und 3 im K Feld im lockeren Boden zwischen der ersten und zweiten verdichteten Schicht vergleiche hierzu Abbildung 4 12 In der zweiten Verdichtungsschicht wurde kein Horizontalschnitt mehr pr pariert weil nicht gen gend Farbl sung f r eine sinnvolle Auswertung diese Schicht erreicht hat Die Horizontalschnitte im U Feld liegen alle in Bereichen mit unverdichtetem Boden Die Horizontalschnitte wurden nach dem Aufgraben und Pr parieren der Schnitt fl che mit einem rechteckigen Rahmen markiert und senkrecht von oben mit einer Mittelformatkamera 6 x 4 5 cm fotografiert Die Dias wurden gescannt bei Bedarf farbkorrigiert und entzerrt Anschlie end wurden alle blaugef rbten 8 Brillant Blue ist ein Lebensmittelfarbstoff und daher auch in h heren Konzentrationen nicht sehr toxisch FLurY amp FL HLER 1994 Das Fliessverhalten von Brillant Blue ist bei FLury amp FL HLER 1995 beschrieben 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 67 Fl chen am PC mit einer dunklen Signatur unterlegt um sie deutlicher h
143. etzungen Quellung Schrumpfung statt Die Substrate dies gilt vor allem f r das Test feld U unverdichteter Einbau sind somit Entwicklungen mit gro em Einfluss auf ihre Wasserhaushaltseigenschaften unterworfen e Im Laufe des Jahres 2001 mussten die Messeinrichtungen an die vorhandenen Gegebenheiten angepasst werden z B Messintervalle Durch Ausschwem mungen aus Rekultivierungs Dr nschicht und Rohrleitungen waren die Filter systeme h ufig berlastet 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 99 Absickerung aus der Rekultivierungsschicht Dr nabfluss Aufgrund von Ausfallzeiten der Messeinrichtung liegen f r das Jahr 2001 noch keine l ckenlosen Datenreihen f r beide Lysimeterfelder vor Ein Vergleich der Felder anhand von Monatssummen ist deshalb nicht sinnvoll Statt dessen wird auf Grundlage der Tageswerte die durchschnittliche t gliche Absickerung f r jeden Monat berechnet Tabelle 4 8 Es zeigt sich dass die Absickerungsraten aus den Testfeldern im Sommer 2001 durchweg sehr niedrig waren Erst gegen Ende Dezember stiegen sie sprunghaft an und erreichten Spitzenwerte gt 4 mm d im U bzw gt 1 mm im K Feld Abbildung 4 32 1 10 15 10 1 11 15 11 1 12 15 12 31 12 1 6 01 15 6 1 8 15 8 9 15 9 25 25 B E 20 20 D S 15 15 5 E 10 ZS ER 5 Z XXX S 1 1 E 2 EA D S 4 S 5 4 4 ef 8 5 lt 8 E E Kei D1 1 e x 1 6 01 15 6 1 8 15 8 1 15
144. flecken erkennbar Die Infiltration erfolgt demnach an vielen Punkten und somit relativ gleichm ig Im K Feld benetzte die Farbl sung dagegen fast ausschlie lich linienartige Strukturen Es handelt sich hierbei ein deutig um hangparallel orientierte Risse An einer Stelle links Mitte fand keine Blauf rbung also auch keine Sickerung statt hangabw rts liegt ein M usebau Dort war die Sickerung h her als im Durchschnitt e In der zweiten Tiefenstufe 60 bzw 65 cm sind die Unterschiede zwischen den Versuchsfeldern nur gering e In der dritten Tiefenstufe cm nehmen die Anteile gef rbter Stellen in beiden Feldern ab aber im U Feld sind sie deutlich geringer als im K Feld Die unterschiedliche Bodenstruktur der Einbauvarianten zeichnet sich deutlich im Infiltrationsverhalten ab Die erste Verdichtungsschicht im K Feld l sst eine Sicke rung nur in Rissen zu die sich infolge der vorausgegangen Trockenheit aufgewei tet haben Bei feuchtem Boden ohne offene Schrumpfrisse w re die Infiltration langsamer und an weniger Stellen erfolgt Erwartet wurde im K Feld eigentlich ein Rissbild mit berwiegend senkrecht zuein ander stehenden Rissen denn normalerweise entstehen bei Austrocknung senk recht zu den Rissen 1 Ordnung weitere Risse 2 Ordnung Im K Feld liegt aber offensichtlich eine Vorzugsorientierung des Bodens vor daher haben sich ber wiegend hangparallele Risse gebildet Diese Vorzugsorientierung k nnte eine Folge der
145. g Hydrologischer Atlas von Deutschland Loseblattsammlung Berlin H hne K 1997 Berechnung der standsicherheitserh henden Wirkung von Geh lzen Gesellschaft f r Ingenieurbiologie e V Mitteilungen 9 3 18 Haider K 1992 Biochemische Prozesse der Bildung und der Dynamik von Huminstoffen im Boden Berichte ber Landwirtschaft 206 45 62 Hartge K H amp R Horn 1992 Die physikalische Untersuchung von B den 177 S Stuttgart 178 7 Literatur Hartge K H amp R Horn 1999 Einf hrung in die Bodenphysik 304 S Stuttgart Haubrich E 1997 Tempor re Oberfl chenabdichtungen im Verlauf verf llbe gleitender Bauma nahmen Vertieferseminar Zeitgem e Deponietech nik FEI Stuttgart Hoogerkamp M H Roogar amp H J Eijsackers 1983 Effect of earthworms on grassland on recently reclaimed polder soils in the Netherlands In Satchell J E Hrsg Earthworm Ecology London 85 105 H tter M B Rehlinghaus A Roth R Scherbeck amp J Flacke 1993 Wirkungs weise von Oberfl chenabdeckungen und abdichtungen unver ffentl Gutachten im Auftrag der Umweltagentur Ruhrgebiet Ruhr Universit t Bochum Lehrstuhl f r Physische Geografie Geo kologie 167 S Anhang Bochum Jaggi W 1976 Die Bestimmung der CO gt Bildung als Ma der bodenbiologischen Aktivit t Schw Landw Forschung 15 371 380 Janetschek H 1982 kologische Feldmethoden 175 S Stuttgart Judd K W
146. gebnisse der Felduntersuchen beschrieben und bewertet Weiterhin werden Empfehlungen f r die Durchf hrung von Lagenbau en beim Aufbau einer Rekultivierungsschicht in steileren B schungsbereichen gegeben 4 8 1 Bau des Testfeldes Buschlagen und Wuchsentwicklung der Buschlagen Auf der Kreism lldeponie Leonberg wurde angrenzend an das Feld mit konventio nell eingebauter Rekultivierungsschicht das Testfeld mit Buschlagen gebaut Feld B Es ist ca 20 m lang und 10 m breit die B schungsneigung betr gt etwa 1 2 7 Die Rekultivierungsschicht entspricht in Zusammensetzung und Aufbau Testfeld U siehe 2 2 Durch Befahren der Fl che entstanden starke Oberboden verdichtungen siehe 4 2 2 Diese wurden durch das Aufgraben der Bermen Bild 14 nur teilweise ausgeglichen Insoweit ergibt sich eine Abweichung vom Versuchsansatz die Buschlagen in einem B schungsbereich mit explizit lockerem Bodeneinbau auszuf hren Die Lagen wurden hangparallel mit einem mittleren Abstand von 150 cm angelegt Sie binden etwa 0 8 m tief in die B schung ein Bild 15 Insgesamt wurden rund 100 Ifm Buschlagen gebaut F r die Lagen wurden lebende ste von Weiden Salix spec 15 20 St ck Ifm und bewurzelte Zitter pappeln Populus tremula 1 2 St ck Ifm verwendet Die Ausf hrung entspricht somit der Definition einer sogenannten Heckenbuschlage Die im Dezember 2000 eingebauten Buschlagen haben sich gut entwickelt Die Weiden ste und Zitterpa
147. gen ergeben 1 Eigenschaften des Bewuchses k nnen nur ber den Blattfl chenindex BFI bzw LAI Leaf Area Index definiert werden Die im Vergleich zu Gras h here 148 Wasserhaushaltsmodellierung Verdunstungsleistung von Waldbest nden wird jedoch auch bei Eingabe h herer Blattfl chenindices nicht angemessen ber cksichtigt obwohl das Programm grunds tzlich die Interzeptionsverdunstung berechnen kann Die tats chliche Evapotranspiration wird zu niedrig angesetzt und somit h here Absickerungen berechnet als in der Literatur f r Wald angegeben 2 Das Modell kann auch in mehrj hrigen Simulationsreihen keine Vegetationssuk zession modellieren Ver nderungen des Bewuchses m ssen deshalb in ein zelne Teilschritte zerlegt und nacheinander modelliert werden 3 Das Modell setzt voraus dass der Bewuchs aus perennierenden Arten aufge baut ist Pflegema nahmen oder Nutzung Mahd Mulchen usw sind nicht vorgesehen Das unterschiedliche Wuchsverhalten von laubabwerfenden und immergr nen Best nden Nadelb umen kann ebenfalls nicht ad quat ber ck sichtigt werden Die mit HELP berechneten Simulationsergebnisse von Rekultivierungsschichten mit Wald m ssen daher unter einer Reihe von Voraussetzungen bzw Einschr nkungen interpretiert werden Der zur Zeit auf den Versuchsfeldern vorhandene Bewuchs kann mit dem Programm ohne Einschr nkungen modelliert werden da die im Herbst 2000 und Fr hling 2001 gepflanzten Geh lze im
148. gleiche Tabelle 4 15 Bei den in Leonberg und Tuttlingen durchgef hrten Aufgrabungen konnten hierzu folgende Beobachtungen gemacht werden e In die Tiefe bzw in den Hang hinein gerichtete stark verankernd wirkende Wurzeln setzen vor allem an der Basis bzw am basalen Schnittende der einge legten ste an Basalwurzeln Dies war besonders an den 6 j hrigen Busch lagen in Tuttlingen sehr gut zu erkennen vergleiche Bild 17 und Bild 18 ini tial aber auch schon bei den 1 j hrigen sten in Leonberg und in Tuttlingen Wurzeln im mittleren oder vorderen Astbereich waren meist seitw rts oder sogar gegen die B schungsoberfl che gerichtet St tzwurzeln 2 Es wurden in Tuttlingen insgesamt 120 ste jeweils 60 Salix purpurea und 60 Salix viminalis je zur H lfte 1 bzw 6 j hrig und in Leonberg 30 Aste Salix purpurea 1 j hrig ausgegraben 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 135 Bild 17 Salix purpurea aus einer 6 j hrigen Buschlage Deponie Hasenholz Tuttlingen Links die oberirdische Seite mit den gekappten Trieben In der Mitte des Ast st cks eine st rker nach unten gerichtete Wurzel Rechts am basalen Ende ein ganzer Wurzelzopf mit berwiegend st rkeren Wurzeln Basisdurchmesser gt 10 mm Vor allem die in Verl ngerung des Astst cks in den Hang gewach senen Wurzeln tragen durch ihre Ankerwirkung ma geblich zu einer erh hten Standsicherheit bei Rasterweite 10 cm Bild 18 Sali
149. grund Bodenverdichtung oder extreme bodenchemische Bedingungen wie N hrstoffmangel oder toxische Konzentrationen von Schad stoffen Die Mehrzahl dieser Bedingungen kommt jedoch f r Deponiestandorte nicht in Frage Extreme Bodenverdichtung kann bei bestimmten Bodenarten auch 28 Begrenzung des Wurzelwachstums an B schungen Staun sse hervorrufen und damit die Standsicherheit der Rekulti vierungsschicht bzw der Oberfl chenabdichtung nachteilig beeinflussen Ma nahmen zur Begrenzung des Wurzelwachstums m ssen diese Problematik ber cksichtigen und zwischen Rekultivierungsschicht und Dichtung wurzelhem mende Bodenbedingungen technisch herstellen ohne die erw nschte intensive Durchwurzelung des dar berliegenden Substrats zu verhindern siehe 3 2 und die Standsicherheit des Aufbaues zu gef hrden Untersuchungen hierzu sind bisher nicht bekannt 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 29 d Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungs schichten 4 1 Standsicherheit und Setzungsverhalten unverdichteter Rekultivierungsschichten A BIEBERSTEIN J BRAUNS H REITH 4 1 1 Problemstellung Aus bodenmechanischer bzw erdstatischer Sicht einerseits und andererseits aus pflanzen kologischer Perspektive waren vor allem folgende Problempunkte zu untersuchen vergleiche auch Brauns et al 1997 e Ermittlung der erzielbaren Trockendichten bei unverdichtetem Substrateinbau sowie Kl rung der Dichteentwicklung unter E
150. h WoHLrAB et al 1992 ca 30 mm mit Intensit ten gt 1 7 mm min Oberfl chenabfluss zu erwarten HELP berechnet f r die beiden Profile Ub und Ud erheblich gr ere Oberfl chen abflussmengen als die in Lysimeterfeld U gemessenen siehe 4 5 3 W hrend im Lysimeterfeld im Jahr 2001 keine Oberfl chenabfl sse registriert wurden berech nete HELP f r diesen Zeitraum 17 2 Ub bzw 15 8 Ud mm In diesen Betr gen ist der Abfluss infolge des Starkniederschlages am 27 Juni 2001 nicht ber ck sichtigt F r dieses Ereignis das die Messstation in Leonberg berlastete berech nete HELP einen Abfluss von 18 8 mm ein Wert der in seiner Gr enordnung f r konventionell rekultivierte B schungen mit glatter Oberfl che als realistisch einzu stufen ist Der Oberfl chenabfluss aus den Testfeldern d rfte aufgrund der h he ren Rauhigkeit der Oberfl che siehe 4 2 2 2 den modellierten Betrag bei weitem nicht erreicht haben Wassergehalt der Evaporationszone Das Programm HELP gibt neben den Absickerungsraten und der Evapotranspira tion ETa auch den gemittelten Wassergehalt der Verdunstungszone Wurzeltiefe kapillarer Aufstieg als Tageswert aus So kann berschl gig ermittelt werden wann die Wasserspeicherkapazit t des Wurzelraumes berschritten ist so dass Absickerung erfolgen muss Trocknet der Boden bis in den Bereich des perma nenten Welkepunktes pF 4 2 bzw 15 000 hPa aus so k nnen Pflanzen das noch enthaltene Totwasse
151. he 4 4 Neben dem mechanischen Hindernis der hohen Lagerungs bzw Trockenraumdichte wirkt also auch noch O2 Mangel als physiologische Barriere Staun sse in der Rekultivierungsschicht darf jedoch aus Gr nden der Stand sicherheit in Oberfl chenabdichtungssystemen nicht hergestellt werden siehe hierzu jedoch 4 5 1 Weiterhin w rde Staun sse auch die erw nschte inten sive Durchwurzelung des Rekultivierungssubstrats verhindern 2 5 Ergebnisse Il Wirkung von Wurzelsperren 159 Bodenhorizonte mit ung nstigen chemischen Eigenschaften wie sehr hohen oder niedrigen pH Werten oder hohen Konzentrationen phytotoxischer Stoffe werden nicht oder kaum durchwurzelt Durch das Ausf llen von Kittsubstanzen wie beispielsweise Kalk oder Eisen oxiden hervorgerufene Verfestigungen von Boden setzt den Pflanzenwurzeln erhebliche mechanische Widerst nde entgegen Solche Verfestigungen k nnen weniger perkolationshemmend sein als die dar ber oder darunterliegenden Bodenhorizonte SCHEFFER et al 1992 Doch auch unverkitteter verdichteter Sand behindert das Wurzelwachstum von B umen massiv da die Anordnung der Sandk rner nur mit erheblichem Druck verschoben werden kann K STLER et al 1968 Bodenschichten oder horizonte mit sehr geringen N hrstoffgehalten und wenig pflanzenverf gbarem Bodenwasser bieten keinen Anreiz zur Durchwur zelung Solche Horizonte k nnen jedoch nur dann eine gewisse Sperrfunktion erf llen wenn die Wasser und N hr
152. he Abbildung 2 3 ausgewiesenen Stellen neuartige Feuchtemesskabel installiert SCHLAEGER 2002 SCHEUERMANN et al 2001 Hier handelt es sich um eine am Institut f r Meteorologie und Klimaforschung der Universit t Karlsruhe entwickelte TDR Messtechnik die eine Feuchtebestimmung als Profil entlang eines mehrere Meter langen Messkabels erlaubt SCHLAEGER et al 2001 Einen Eindruck vom Einbau eines solchen Kabels in den unteren Bereich der Rekultivierungsschicht gibt Bild 6 Bild 6 Feuchtemesskabel beim Einbau in der Rekulti vierungsschicht 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 39 Inzwischen wurden einige Messungen mit dieser Versuchseinrichtung in Leonberg durchgef hrt Die Auswertung bzw Rekonstruktion der bisherigen Ergebnisse wirft noch einige Fragen auf Zur Zeit wird eine modifizierte Auswertungsroutine ent wickelt die den hier besonderen Randbedingungen gro e L nge der Feuchte bandkabel in elektrisch vergleichsweise leitf higem Rekultivierungssubstrat Rechnung tr gt 4 1 3 2 Sackungs und Verschiebungsverhalten gemessene o g e Verformungs verl ufe em 43 ar 20 42 0 cm u o 20 H he NN 40 20 44 45 0 525 em 520 515 510 900 905 910 915 920 925 930 935 Rechtswerte m Legende Lageplan 1 Oberfl che des Testfeldes am 12 01 2001 2 Oberfl che des Testfeldes am 26 04 2002 3 Urspr ngliche Sohle des Testfeldes schematisiert 4 Derzeitige Sohle des Testfeldes a
153. he Tabelle 4 1 bei weitem nicht zum Grenzzustand gefahren worden Das aus dem nat rlichen Feuchtezustand auf w 19 abgetrocknete und so einge baute Material zeigte unter Auflegen der Auflast die im unteren Diagramm in Abbildung 4 5 aufgetragenen Setzungen die sich beim Abscheren nur geringf gig vergr erten Die gew sserten Versuchsk rper 2 und 3 zeigten erwartungsgem bei Lastauf bringung betr chtlich gr ere Setzungen Der verf gbare Scherwiderstand war beim Abscheren auch nach jeweils 160 mm Scherweg noch nicht ausgesch pft Die jeweils zu Versuchsende erzielten Scherwiderst nde sind gleichwohl im t o Diagramm der Abbildung 4 6 aufgetragen und den Linien der klassischen Rahmen scherversuche aus Abbildung 4 4 gegen bergestellt Die Werte aus dem Zweistufenversuch an Versuchsk rper 1 zu einer Scherkenn linie zu verbinden w re angesichts der Arbeitslinien Abbildung 4 5 wenig ange 36 Standsicherheit und Setzungsverhalten unverdichteter Rekultivierungsschichten bracht F r die Ergebnisse der Einzelversuche Versuchsk rper 2 und 3 die beide bis s 160 mm gefahren wurden mag es dagegen Sinn machen t KN m2 25 N d Versuchsk rper 2 23 o 36 98 kN m i Feuchter Erdstoff bew ssert Versuchsk rper 1 21 W 24 4 o 17 5 kN m V cher 0010 mm s Feuchter Erdstoff bew ssert 19 SENEN w 24 8 x V cher 0 010 minis RL z 1a a Laststufe 13 o 17 5 kN m v z 0 010 mm s scher 11 w 1
154. hebliche Mehrkosten im Bereich von 130 000 ha bei 2 m Schichtst rke entstehen k nnen Weiterhin zeigt die Praxis dass nur in Ausnahmef llen die Entnahme der Substrate aus Herkunftsstellen mit einer gro en einheitlichen Menge m glich ist Im Regelfall wird das Bodenmaterial aus zahlreichen unterschiedlichen Herkunftsstellen stam men Ebenso wird die Begutachtung der Materialien am Herkunftsort meist nicht m glich sein da das Material praktisch immer ohne Zeitverzug abgefahren werden muss Eine Behinderung der Bauma nahme oder eine Zwischenlagerung des Materials am Aushubort ist f r den Lieferanten der B den nicht akzeptabel da dies einen eventuellen Preisvorteil f r ihn zunichte machen w rde Dadurch wird das Material im Regelfall vor Abschluss der Voruntersuchung auf anderem Weg ent sorgt Eine M glichkeit zur Voruntersuchung auf Eignung ist jedoch dann gegeben wenn sowohl der Beginn einer gr eren Bauma nahme als auch die Lage der Baustelle l ngere Zeit im Voraus bekannt sind so dass vor Beginn der Aushubar beiten eine Pr fung erfolgen kann Eine Zwischenlagerung der Substrate am Ort der zu erfolgenden Rekultivierungs ma nahme ist prinzipiell m glich sofern die erforderlichen Fl chen zur Verf gung stehen Der Kostenaufwand f r eine Zwischenlagerung ist jedoch nicht unerheb lich da sie einerseits einen zus tzlichen Lade und Transportvorgang verursacht andererseits eine gezielte Bewirtschaftung des Lagers mit Ma
155. hen 6 Vol Kdl 16 08 und 37 Vol Ucl 30 04 Allerdings trocknet der Oberboden nur an einem Teil der Messstellen Ual Kal Kb1 und Kd1 in der Zeit von Anfang Juni bis Anfang Mitte September auf Wassergehalte unter 20 Vol aus und erreicht damit den perma nenten Welkepunkt PWP Bei Wassergehalten unter PWP k nnen Pflanzen 92 Bodenwasserhaushalt und Bodentemperatur theoretisch kein Wasser mehr aus dem Boden aufnehmen Ihre Wasserversorgung ist jedoch bereits bei Bodenwassergehalten von ca 50 der Feldkapazit t einge schr nkt hPa hPa 900 900 m ZS 800 5 x 800 700 wer 700 600 0 H g e 600 500 S I i n Ty 500 am u 300 amp IW e W d 200 e B Z 60 d 7 AN7 J o ee nn 100 g SG gg g S5 55 5 S SS g SZ 855 F Kal ka Ka3 o Ka4 hPa hPa 900 900 800 800 700 Ay 700 600 LAT pe Ei 500 GE 500 400 Cf i 400 300 5 2 300 200 iS 200 so en 0 Oe e d d 0 100 100 200 nn 20 g 88 3 Sz 888 8 s 88 588383 5 Ssg g SZ tan 58 SE SS S SE ron PKel Ke2 Ke3 Ke4 WR Uci Uc2 zz Uc3 Uc4 Abbildung 4 28 Bodenwasserspannung hPa in den Lysimeterfeldern Messstellen Ua Ka und Uc Kc Tiefenstufen 1 25 cm 2 50 cm 3 85 cm 4 135 cm Unterb den In beiden Ly
156. hichten 157 liche Wassermengen in den Untergrund Die gr ten Absickerungsmengen sind im M rz und im November zeitgleich mit den h chsten Niederschl gen zu verzeich nen Lediglich im Monat Juli verursachen die hohen Niederschl ge wegen der ebenfalls hohen Evapotranspiration keinen Anstieg der Absickerungsrate Die Betrachtung der Tageswerte von Niederschlag und Absickerung verdeutlicht weitere Unterschiede zwischen den Testfeldern und dem Vergleichsprofil Abbildung 4 44 Das Abflussregime der beiden Lysimeterfelder ist sehr viel gleichm iger als das des Vergleichsprofils Die berechneten maximalen t glichen Sickerwassermengen aus den Testfeldern bleiben meist deutlich unter 5 mm w hrend f r das Vergleichsprofil Abflussspitzen von ber 13 mm d berechnet wur den Tage mit geringer oder ohne Absickerung wechseln sich ab mit Zeiten hoher Absickerungsraten Dieses Verhalten ist unabh ngig von der Gesamt Absicke rungsrate hinsichtlich der Gefahr einer zeitweisen berlastung von Entw sser ungseinrichtungen oder Dichtungskomponenten Kapillarsperre sehr viel ung n stiger als der gleichm ige Abfluss aus den Lysimeterfeldern Auch unter dem Aspekt die Austrocknungsgef hrdung der mineralischen Dichtungselemente zu verringern werden m glichst gleichm ige geringe Abfl sse aus der Rekulti vierungsschicht angestrebt Res mee 4 9 Messergebnisse aus den Lysimeterfeldern liegen erst ab Juni 2001 vor Dieser Zeitraum is
157. hmen im Winter 2000 2001 bis zum Beginn der Vegetationszeit Oberfl chenabfl sse weit gehend So war auf den Versuchsfl chen keine Bodenerosion festzustellen obwohl das eingesetzte Rekultivierungssubstrat prinzipiell sehr erosionsanf llig ist Res mee 4 5 Die Ergebnisse der laufenden berwachung des Bodenwasserhaushalts belegen messbare und aussagekr ftige Unterschiede zwischen den Lysimeterfeldern bis lang nur dahingehend dass zu Zeiten mit hoher Wassers ttigung im K Feld Stau wasser im Unterboden nachgewiesen werden konnte Aufgrund der in beiden Lysimeterfeldern gleichen Rekultivierungssubstrate und hnlicher Bodenmerkmale z B sehr hohe Wasserspeicherkapazit t verhalten sich Wassergehalte und Wasserspannung im Jahresverlauf sehr hnlich Zuk nftig wird der Wasserhaushalt in den Testfeldern vor allem durch eine unter schiedliche Vegetationsentwicklung beeinflusst Dies ist jedoch erst dann zu erwar ten wenn die Geh lze einen messbaren Anteil am Wasserverbrauch erreichen Die Absickerungsraten aus den Lysimeterfeldern sind insgesamt sehr gering und von gro er Gleichm igkeit Die maximale t gliche Absickerungsmenge im Jahr 2001 betrug 4 27 mm bzw I m Weitergehende Aussagen werden erst in Zukunft nach Vorliegen l ngerer Messreihen m glich Es ist davon auszugehen dass die Vegetationsdecke zunehmenden Einfluss auf den Wasserhaushalt gewinnt die Evapotranspiration zunimmt und die Absickerungsmengen weiter zu
158. hr gute Nahrungsquelle und bedingt so einen drastischen Anstieg der Mikroorganismenpopulation Vergleicht man diese Ergebnisse mit Daten aus baden w rttembergischen W ldern SOMMER amp FRIEDEL 2002 so zeigt sich dass die Werte des sehr jungen ersten Horizonts von Leonberg den Werten von gereiften humosen mineralischen Oberb den entsprechen In den tieferen Schichten der Versuchsfelder liegt die Basalatmung auf dem Niveau von Unter b den die mikrobielle Biomasse sogar an der unteren Grenze der Werte von Unterb den Nach einem weiteren Jahr im Mai 2002 sind sowohl die mikrobielle Biomasse als auch die Basalatmung im ersten Horizont sehr viel niedriger Sie liegen nun deut lich unter den Vergleichswerten von Oberb den baden w rttembergischer W lder SOMMER amp FRIEDEL 2002 Im Unterboden hat sich soweit Werte vorhanden sind wenig ver ndert Der drastische R ckgang der Mikroorganismenpopulation im ersten Horizont innerhalb eines Jahres zeigt dass zum einen die leicht abbaubare Fraktion im Kompost am Standort ersch pft ist und zum anderen durch die Vegetation am Standort noch nicht so viel organische Substanz produziert wurde um dies zu kompensieren Vermutlich wird es viele Jahre dauern bis in den Versuchsfeldern die Werte hinsichtlich Substrat und Klima hnlicher Standorte erreicht werden 120 Bodenleben Res mee 4 6 F r eine gelungene Rekultivierung ist ein vielf ltiges Bodenleben notwendig welches di
159. hten formuliert und erste Empfehlungen zur Gestaltung von Deponiewaldbest nden unter Was serhaushaltsgesichtspunkten erarbeitet Es wurde angeregt durch eine zweckm Bige Gestaltung des Systems Rekultivierungsschicht Bewuchs den Oberfl chenwasserhaushalt dahingehend zu beeinflussen dass Absickerungsraten lang fristig auf nat rlichem Wege minimiert werden Alle verf gbaren Literaturquellen 1 Einleitung 3 belegten dass hierbei nicht nur der Substratqualit t sondern auch dem Einbau verfahren z B im Hinblick auf Bodenverdichtungen eine ma gebliche Bedeu tung f r die sp tere Qualit t der Rekultivierungsschicht zukommt Unter Mitwirkung des Instituts f r Landespflege begann eine Arbeitsgruppe der Deutschen Gesellschaft f r Geotechnik den bisherigen Kenntnisstand zur Gestal tung von Rekultivierungsschichten und des Bewuchses von Deponieoberfl chen aufzubereiten und die GDA Empfehlungen E 2 31 und E 2 32 DGGT 2000 und 2000a zur Gestaltung von Rekultivierungsschichten und ihres Bewuchses als sogenannte Wasserhaushaltsschichten zu erarbeiten Die wichtigsten Vorgaben zur Herstellung solcher Rekultivierungsschichten sind e Verwendung geeigneter Bodenarten v a Schluffe schluffige und lehmige Sande Lehme mit m glichst geringem Steingehalt e Beschr nkung der Verdichtung beim Einbau auf das unvermeidbare Ma e Bereitstellen einer ausreichenden pflanzenverf gbaren Bodenwasser speicherkapazit t im Wur
160. hteter Rekultivierungsschicht Feld U verglichen Da die Messungen erst im Laufe des Jahres 2001 begonnen wurden umfasst dieser Vergleich nur die Monate Juni und August bis Dezember die Modellierung erfolgte aber f r das gesamte Jahr 2001 Absickerungsraten As Die mit HELP modellierten Absickerungen aus der Rekultivierungsschicht Dr nabfluss stimmen in der Summe sehr gut mit den gemessenen Abflussraten aus dem Lysimeterfeld berein Tabelle 4 19 Dies gilt vor allem f r Profil Ub Abweichungen ergeben sich jedoch bei der Betrachtung der monatlichen Absicke rungsmengen Zwar weisen die Werte eine hnlicheTendenz auf jedoch unter sch tzt HELP in den Monaten VIII bis XI die Absickerung und bersch tzt sie im Juni und Dezember Besonders deutlich sind diese Differenzen bei Profil Ud hier bersch tzt HELP den Dr nabfluss im Dezember um mehr als 100 Um den Einfluss unterschiedlicher Vegetationsbedeckung zu pr fen wurde f r Profil Ub ein zweiter Simulationslauf mit einem h heren Blattfl chenindex LAI 10 durchgef hrt Dieser Ansatz f hrt nur teilweise zu besseren Ergebnissen Die Gesamt Absickerung wird im Vergleich zu den Messungen zu niedrig berechnet f r den Juni wird sie noch st rker bersch tzt und f r Dezember untersch tzt Auf die Absickerungsraten der brigen Monate I V und VII XI hat der h here Blattfl chenindex sehr geringe Auswirkungen Tabelle 4 19 Dr nabfluss aus Lysimeterfeld U und modelli
161. ie Klimadaten der DWD Stationen als repr sentativ f r die Deponie Leonberg angesehen werden Dies gilt nicht f r die Windgeschwindigkeit die den Gegebenheiten entsprechend korrigiert werden muss s o Die vom DWD zur Verf gung gestellte Datenreihe ist l ckenlos und erf llt somit die Anforderungen f r die Wasserhaushaltsmodellie rung mit HELP 4 9 2 Eingabedaten f r die Wasserhaushaltsmodellierung F r Wasserhaushaltsmodellierungen von Deponie Oberfl chenabdichtungen wird blicherweise das von der US EPA entwickelte Programm HELP Hydrologic Evalu ation of Landfill Performance verwendet das zur Zeit in der berarbeiteten deut schen Version HELP 3 5D vorliegt SCHROEDER amp BERGER 2001 HELP ist ein Schichtmodell und wurde auf deponiespezifische Anforderungen hin konzipiert Es k nnen Deponieaufbauten mit folgenden Komponenten berechnet werden Rekul tivierungsschicht Dr nschicht mineralische Dichtung en und oder Kunststoff dichtung Hauptzweck ist der Vergleich des Wasserhaushalts unterschiedlicher Abdichtungssysteme an einem Standort Das Modell bietet den Vorteil mit relativ einfach zu erhebenden Boden und Aufbaudaten den Wasserhaushalt auch von komplexen Oberfl chenabdichtungssystemen bestehend aus Rekultivierungs und Entw sserungsschicht Kunststoffdichtungsbahn sowie mineralischer Abdichtung modellieren zu k nnen Als Ergebnis eines Simulationslaufes liefert HELP folgende zur Bewertung der Abdeckung releva
162. ie Leonberg gemessenen Werte mit dem 30 j hrigen Mittel 1961 1990 der DWD Stationen Die Sommermonate sowie der November und Dezember des Jahres 2001 waren deutlich k hler als das langj hrige Temperaturmittel Ebenso wurden erheblich vom langj hrigen Mittel abweichende Niederschlagssummen vor allem in den Monaten M rz Mai Juni und Dezember verzeichnet W hrend M rz und Juni 2001 erheblich nasser waren als der Durchschnitt fiel im Mai und Dezember sehr viel weniger Niederschlag als blich Im Hinblick auf die Modellierung des Wasserhaushalts und die Bewertung der Funktion einer Rekultivierungsschicht ist neben der Niederschlagssumme auch die Verteilung der Niederschl ge im Lauf des Jahres von Bedeutung Hohe Nieder schl ge au erhalb der Vegetationsperiode k nnen bei gleichen Jahresniederschl gen zu h heren Absickerungsraten f hren da sowohl die Interzeptionsver dunstung von Blattfl chen als auch die Transpiration der Pflanzen im Winter mehr oder weniger stark herabgesetzt ist 146 Wasserhaushaltsmodellierung Die Verteilung der Niederschl ge in Leonberg betr gt im langj hrigen Mittel 1961 1990 ca 60 Sommerniederschlag gegen ber 40 in der Zeit von November bis April Im Jahr 2001 erreichten die Winterniederschl ge 440 7 mm die Niederschlagsverteilung war mit einem Verh ltnis Sommer Winter von 48 3 51 7 relativ ung nstig f r den Standort Leonberg Auf der Grundlage des Vergleichjahres 2001 k nnen d
163. ie Praxis Zusammenfassung der Ergebnisse Empfehlungen f r die Praxis Literatur Anhang 76 88 88 94 97 103 103 103 109 113 118 121 122 124 126 129 130 132 132 134 139 142 143 146 150 155 158 158 162 164 170 170 172 174 185 1 Einleitung 1 1 Einleitung 1 1 Ausgangslage Motivation f r das Vorhaben Gesetzliche Grundlage f r Planung Bau und Betrieb von Hausm ll und Erddepo nien ist seit 1993 die Technische Anleitung Siedlungsabfall TA SIEDLUNGSABFALL 1993 kurz TAS Sie bestimmt unter anderem die Gestaltung der Oberfl chenab dichtungen von Deponien mit einem Regelaufbau siehe Abbildung 1 1 oder als gleichwertig anerkannten Alternativen Die Hauptfunktionen der Oberfl chenab dichtung sind das Abkapseln des Deponieinhalts von der Umgebung und das Abdichten der Oberfl che um Niederschlagswasser vom Deponiek rper fernzu halten So sollen Schadstoffaustr ge durch Sickerw sser in die Umwelt verhindert werden Die Rekultivierungsschicht ist ein wichtiges Element im Oberfl chenab dichtungssystem und muss eine Reihe von Aufgaben erf llen e Sie ist Tragschicht f r den Bewuchs und somit Grundlage f r die langfristige Wiedereingliederung des Deponiebauwerkes in die Landschaft e Sie sch tzt die brigen Komponenten der Dichtung vor hydraulischer berlas tung Frost oder Erosion e Sie soll die Absickerung in die Entw sserungsschicht und die Deponie ber Zwischenspeicheru
164. ie Versickerungs rate in hohem Ma von den Substrateigenschaften und der Vegetationsdecke abh ngig z B MITSCHERLICH 1981 BRECHTEL 1984 siehe 3 1 So zeigen Standort untersuchungen und Wasserhaushaltsmodellierungen lterer Abdeckungen dass Bereiche die z B mit gut geeigneten Substraten und geringer Verdichtung besser rekultiviert wurden deutlich g nstigere Wasserhaushaltseigenschaften mit geringeren Absickerungsraten aufweisen WATTENDORF amp B NECKE 1999 Der Gestaltung der Rekultivierungsschicht dem Einbau des Substrats und der Bepflanzung bzw Vegetationssteuerung kommt deshalb eine gro e Bedeutung zu z B WoHLrAB 1997 DGGT 2000a WATTENDORF amp SOKOLLEK 2000 Um eine m g lichst weitgehende Sickerwasserreduzierung zu erreichen sind gesunde standort 3 Stand der Forschung und Technik 25 gerecht aufgebaute Vegetationsbest nde Hinweise dazu in Brauns et al 1997 B NECKE 2001 erforderlich welche die Rekultivierungsschicht horizontal und verti kal m glichst intensiv durchwurzeln Die intensive Durchwurzelung ist notwendig um versickerndes Bodenwasser aus dem gesamten Volumen des Wurzelraumes aufzunehmen und zu transpirieren Wichtigste Voraussetzungen der intensiven Durchwurzelung sind neben der Verwendung geeigneter Rekultivierungssubstrate ein lockerer Einbau ohne Verdichtungen z B B nEckE 1994 sowie eine funktio nierende Bodenorganismengemeinschaft Die Vegetation sich selbst berlassener Fl chen
165. igengewicht bzw bei Wasserin filtration Prognose der zu erwartenden Setzungen zur Ermittlung der erforder lichen Auftragsh he beim Materialeinbau in situ e Untersuchung des Scherverhaltens des unverdichtet gesch tteten Substrates mit geeigneten Versuchstechniken im Labor e Nachweis der Standsicherheit f r ma gebende Scherfugen der Testfelder in Leonberg e berpr fung des Sackungsverhaltens der Rekultivierungsschicht im Feld e Entwicklung Bau und Einsatz einer Messtechnik zur berpr fung der aktuellen Scherfestigkeit in situ In diesem Kapitel werden die zu den Teilaspekten Standsicherheit und Setzungs verhalten des Rekultivierungssubstrates durchgef hrten Untersuchungen beschrieben und betreffende Ergebnisse mitgeteilt Im einzelnen handelt es sich um gro ma st bliche Laborversuche zum Sackungs und Scherverhalten an regio nal verf gbarem L lehm sowie klassiche Rahmenscherversuche Aus dem um fangreichen Untersuchungsprogramm k nnen nur exemplarisch ausgew hlte Ergebnisse angef hrt werden Zur berpr fung des Verhaltens im Feld wurden spezielle Ger te in situ eingebaut die vorgestellt werden erste Ergebnisse werden mitgeteilt 30 Standsicherheit und Setzungsverhalten unverdichteter Rekultivierungsschichten 4 1 2 Laboruntersuchungen Abbildung 4 1 gibt einige kennzeichnende Gr en des Materials wieder aus dem die klumpigen Aggregate des Sch ttstoffes aufgebaut waren Vergleichsweise durchgef hrte St
166. il vollst ndig begr nt siehe Bild 10 Durch die Kombination dieser beiden Ma nahmen wurde der Oberfl chenabfluss reduziert und Wassererosion wie beispielsweise beim Starkregenereignis vom 27 Juni 2001 mit 59 mm Niederschlag weitgehend unterbunden Bild 11 siehe auch 4 5 3 Im Gegensatz dazu wiesen benachbarte zur gleichen Zeit konventionell rekultivierte Fl chen ohne die spezielle Oberbodenbearbeitung deutliche Rillen und Fl chenerosionsmerkmale auf Bild 12 Bild 11 Auch nach einem Starkregenereignis mit 59 mm Niederschlag trat am unteren Testfeldrand keine Rillenerosion auf 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 59 Bild 12 Im Gegensatz dazu tritt auf eingeebneten Fl chen in der Umgebung der Test felder deutliche Rillenerosion auf Res mee 4 2 2 Ein echter lockerer Einbau des Bodens durch Einbringen ohne Befahren mit Abset zer oder Teleskopbagger schied bei diesem Vorhaben aus und wird leider auch in der normalen Baupraxis aus Kostengr nden nur in Ausnahmef llen Anwendung finden Daher wurde das Verfahren Vor Kopf Einschieben in einer Schicht entwi ckelt und beim Bau der Testfelder erprobt Durch dieses Verfahren entstehen zwar trotz Einsatz einer leichten Raupe mit Moorkette Verdichtungen sie beschr nken sich aber auf den Oberboden der Rekultivierungsschicht Oberbodenverdichtungen sind weniger sch dlich als solche im Unterboden denn sie k nnen sowohl auf nat rlichem Weg a
167. in Mitteleuropa und stellen sich ein wenn Pflegema nahmen nachlassen oder aufgegeben wer den Die Wurzeln der Waldb ume durchwachsen jedoch nicht nur die Rekulti vierungsschicht vielmehr besteht die Gefahr dass Wurzeln in die Dichtungs komponenten v a die Entw sserungsschicht und die mineralische Dichtung H Aufgabenstellung eindringen und deren Wirkung verringern Aus diesem Grund besch ftigt sich das Vorhaben auch mit der Entwicklung und Erprobung von Wurzelsperren unterhalb von gut durchwurzelbaren Rekultivierungsschichten 1 2 Aufgabenstellung Ausgehend von der zuvor dargestellten Problematik und der Tatsache dass es bisher an Grundlagen fehlte wie hinsichtlich ihrer Wasserhaushaltsfunktion gestaltete Rekultivierungsschichten in der Praxis realisiert werden k nnen wurden f r das Vorhaben zwei Hauptaufgaben definiert 1 Die Entwicklung und Erprobung von Rekultivierungsschichten die im Gesamt system der Oberfl chenabdichtung einschlie lich Bewuchs bis zu einer defi nierten B schungsneigung standsicher und bodenphysikalisch chemisch und biologisch so beschaffen sind oder sich absehbar so entwickeln k nnen dass sie dauerhaft vitale Geh lzbest nde zu tragen verm gen Die Bodeneigenschaften sollen dar ber hinaus m glichst hohe Evapotranspira tionsraten der Pflanzenbest nde erm glichen um die Absickerungsmengen zu minimieren Die Umsetzung in praxistaugliche Rekultivierungsverfahren muss gegeben sein 2
168. in den Unterboden zur ckziehen Bild 4 Lumbricus terrestris beim Einziehen eines Laubblattes Anezische Regenw rmer legen eine dauerhafte senkrecht orientierte Wohnr hre mit M ndung zur Bodenoberfl che an Dorthin kommen sie zur Nahrungsaufnahme verlassen dabei aber in der Regel ihre Wohnr hre nur mit dem Vorderteil so dass die Fl che von der sie Nahrung sammeln k nnen begrenzt ist Die Bilder 5 und 6 zeigen endog ische Regenw rmer Auf Bild 5 ist Aporrecto dea rosea im Ruhestadium zu sehen Das Tier hat eine kleine H hle gebildet und sie mit Schleim aus gekleidet Darin kann es Trockenperioden berdauern Aporrectodea icterica Bild 6 wurde in nat rlicher Lage im Oberboden aufge nommen Dieses Exemplar hat kein R hrensystem und konnte deshalb auch seine Position nicht verlassen A icterica frisst sich vermutlich durch den Boden und verf llt die R hre am Hinter ende wieder Bild 8 Octolasion lacteum ist ein gro er endog ischer Regenwurm L nge ca 15 cm Typisch f r die meisten Exemplare von O lacteum ist das fast v llige Fehlen einer Pigmentierung und die gelbe Schwanzspitze Normalerweise lebt diese Art im Boden Das Foto wurde in der Nacht nach einem Starkregen aufgenommen Der Regenwurm nutzt die feuchten Bedingungen an der Boden oberfl che zur Wanderung und Besiede lung neuer Habitate 105 106 Bodenleben 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 107
169. inuierlichen Hohlr ume mit Anschluss an die Bodenoberfl che sind bevorzugte Transportwege f r Gase Fl ssigkeiten und in Fl ssigkeiten suspendierte Stoffe Dies kann man auch indirekt zeigen Um einige Hohlr ume haben sich S ume von Eisenoxiden 7 gebildet eine Folge des h heren Sauerstoffgehaltes im Hohlraum Manche Hohlr ume weisen Ton bel ge auf 8 hier wurde suspendierter Ton aus dem Oberboden eingewa schen Tonbel ge ohne Bezug zu einem aktuellem Hohlraumsystem 9 sind Relikte lterer Tonverlagerung die dazugeh rigen Hohlr ume sind nicht mehr existent Die Hohlr ume sind relativ stabil ihre Wandungen wurden durch Wurzeldruck Eisenoxide oder Tonbel ge verfestigt Manchmal tragen alle drei Faktoren zu einer stabileren Wand bei e Gef gever nderung im U Feld nur durch Umlagerung Bildtafel B oben rechts Durch die Umlagerung ohne Verdichtung sind zahlreiche neue Hohlr ume zwi schen den Bodenaggregaten 10 entstanden Daher ist der umgelagerte Boden lockerer als der Boden im Entnahmezustand vor der Umlagerung Diese k nstlichen Hohlr ume sind aber aufgrund anderer Entstehungsursachen nicht durch Wandbel ge verfestigt Daher sind sie wesentlich weniger stabil und haben eine viel k rzere Lebensdauer als die Hohlr ume im nat rlich gewachsenen Unterboden e Gef gever nderung im K Feld durch Umlagerung und Verdichtung Bildtafel B oben links Durch den hohen Druck beim Verdichten wurden die Bestandteile d
170. ippines in Englisch ALBERTERNST B 1998 Biologie kologie Verbreitung und Kontrolle von Reynoutria Sippen in Baden W rttemberg SIMON A amp REIF A 1998 Landnutzung in Pfaffenweiler Markgr fler Land S dbaden Biotopkartierung Biotopbewertung Vorschl ge f r eine Umsetzung in die Praxis SUN YEE 1998 Waldvegetation und Standorte im Odaesan Nationalpark S dkorea als Grundlage f r ein standortskundliches Verfahren und umweltschonende naturnahe Waldnutzung 10 20 10 15 20 17 17 15 15 Heft 26 B NECKE G amp SEIFFERT P 2000 15 Spontane Vegetationsentwicklung und Rekultivierung von Auskiesungsfl chen Heft 27 WATTENDORF P 2001 20 Hutweiden im mittleren Savatal Naturpark Lonjsko Polje Kroatien Heft 28 DEGMAIR J 2002 17 Alleen Geschichte und Funktion mit einem Blick auf Hohenlohe Heft 29 GERBER A amp KONOLD W 2002 20 Nachhaltige Regionalentwicklung durch Kooperation Wissenschaft und Praxis im Dialog Heft 30 DOERK S 2002 14 Landschaft in Bewegung Das Verh ltnis des Menschen zu Landschaft und Natur am Beispiel aktueller Zeitstr mungen im Tanz Heft 31 BURKART B 2003 erscheint Offenland und Naturschutz Mai 2003 Weiterhin sind folgende Restbest nde erh ltlich KONOLD W 1994 17 Historische Wasserwirtschaft im Alpenr
171. isse der Laborunter suchungen e Die Setzungen der Rekultivierungsschicht sind nach etwa 18 Monaten noch nicht abgeklungen die bislang erhaltenen Werte best tigen tendenziell die Erwartungen e Die Technik zur Messung der Feuchteverteilung ist installiert um Aussagen zum Wasserhaushalt der Rekultivierungsschicht treffen zu k nnen sind l ngere Messreihen erforderlich Aufgrund der langfristigen Ausrichtung des Gesamtvorhabens sowie der zur Zeit im Testfeld noch beobachteten Ver nderungen im Rekultivierungssubstrat ist es unumg nglich die im Testfeld installierten Messeinrichtungen in regelm igen zeitlichen Abst nden zu aktivieren 46 Bautechnik und Bauausf hrung 4 2 Bautechnik und Bauausf hrung O EHRMANN E HAUBRICH M KOSER P WATTENDORF 4 2 1 Bodenauswahl Die physikalischen Eigenschaften eines Bodens oder einer Rekultivierungschicht werden wesentlich von der Korngr enzusammensetzung der mineralischen Bestandteile gepr gt siehe 3 1 Der Bodenauswahl kommt daher eine gro e Bedeutung f r den Erfolg von Rekultivierungsma nahmen zu z B BRAUNS et al 1997 DGGT 2000 Das Spektrum geeigneter Bodenarten bzw Bodengruppen nach DIN 18 915 ist in B neckE 1997 oder Brauns et al 1997 aufgef hrt Gleichzeitig stellt die Beschaffung geeigneter Bodenarten die mit der praktischen Ausf hrung Betrauten vor eine F lle von Problemen So wurde in der Planungs phase der Versuchsfelder auf der Deponie Le
172. it abnehmendem Wassergehalt die Bodenbel f tung stets verbessert wird und damit die Abfuhrgeschwindigkeit des respiratori schen CO2 und au erdem durch hohe Wasserspannungen insbesondere die mikrobielle Aktivit t gehemmt werden kann Die Erkl rung ergibt sich aus Abbildung 4 25 welche die starke Kovarianz zwischen Bodentemperatur und Bodenwasserspannung zeigt Bei h heren Temperaturen liegen die pF Wert fast durchweg nahe 3 bei niedrigen durchweg nahe 1 Diese typische saisonale Kopp lung von Wasserverbrauch und biologischer Aktivit t erschwert in vielen Studien 84 Bodenluft das Aufdecken von Zusammenh ngen zwischen Wassers ttigung und CO Pro duktion z B SCHACK KIRCHNER amp HILDEBRAND 1998 CO Konzentration vol KONTROLLE UNVERDICHTET Ze a D x ae pay H D Dal 0 GER 5 pF log hPa g af o pe Ss E man ai Re SH SE See SE Bodenfeuchte vol Bodentiefe cm zk Abbildung 4 24 CO Konzentration in Abh ngigkeit von Parametern des Bodenwasserhaushaltes die Linien repr sentieren lineare Regressionen der Beobachtungspaare KONTROLLE UNVERDICHTET pF log hPa d s
173. itrag von Pflanzen zur Erh hung der B schungs standsicherheit wurde mit Hilfe von Untersuchungen an Modellen und in der Natur erarbeitet CoPPIN amp RICHARDS 1990 H HNE 1997 SCHAARSCHMIDT 1974 SCHUPPENER 1994 SCHUPPENER amp HOFFMANN 2000 Zur Beschreibung der Wirkung der Durch wurzelung auf die Standsicherheit wird ein Anker D bel Modell wie bei H HNE 1997 vorgestellt herangezogen Die D belwirkung ausgehend von Wurzeln die etwa rechtwinklig zur Scherfuge bzw etwa lotrecht wachsen wird aufgrund der Scherfestigkeit des Wurzelholzes errechnet Die verd belnde Wirkung hat sich f r gr ere B schungen allerdings als bedeutungslos erwiesen da eine sehr gro e Anzahl von Wurzeln notwendig w re um die Standsicherheit von B schungen wesentlich zu beeinflussen F r die Standsicherheit vor allem gr erer B schungen ma gebend ist die Ankerwirkung ausgehend von waagerecht bis leicht schr g nach oben oder unten in der B schung ausgerichteten Wurzeln Zur Erfassung der Ankerwirkung ist es not wendig den Auszieh oder Herausziehwiderstand zu messen Messung der Trag f higkeit einer Wurzel parallel zu ihrer Wuchsrichtung 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 133 F r die Messung von Ausziehwiderst nden wurde in Leonberg ein bei der Bundes anstalt f r Wasserbau entwickeltes Ger t Bild 16 eingesetzt Mit den Messungen wurde vor dem Anwachsen der Buschlagen begonnen 1 Messreihe Januar 2001 2 Mess
174. k E Haubrich M Koser UW Umweltwirtschaft GmbH Stuttgart Abfallwirtschaft Landkreis B blingen W Bagin H Schweizer Eine vollst ndige Adressenliste der Autoren findet sich in Anhang 8 4 Vorgehensweise 2 Versuchsanlagen und Untersuchungsprogramm 2 1 Vorgehensweise Das Konzept des Forschungsvorhabens wurde in folgenden Arbeitsschritten bei der Planung und dem Bau der Versuchsanlage in die Praxis umgesetzt 1 Eine kurze Literaturrecherche war notwendig um einen berblick ber den aktuellen Forschungsstand zu gewinnen Weiterhin konzentrierte sich die Recherche auf Anregungen zur Gestaltung von Wurzelsperren Zeitgleich wurde die Konzeption zur baulichen Ausf hrung des Lysimeterfeldes entwickelt und erste Planunterlagen erstellt Ein wesentlicher Arbeitsschritt im Vorhaben war die Auswahl geeigneten Bodenmaterials Um den Praxisbezug des Vorhabens zu gew hrleisten sollten zur Herstellung der Rekultivierungsschicht nicht optimale sondern vielmehr geeignete durchschnittliche und regional verf gbare Substrate herangezogen werden Standsicherheitsberechnungen f r den Aufbau einer Oberfl chenab dichtung gem TASI mit und ohne Waldbestand lagen zwar vor BRauns et al 1997 jedoch nicht unter der Annahme dass die Rekultivierungsschicht mit geringer Lagerungsdichte eingebaut wird Deshalb waren vor Baubeginn Unter suchungen zum Scherverhalten locker gesch tteter Rekultivierungssubstrate erforderlich um darau
175. lange bei der Oberfl chenabdichtung und Rekultivierung von Deponien Schriftenreihe Angewandte Geologie AGK 34 409 425 Karlsruhe B necke G 1997a Forstwirtschaftliche Aspekte der Rekultivierung kombinati onsgedichteter Deponien In Egloffstein T amp Burkhardt G Hrsg Oberfl chenabdichtung von Deponien und Altlasten Planung Bau Kosten Abfallwirtschaft in Forschung und Praxis Band 103 171 178 B necke G 1997b Hinweise zur Aufforstung von Deponien mit Oberfl chenab dichtung In B necke G u Wei E Hrsg Rekultivierung von Deponien FVA Arbeitsberichte 1 97 Forstliche Versuchs und For schungsanstalt Baden W rttemberg Freiburg 39 50b B necke G 2001 Verzicht auf Oberfl chenabdichtungen durch forstliche Rekul tivierung von Deponien Deponiewald statt Oberfl chenabdichtung In Egloffstein T Burkhardt G Czurda K Hrsg Oberfl chenab dichtung von Deponien und Altlasten 2001 Abfallwirtschaft in Forschung und Praxis Band 122 263 280 Bouche M B 1972 Lombriciens de France Ecologie et Systematique INRA Publ 72 2 672 S Bouche M B 1977 Strategies lombriciennes In Lohm U amp T Persson ed Soil organisms as components of ecosystms Ecol Bull Stockholm 25 122 132 Brauns J K Kast H Schneider W Konold P Wattendorf amp B Leisner 1997 Forstwirtschaftliche Rekultivierung von Deponien mit TA Siedlungsab fallkonformer Oberfl ch
176. ldet die Abflussmenge bis zur letzten Dezemberwoche jedoch deutlich bersch tzt W hrend HELP zum Ende des Monats eine r ckl ufige Tendenz modellierte stiegen die Abflussraten aus dem Lysimeterfeld sprunghaft an Mit bis zu 4 27 mm d wurden in dieser Zeit die h chsten Absickerungen des Jahres gemessen Vermutlich berechnete das Programm die Retention von Bodenwasser in tieferen Bereichen der Rekultivierungsschicht zu niedrig Die berechnete Absickerung erfolgte somit gleichm iger als in der Realit t wo erst nach bers ttigen des Unterbodens ein abrupter Anstieg der Abfl sse erfolgte der im Januar 2002 relativ schnell wieder versiegte siehe 4 5 3 Insgesamt gesehen wurden die gemessenen Absickerungsraten gut vom Programm wiedergegeben Allerdings ist der betrachtete Zeitraum f r den Ver gleich zu kurz um weitergehende Aussagen zur Modellvalidierung zu erm glichen 152 Wasserhaushaltsmodellierung Oberfl chenabfluss Ao Ein weiterer Ausgabeparameter von HELP ist der berechnete Oberfl chenabfluss so dass die Simulationsergebnisse mit den Messwerten aus dem Lysimeterfeld verglichen werden k nnen Die Bedeutung des Oberfl chenabflusses und sein Anteil an der Wasserhaushaltsbilanz von Rekultivierungsschichten wird oft stark bersch tzt denn auch an steilen Deponieb schungen kann eine dichte Vegetati onsdecke Abfl sse fast vollst ndig verhindern Vor allem unter Wald ist nur bei extremen Niederschlagsereignissen nac
177. lemente zu verhindern Wie bereits in Kapitel 3 4 beschrieben k nnen die Dichtungselemente des TAS Regelaufbaues und gleichwertiger Systeme in unterschiedlichem Ma von einer Durchwurzelung in ihrer Funktion beeintr chtigt werden Brauns et al 1997 Die Entwicklung von tief wurzelnden Pflanzen insbesondere Geh lzen auf der Rekultivierungsschicht ist einerseits unter Aspekten des Wasserhaushaltes siehe 3 2 erw nscht Anderer seits w re eine nat rliche Besiedlung mit tiefwurzelnden Pflanzen auf Dauer auch kaum zu verhindern denn nicht nur Geh lze sondern auch eine gro e Zahl krau tiger Pflanzen beispielsweise Distel Arten k nnen sehr tiefreichende Wurzel systeme ausbilden BRAUNS et al empfehlen deshalb zum Schutz von Entw sserungsschicht und Dich tungssystem das Aufbringen einer mehr als 2 m m chtigen Rekultivierungsschicht Doch auch solche Schichtdicken bieten keinen absoluten Schutz vor Tiefendurch wurzelung Deshalb liegt es nahe Wurzelsperrschichten zwischen Rekultivierungs schicht und Dichtung einzubauen um das Einwachsen von Pflanzenwurzeln in sensible Dichtungselemente zu verhindern Aus der bodenkundlichen und forstwissenschaftlichen Literatur liegen Erkenntnisse von nat rlichen Standorten ber Bodeneigenschaften vor die das Wurzelwachs tum begrenzen 1 In der Natur sind dies vor allem Bodenverdichtungen die oft mit Sauerstoff mangelsituationen im Unterboden aufgrund von Staun sse verbunden sind sie
178. len senkrecht zur Profilwand in Tiefenstufen von 5 cm 64 Bodenphysik und jeweils acht Einzelmessungen pro Tiefenstufe Es wurden Spitzen von 1 6 oder 2 5 cm Fl che verwendet Die Messungen wurden w hrend der Aufgrabun gen in den Testfeldern Ende Dezember 2000 Anfang Januar 2001 Profile a und c und Ende Mai Anfang Juni 2001 Profile b und d durchgef hrt Die Ergebnisse werden als relative Werte dargestellt Der h chste gemessene Wert einer Messperiode ist mit 100 angesetzt Absolutwerte sind auch bei Ver wendung ein und desselben Ger tes nicht in jedem Fall vergleichbar da das Messergebnis nicht nur von Ger teeigenschaften z B der Federspannung und vom spezifischen Eindringwiderstand des jeweiligen Bodens sondern unter ande rem auch von der Bodenfeuchte abh ngig ist Ein Vergleich zwischen zwei Vari anten unter ansonsten gleichen Bedingungen ist bei Ber cksichtigung dieser Einschr nkungen aber unproblematisch Um den Einfluss der Bodenfeuchte ber cksichtigen zu k nnen wurde sie bei jeder Messung in jeder Tiefenstufe mit der Fingerprobe nach AG Bopen 1994 ermittelt Ergebnisse Bei der Messung im Januar 2001 Profile a und c war der Boden in beiden Feldern in der gesamten Profiltiefe nahezu gleichm ig durchfeuchtet pF 2 5 Im Juni 2001 Profile b und d war der Boden von oben her so stark ausgetrocknet dass nahe der Bodenoberfl che bis ca 20 cm Tiefe keine Messung durchgef hrt wer den konnte Bis in 70 K F
179. lich geringf gig ber die geplante Endh he einzubauen sp ter kann dann die verdichtete Oberfl che abgeschoben werden Daher w re zu pr fen ob nicht der Einsatz einer schweren Raupe mit einer geringeren Zahl von ber fahrten sinnvoller ist siehe Res mee 53 hichten ivierungssc Gestaltung von Rekult 4 Ergebnisse Bodeneinbau Unverdichtet Konventionell Oberfl chenlockerun Aufbau der Bodenprofile Tiefe 200cm htung verdichtete Bereiche Je gr er die Signatur ist umso intensiver ist die Verdic Bodeneinbau Oberbodenlockerung und Entstehung der Bodenstruktur in den Testfeldern K links und U rechts Abbildung 4 12 54 Bautechnik und Bauausf hrung Die durch das Befahren verdichteten Schichten waren berwiegend horizontal ori entiert siehe Abbildung 4 12 Dies ist sehr ung nstig weil die Verdichtungen in vertikale Richtung verlaufende Prozesse im Boden stark einschr nken e Die Infiltration und Versickerung von Niederschl gen wird reduziert So staute sich beispielsweise in einer 40 cm tiefen Testgrube Niederschlagswasser l nger als zwei Tage nach einem Regen auf e Der Gasaustausch mit der Atmosph re und damit die Durchl ftung des Bodens werden behindert e Das vertikale Wurzelwachstum wird sowohl direkt durch die Verdichtung als auch indirekt infolge Sauerstoffmangels stark behindert Das Wurzelwachstum wird mithin sowohl me
180. liche Rolle im Wasserhaushalt einer Rekultivierungs schicht spielt Beispielsweise ermittelten MELCHIOR et al 2002 in zwei Testfeldern auf der Deponie Georgswerder Hamburg Abfl sse von durchschnittlich 2 2 bzw 102 Bodenwasserhaushalt und Bodentemperatur 3 2 mm a In Georgswerder verminderten sich die anfangs gemessenen j hrlichen Abflussraten von 5 5 bzw 19 6 mm im Verlauf von sieben Jahren auf Werte von 1 0 bzw 0 2 mm a Selbst auf der mit einer B schungsneigung von ca 1 2 3 sehr steilen Deponie Karlsruhe West ermittelten BREH et al 2002 in den Jahren 1994 bis 2000 nur einen durchschnittlichen Oberfl chenabfluss von 12 5 mm a 0 2 des Niederschlags Eine raue Oberfl che dichter Bewuchs aber auch Schrumpfrisse tragen dazu bei Oberfl chenabfl sse zu reduzieren siehe 3 1 Im Gegensatz dazu setzen Befah ren oder Walzen der B den die Infiltrationskapazit t der Oberfl che stark herab Hierdurch wird nicht nur der Oberfl chenabfluss sondern auch die Bodenerosion gef rdert siehe WoHurAB et al 1992 Die im Zuge der Erdbauarbeiten durchge f hrte Oberbodenlockerung mit dem Bagger hinterlie eine sehr raue Ober fl chenstruktur mit einer hohen Infiltrations und Zwischenspeicherkapazit t die gemeinsam mit der sich im Lauf des Jahres 2001 gut entwickelnden Vegetations decke Abfl sse wirkungsvoll zur ckhalten konnte Die raue Bodenoberfl che ver hinderte jedoch bereits in der Zeit nach dem Abschluss der Bauma na
181. lls die Mittelwerte der Messungen aus den Tiefen 50 und 85 cm herangezogen Die Wassergehalte der obersten Messstelle in 25 cm Tiefe sind nicht ber cksichtigt da sie starken Schwankungen unterliegen und au erdem der Messbereich der Tensiometer h ufig berschritten wurde Die Abbildung zeigt eine gute bereinstimmung der Modellierungsergebnisse mit den Ergebnissen der Messungen vor allem bei der l ngeren Wertereihe der Messstelle Uc Bedeutende Unterschiede zeigen sich nur in den Monaten Juli und August W hrend nach HELP der PWP erreicht wird und demnach praktisch kein pflanzenverf gbares Wasser im Wurzelraum mehr vorhanden sein sollte ist dies nach den Wassergehalts messungen eindeutig nicht der Fall Steht nur mehr wenig oder berhaupt kein pflanzenverf gbares Wasser im Wur zelraum zur Verf gung so m ssen die Pfanzen ihre Transpiration zwangsl ufig stark reduzieren Folgerichtig verringert HELP f r diese Zeitr ume die ETa bis auf null Nach den gemessenen Wassergehalten d rfte ein Zustand ohne Evapo transpiration im Sommer 2001 jedoch nicht oder nur kurzzeitig erreicht werden Allerdings ist in den Monaten Juli und August von sehr geringen Evapotranspirati onsraten auszugehen da viele Pflanzen ihre Transpiration bereits bei Wasser gehalten unter 50 der nWSK deutlich einschr nken siehe 3 1 154 Wasserhaushaltsmodellierung 40 CA OO Bodenwassergehalt Vol CO CH
182. ls auch technisch relativ leicht aufgebrochen werden Die verdichtete Bodenoberfl che der Ver suchsfelder wurde mit dem neu entwickelten Verfahren Umgraben mit dem Bag ger gelockert Dadurch entsteht eine sehr rauhe Oberfl che die sehr effektiv Ero sion in der vegetationsfreien Zeit unterbinden konnte 60 Bodenphysik 4 3 Bodenphysik O EHRMANN P NATTENDORF 4 3 1 Trockenraumdichte Ein wesentliches Merkmal zur Beurteilung des schonenden Bodeneinbaus ist die Trockenraumdichte pa eines Substrates bodenkundlich oft auch als Lagerungs dichte bezeichnet Sie hat einen ma geblichen Einfluss auf den Wasserhaushalt des Bodens siehe 3 1 Es ist deshalb interessant zu vergleichen wie sich die bei den Einbauverfahren unverdichtet und konventionell verdichtet in ihrer Wirkung auf diesen Parameter unterscheiden Die Trockenraumdichte wird blicherweise mit Hilfe von Stechzylinderproben HARTGE amp HORN 1992 SCHLICHTING et al 1995 bestimmt Ein definiertes Boden volumen von meist 100 cm wird ungest rt entnommen getrocknet um das Bodenwasser zu entfernen und anschliessend gewogen Ebenso wie alle konventionellen Einbauverfahren ist auch das in Leonberg prakti zierte Verfahren Vor Kopf Verschieben des Substrates vom oberen Testfeldrand aus mit einer im B schungsverlauf abnehmenden Zahl von unvermeidbaren Befahrungen und somit einer Oberbodenverdichtung verbunden siehe 4 2 2 Abbildung 4 13 zeigt die Tiefena
183. m Nordhang Dort ist das Mikroklima aus geglichener und insgesamt feuchter als am S dhang Dieser Faktor erkl rt aber nur einen Teil der Unterschiede Regenwurmuntersuchungen auf M lldeponien wurden bisher sehr selten durch gef hrt Zudem sind die Ergebnisse wegen der unterschiedlichen Standorte Sub strate und Rekultivierungsbedingungen nur sehr eingeschr nkt miteinander vergleichbar Es zeichnet sich jedoch auch bei anderen Untersuchungen ab dass gro fl chige Rekultivierungen ohne Verwendung von Mutterboden anf nglich praktisch regenwurmfrei sind Jupp amp Mason 1995 SCHRIEFER 1981 ltere unge regelte Rekultivierungen wiesen auch bei den in Bremen von SCHRIEFER 1981 durchgef hrten Untersuchungen wesentlich mehr Regenw rmer auf Neu rekulti vierte Fl chen werden dort trotz g nstiger Randbedingungen mit 3 4 m pro Jahr sehr langsam besiedelt weil die Rohb den nur teilweise f r Regenw rmer geeig net waren Damit ist die Besiedlung im Vergleich zu neu angelegten niederl ndi schen Poldern nur halb so schnell MARINISSEN amp Van DEN BoscH 1992 In Leonberg wird die Besiedlung neuer Fl chen zus tzlich durch Schotterwege und befestigte Gr ben erschwert Regenw rmer wandern in der Regel bei Regenwetter Solche Gr ben k nnen prinzipiell kaum von Regenw rmern durchquert werden sobald sie aber Wasser f hren werden sie v llig unpassierbar weil die Tiere wegge schwemmt werden Gro e einheitliche Rekultivierungen k
184. men werden Rekultivierungs schicht autochthoner Boden 50 Wurzelsperre Filterkies lt 30 15 Begrenzung Holzbrett Abbildung 2 5 Aufbau der Wurzelsperren Versuchsfelder alle Ma e in cm 2 Versuchsanlagen und Untersuchungsprogramm 19 Bild 3 Bau der Wurzelsperren Testfelder Verdichten des Recycling Glassplitts Die Bepflanzung der Versuchsfelder in G nterstal erfolgte in mehreren Schritten 1 Beide Felder einer Variante wurden nach Abschluss der Erdarbeiten April 2000 fl chendeckend mit lrettich Raphanus sativus ssp oleiferus einges t In jeweils ein Feld wurden zus tzlich jeweils zwei Heister der Zitterpappel Populus tremula gepflanzt um sp ter die Wirkung von Geh lzwurzeln zu untersuchen Der in der Umgebung der Versuchsfelder vorkommende Ampfer Rumex obtusifolius ist als tiefwurzelnde Art mit kr ftiger Pfahlwurzel bekannt KUTSCHERA amp LICHTENEGGER 1992 LiNERT 1995 Deshalb wurden im Oktober 2000 aus dem angrenzenden Wiesengel nde kr ftige Ampferpflanzen in die Testfelder verpflanzt Gleichzeitig wurden weitere Zitterpappeln Populus tre mula gepflanzt um die Ausf lle im Sommer zu ersetzen Um die Auswirkungen der Wurzelsperren auf den Wasserhaushalt der Rekultivie rungsschicht zu untersuchen wurden in jedem Testfeld zwei TDR Sonden instal liert mit denen der Wassergehalt des Bodens bestimmt werden kann Eine Sonde 5 cm oberhalb der Wurzelsperre und
185. messen werden bei trocknem Boden wird der Messbereich berschritten Die Kombination der Messwerte von Wasserspannung und Wassergehalt erlaubt die Berechnung von Wasserspannungskurven f r einen konkreten Boden Hieraus lassen sich die wichtigsten Zust nde des Bodenwasserhaushaltes ableiten die konventionell an bestimmte Wasserspannungen gekoppelt sind 1 Die Feldkapazit t Wasserspeicherkapazit t bezeichnet den Wassergehalt der vom Boden ber l ngere Zeit gegen die Schwerkrafteinwirkung festgehal ten werden kann Sie ist konventionell auf 60 hPa pF 1 8 festgelegt 2 Der permanente Welkepunkt PWP bei 15 000 hPa pF 4 2 markiert die obere Grenze der Wasserverf gbarkeit Allgemein k nnen Pflanzen gr ere Saugspannungen nicht berwinden d h das in diesem Zustand noch im Boden vorhandene Wasser Totwasser kann nicht mehr von den Pflanzen aufge nommen werden 3 Die nutzbare Feldkapazit t nutzbare Wasserspeicherkapazit t ist als Diffe renz zwischen Feldkapazit t und permanentem Welkepunkt definiert Sie bezeichnet den Wasserspannungsbereich bzw Wassergehalt den die Pflanzen f r ihre Versorgung zu nutzen verm gen Die Lage und Anordnung der TDR Messf hler und Tensiometer ist in Kapitel 2 2 siehe auch Abbildung 2 3 dargestellt 17 In den USA wird als Field Capacity der Wassergehalt bei 330 hPa pF 2 5 verstanden 90 Bodenwasserhaushalt und Bodentemperatur
186. n Gruppe k nnen in der Regel verschiedene Arten die gleiche Funktion erf llen 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 109 4 6 1 2 Regenw rmer in den Lysimeterfeldern W hrend der Erdbauarbeiten wurde zum einen die Menge der mit dem Rekulti vierungssubstrat angelieferten Regenw rmern bestimmt zum anderen wurde im weiteren Verlauf des Vorhabens die Entwicklung dieser Population in den Testfel dern untersucht Vorbemerkungen und Methoden Der angelieferte Boden wurde mit einer Handauslese auf Regenw rmer durch sucht nach EHRMANN amp BABEL 1991 Dabei wurde der Zustand der Regenw rmer verletzt unverletzt bonitiert Um die in den Proben gefundene Regenwurmmenge auf eine Standardfl che 1m umrechnen zu k nnen wurde der Boden gewo gen Mittels der nach dem Einbau erhobenen Parameter Einbauh he und Trockenraumdichte konnte dann der Fl chenbezug hergestellt werden Bei allen Regenwurmuntersuchungen nach dem Einbau der Substrate in die Test felder wurden die Regenw rmer mit einer Kombination aus Elektromethode 1 8 m Untersuchungsfl che THIELEMANN 1986 und nachfolgender Handauslese einer Teilfl che 1 30 m Tiefe 30 cm durchgef hrt An jedem Standort wurde diese Methodenkombination sechsmal wiederholt Die Zahl der Wiederholungen war jedoch zu gering um Unterschiede zwischen den Testfeldern in Leonberg statis tisch abzusichern Ergebnisse Der bei der Anlage der Rekultivierungsschicht gelief
187. n der Pflanzen auf die zumindest geringf gig g nstigeren Standortbedingungen im Testfeld U Insbesondere durchwurzeln die Pflanzen das unverdichtete Substrat des U Feldes erheblich tiefer und intensiver als das lagenweise verdichtete Material im Kontrollfeld Die Ergebnisse berraschen vor allem insofern als dass diese Unter schiede schon im Lauf der ersten Vegetationsperiode nach Einrichtung der Felder so deutlich zutage traten Sollte diese Entwicklungstendenz in Zukunft anhalten so wird die ppigere und vitalere Vegetation des U Feldes das Substrat besser erschlie en was zu einem h heren Wasserverbrauch durch Evapo Transpiration f hren wird 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 129 4 8 Ingenieurbiologischer Verbau G B NECKE Durch den Einbau von Buschlagen Abbildung 4 37 in die Rekultivierungsschicht ist es m glich auch bei steileren B schungen lt 1 3 B den locker d h ohne Verdichtung zu sch tten Ein lockerer Bodeneinbau ist eine wesentliche Voraus setzung daf r dass Pflanzen vor allem Geh lze Entwicklungsm glichkeiten vor finden wie sie auf nat rlichen Standorten vorherrschen Erst dadurch kann ein Bewuchs auf abgedeckten Deponien eine wesentliche Funktion im Wasserhaushalt die Minimierung und Vergleichm igung der Absickerung in die Rekultivierungs schicht nachhaltig erf llen B neckE 2001 Zudem ist in locker gesch tteten B den der Anwuchserfolg von Pflan
188. n ihrer Funktionsf higkeit einzu b en So wird heute das System Rekultivierungsschicht und Bewuchs sogar als das angfristig bedeutsamste Element der Oberfl chenabdichtung bezeichnet Es liegt auf der Hand dass erh hte Anforderungen und weitere Funktionen auch eine h here Qualit t bei der Herstellung der Rekultivierungsschichten erfordern Die kologischen Wissenschaften liefern die Grundlagen wie Boden und Vegetati onsdecke beschaffen sein m ssen um m glichst viel Regenwasser zu speichern und wieder zu verdunsten Leider fehlte es bislang an M glichkeiten dieses Wissen in der allt glichen Baupraxis einzusetzen Der vorliegende Band 32 der Schriftenreihe Culterra ist aus dem Abschlussbericht eines Forschungsvorhabens mit dem etwas sperrigen Titel Rekultivierung von Deponien mit Oberfl chenabdichtungen Untersuchungen zur Gestaltung von Rekultivierungsschichten und Wurzelsperren entstanden Dieses Vorhaben vereinte Fachleute aus Hochschulen und Unternehmen sowie freiberuflich arbeitende Wissenschaftler der Arbeitsgebiete Deponietechnik Bodenmechanik Bodenkunde sowie Vegetations und Standortskunde in einer Arbeitsgruppe um gemeinsam praxisf hige L sungen zur Integration der unterschiedlichen und teilweise kontro versen fachlichen Anforderungen an Rekultivierungsschichten zu erarbeiten und in einem Gro versuch auf der Deponie Leonberg zu erproben Das Vorhaben wurde durch das Land Baden W rttemberg im Rahmen des Pro gramm
189. n kann Die Tiefe der kapillaren Nachlieferungszone betr gt bei Schluff ca 20 45 cm bei Ton bis ca 30 150 cm Klimadaten Als Eingabedaten ben tigt HELP l ckenlose Tageswerte von Niederschlag Tem peratur und Globalstrahlung sowie Parameter f r die Verdunstung Quartalsmittel der relativen Luftfeuchte und mittlere j hrlliiche Windgeschwindigkeit F r die Modellierung des Wasserhaushalts wurden die Klimadaten der DWD Stationen B blingen und Renningen verwendet lediglich die mittlere Windgeschwindigkeit wurde von der Deponiestation bernommen siehe 4 9 1 Bezugsfl che f r die Berechnungen des HELP Modells ist die Horizontalprojektion eine Ber cksichtigung der Exposition und B schungsneigung ist im Programm explizit nicht vorgesehen BERGER 1999 Erforderlichenfalls muss eine Anpassung der Eingabedaten f r die Globalstrahlung als einziger Strahlungskomponente erfolgen Berechnungen von BERGER 1999 zeigen jedoch dass in s dlichen und stlichen Expositionen eine Korrektur der Globalstrahlungswerte nicht notwendig ist F r die Wasserhaushaltsmodellierung der s dostexponierten Versuchsfelder in Leonberg erfolgte deshalb keine Korrektur der Globalstrahlungswerte 150 Wasserhaushaltsmodellierung 4 9 3 Vergleich der Ergebnisse Modellierung und Messungen In diesem Abschnitt werden die Ergebnisse der Wasserhaushaltsmodellierung f r die beiden Bodenprofile Ub und Ud mit den Messwerten aus dem Lysimeterfeld mit unverdic
190. n und verursacht den geringsten Wasser stau in der dar berliegenden Rekultivierungsschicht Aus diesem Ergebnis leitet sich die die Durchl ssigkeitsverh ltnisse der beteiligten B den und Baustoffe im Einzelfall zu berpr fen 170 Zusammenfassung der Ergebnisse 6 _ bertragung der Ergebnisse in die Praxis 6 1 Zusammenfassung der Ergebnisse Erfahrungen bei der Bauausf hrung Der unverdichtete Einbau von Rekultivierungsschichten ist in der Praxis m glich er ist jedoch im Einzelfall von der B schungsneigung und den substratbedingten Scherparametern abh ngig Deshalb ist eine Pr fung der Schereigenschaften des verwendeten Bodenmaterials grunds tzlich notwendig Gro scherversuche erga ben dass die ma gebenden Scherparameter der unverdichteten Substrate auch mittels klassischer Scherversuche im Labor erhoben werden k nnen Das beim Bau der Testfelder eingesetzte neue Verfahren Vor Kopf Einschieben der Rekultivierungssubstrate in einer Schicht ist als Kompromissl sung f r die Bau praxis zu sehen um Verdichtungen im Unterboden zu vermeiden Ein v llig ver dichtungsfreier Einbau des Bodens kann nur ohne jegliches Befahren mit Bandab setzer oder Teleskopbagger realisiert werden Diese Verfahren werden zumindest derzeit in der normalen Baupraxis aus Kostengr nden oder wegen fehlender Maschinen nur in Ausnahmef llen Anwendung finden und wurden deshalb auch beim Forschungsvorhaben nicht eingesetzt Durch das Vor Ko
191. nach Belieben in Abh ngigkeit des Alters der Sch ttung und auch der Feuchteverh ltnisse gew hlt werden kann wird der in situ Scherversuch unter Zuhilfenahme von Einrichtungen wie sie auch f r Ankerpr fungen verwendet werden durchgef hrt Bild 8 Bild 8 Durchf hrung eines in situ Scherversuches mit einem Karlsruher Schertester 1 Handpumpe 2 hydraul Hohlkolbenpresse 3 elektron Kraftmessdose Bislang wurden am 8 11 2001 und am 14 01 2002 Versuche dieser Art durchge f hrt Die ermittelten Scherspannungen sind in Abh ngigkeit vom berlager ungsdruck in Abbildung 4 9 dargestellt Wie ersichtlich gibt es eine gewisse Streuung der Messwerte wie dies unter den gegebenen Bedingungen auch zu erwarten ist Gleichwohl f gen sich insgesamt die Ergebnisse sinnvoll in das Scherverhalten gem den Scherversuchen im Labor d h das Scherverhalten in situ best tigt bislang die aus den Laborversuchen abgeleiteten Erkenntnisse zuk nftig sind weitere Messungen m glich und vorgesehen 44 Standsicherheit und Setzungsverhalten unverdichteter Rekultivierungsschichten 40 z kN m4 30 x 20 E x x O 10 0 0 10 20 30 40 50 60 o KN m2 Legende Werte durch in situ Schertester ermittelt am 08 11 2001 x Werte durch in situ Schertester ermittelt am 14 01 2002 O Scherfl che 120 x 120 cm ohne Wasserzugabe abgeschert pq 1 1 g cm L Ll Scherfl che 120 x 120 cm nach W sserung abgeschert pq 1 2 g cm gt SESCH
192. narten z B Lehme Tone kommen deshalb nicht als 160 Funktion und Eigenschaften von Wurzelsperren Wurzelsperren in Frage da sie sehr viel geringere Wasserdurchl ssigkeiten aufweisen als die dar berliegenden Substrate und deshalb ein Wasseraufstau in der Rekultivierungsschicht zu erwarten ist e Die zur Herstellung der Barrieren verwendeten Materialien sollen allgemein ver f gbar sein Die Wurzelsperren m ssen mit den blichen Verfahren der Bau praxis mit vertretbaren Baukosten herzustellen sein Aus diesen allgemeinen Erkenntnissen wurden die Wurzelsperrmaterialien f r den Einbau in die Testfelder ausgew hlt siehe auch 2 Folgende berlegungen lagen der Auswahl von Versuchsvarianten zugrunde 1 Wurzelsperrmatte Die Wurzelsperrmatte besteht aus einer gelochten Kupferfolie mit beidseitig aufgebrachtem Geotextil Die Wirkung der Matte beruht auf der pflanzentoxi schen Wirkung von Kupfer Ionen Um die Wasserdurchl ssigkeit sicherzustellen ist sie mit ca 1 mm gro en L chern versehen Das Produkt wurde bereits in einem Laborversuch mit Gr sern NEURURER 1997a und in einem AG monati gen Freilandversuch mit Gr sern Kr utern und Str uchern NEURURER 1997b getestet Ergebnisse von Langzeituntersuchungen liegen jedoch nicht vor 2 Dr nbeton Dr nbeton besteht aus Kies grober K rnung Zement und Wasser Die Kiesk r ner werden durch eine Zementh lle miteinander verkittet Im Gegensatz zu konventionellem Beton
193. nd Tabelle 4 6 zeigen dass die Temperaturabh ngigkeit der CO2 Konzentrationen berwiegend recht straff ist Die Zunahme der Sensitivit t mit der Tiefe erkl rt sich daraus dass bei niedrigen Temperaturen die CO Konzentratio nen im Profil weitgehend nivelliert sind bei h heren Temperaturen aber die Kon zentrationsunterschiede mit der Tiefe stark zunehmen 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 83 KONTROLLE UNVERDICHTET CO Konzentration vol mittlere Lufttemperatur der letzten 4 Tage Bodentiefe om 1 ERC Abbildung 4 23 CO Konzentration in Abh ngigkeit von der Temperatur Die Linien repr sen tieren lineare Regressionen der Beobachtungspaare Tabelle 4 6 Bestimmtheitsma und Signifikanzniveau der linearen Regressionen zwischen CO Konzentration und mittlerer Lufttemperatur der 4 Tage vor der Gasprobe nahme vergleiche Abbildung 4 19 Lysimeterfeld Tiefe el KA p gt F 25 1 9 n s K 50 7 8 n s Kontrolle 85 55 lt 1 135 66 lt 5 25 40 lt 5 U 50 52 lt 1 Unverdichtet 85 34 lt 5 135 63 lt 5 Bei zunehmender Austrocknung des Bodens nimmt die CO2 Konzentration zu Dieses Ergebnis berrascht da m
194. ng und Wasserentzug durch die Verdunstung aus dem Boden und der Pflanzendecke reduzieren und vergleichm igen mineralische Dichtung M llk rper Abbildung 1 1 Aufbau des Oberfl chenabdichtungssystems gem TASI Deponieklasse II 2 Ausgangslage Motivation f r das Vorhaben Diese vielf ltigen Anforderungen k nnen Rekultivierungsschichten jedoch nur er f llen wenn sie entsprechend gestaltet sind Bislang waren diesbez gliche For derungen von Seiten der Boden und Vegetationskunde vor allem an der Zielset zung orientiert vitale und dauerhafte Pflanzenbest nde zu etablieren um die landschaftspflegerischen Vorgaben erf llen oder die rekultivierten Fl chen land oder forstwirtschaftlich nutzen zu k nnen z B BARNER 1978 In den letzten Jah ren r ckte jedoch die Wasserhaushaltsfunktion der Rekultivierungschichten immer st rker ins Zentrum des Interesses z B DGGT 2000 Dies gilt vor allem auch im Hinblick auf die Langzeitverwahrung denn der Lebensdauer der technischen Kom ponenten von Oberfl chenabdichtungen sind Grenzen gesetzt z B M LLER amp AucusT 1997 MELCHIOR 2000 Die Absickerung aus einer Rekultivierungsschicht ergibt sich aus der Differenz zwischen Wassereintrag aus Niederschlag und dem Wasserverbrauch durch Transpiration der Pflanzen und Evaporation Interzeption Bodenevaporation so wie dem Abfluss an B schungen Der Anteil dieser Komponenten siehe auch Abbildung 3 1 an d
195. nge 30 m blaugr n angef rbten Wassers auf die Bodenoberfl che ausgebracht Die Verteilung der Farbe um die R hren zeigt dass der Wassertransport in dieser Tiefe fast nur in Regenwurmr hren stattgefunden hat Bild D 16 Wurzeln in Regenwurmr hren Das Bild zeigt drei Regenwurmr hren in ca 70 cm Tiefe vertikaler Schnitt Bildbreite 9 cm Die Regenwurmr hren heben sich aufgrund ihrer Form und ihrer dunklen Wandauskleidung Humustapete vom umgebenden Boden ab In allen drei R hren sind Wurzeln hineingewach sen wenige in die rechte R hre und sehr viele in die mittlere Vertikale Regenwurmr hren erleichtern Wurzeln den Weg in den Unter boden gleichzeitig stellt die Humustapete eine N hrstoffquelle dar 108 Bodenleben kologische Gruppen von Regenw rmern Regenw rmer k nnen aufgrund ihrer unterschiedlichen Lebensweise und der Besiedlung verschiedener Lebensr ume im Boden in die drei kologischen Grup pen epig isch endog isch und anezisch eingeteilt werden BoucHE 1972 und 1977 Diese Einteilung ist f r das Verst ndnis des folgenden Beitrages von grundlegender Bedeutung Eine schematische Darstellung des Lebensraumes der kologischen Gruppen und Bilder typischer Arten werden auf Bildtafel C gezeigt Bild C 1 bis C 8 Die Funktionen der drei kologischen Gruppen sind in Tabelle 4 10 kurz beschrieben und werden auf Bildtafel D visualisiert Bild D 9 bis D 16 Tabelle 4 10 epig
196. nn 94 Bodenwasserhaushalt und Bodentemperatur 4 5 2 Bodentemperatur In jedem Lysimeterfeld wurden zwei Messpunkte mit Thermosensoren in 25 50 85 und 135 cm Tiefe ausgestattet vergleiche 2 2 Es zeigt sich dass Unter schiede im Wasserhaushalt der beiden Testfelder auch durch den Temperatur verlauf dokumentiert werden k nnen Die Ergebnisse der Temperaturmessungen seit Juni 2001 zeigen sehr hnlich ver laufende Temperaturganglinien mit folgenden Merkmalen e Die Maximum Temperaturen wurden jeweils im Juni die Mini mum Temperaturen im Januar registriert Die Temperaturextreme wurden jeweils nahe der Bodenoberfl che gemessen die Kurven der Messungen in 25 cm Tiefe weisen die gr te Amplitude auf e Es wurden zu keinem Zeitpunkt Minustemperaturen gemessen 26 26 24 24 Uc 22 22 20 204 e 184 9 Hu 16 16 2 2 1 S 14 S 14 o o Si E ACEN 5 12 5 12 H 10 10 4 8 ER 6 6 4 EE 2 ER o 0 man n A Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz 26 Ka 26 Ua 24 24 22 22 20 20 18 gt 18 9 9 g ke tf 2 2 S 14 S 14 g g E 12 E 12 e e 10 10 4 8 ER 6 6 4 4 2 el ER 0 eem mee KR EE EE IA EE SESTE SOREA Jun Jul Aug Sep Okt
197. nnen Erprobung von Wurzelsperren Die vorl ufigen Ergebnisse der Versuche zur Erprobung von Wurzelsperren in Frei burg legen den Schluss nahe dass unter den gegebenen Bedingungen alle getes teten Materialvarianten Kupfermatte Dranbeton verdichteter Sand und Glassplitt nur bedingt als Wurzelsperren geeignet sind Alle Varianten wiesen zwar einen Teil der Wurzeln ab in jede Sperre konnten jedoch auch Wurzeln eindringen Die Kupfer Sperrmatte wurde aufgrund ihrer geringen Dicke als einzige durchdrungen Zudem f hrten die drei Varianten Kupfermatte Dranbeton und Glassplitt aufgrund eines Kapillarsperreneffektes zu Stauwasser in den dar berliegenden Rekulti vierungsschichten Nach dem derzeitigen Untersuchungsstand erscheint daher die Variante verdichteter Sand am geeignetsten 172 Empfehlungen f r die Praxis 6 2 Empfehlungen f r die Praxis Standsicherheit Bei unverdichtetem Einbau m ssen die Scherparameter des jeweils einzubauenden Rekultivierungsmaterials bekannt sein F r locker gesch ttete Substrate k nnen die ma gebenden Scherparameter durch klassische Scherversuche im Labor ermittelt werden Substratauswahl Die Verteilung der Bodenarten in der Bundesrepublik ist regional sehr unterschied lich Es wird deshalb nicht immer m glich sein optimale Substratqualit ten f r jeden Deponiestandort mit vertretbarem Aufwand zu beschaffen In der Praxis werden deshalb oft Kompromissl sungen zwischen den Anforderungen der Bo
198. nnschliff von der Losung eines gro en anezischen Regenwurms Bildbreite 4 mm Neben zahlreichen Pflanzenresten mit Innen struktur enth lt die Losung auch viel minera lisches Material zahlreiche helle Quarzk rner sind zu sehen Mineralisches Material und Pflanzenreste sind gleichm ig in der Losung verteilt sie wurden im Regenwurmdarm inten siv vermischt Dadurch wird die Bildung von Ton Humus Komplexen gef rdert Bild D 13 Aporrectodea longa bei Losungs ablage Der Regenwurm kommt dazu mit dem Hinter ende aus dem Boden A longa legt h ufig seine Losung an der gleichen Stelle ab Dadurch entstehen charakteristische Losungs h ufchen anhand deren auch sein Vorkommen erfasst werden kann Durch die Losungsablage an der Oberfl che wird der Boden in erheb lichem Umfang gelockert Bild D 14 Losungen an der Bodenoberfl che Auf einem stark betretenen Rasen haben Regenw rmer nach der Winterruhe ihr R hrensystem erneuert Da der verdichtete Boden keinen Raum f r die Losungsablage bot haben sie die Losungen auf die Bodenober fl che gelegt Die j hrliche Losungsablage an der Bodenoberfl che kann betr chtliche Aus ma e annehmen z T ber 5 kg m Bild D 15 Regenwurmr hren im Unterboden Bild 15 ist eine Aufsicht auf den Boden in 70 cm Tiefe Bildbreite 50 cm Das Bild zeigt zahlreiche Regenwurmr hren verschiedenen Durchmessers Vor dem Aufgraben wurde eine einem Starkregen entsprechende Me
199. nordwestlich exponierten B schung Aller dings verlief der Betrieb dieser Station im Jahr 2001 nicht ohne St rungen und Ausfallzeiten F r Wasserhaushaltsbetrachtungen sind jedoch l ckenlose Daten reihen erforderlich so dass auf Daten der nahegelegenen DWD Klimastationen Renningen und B blingen ca 2 bzw 7 km entfernt zur ckgegriffen werden muss Deshalb wird in einem ersten Schritt f r das Jahr 2001 gepr ft inwieweit die Werte der DWD Klimastationen mit den auf der Deponie Leonberg gemesse nen Klimadaten bereinstimmen und als repr sentativ f r den Standort Leonberg angesehen werden k nnen In Abbildung 4 39 sind die monatlichen Niederschlags summen und Monatsmittel der Lufttemperaturen vergleichend gegen bergestellt Die Temperatur Tagesmittelwerte der Deponiestation zeigen durchgehend eine sehr gute bereinstimmung mit den Werten der DWD Station B blingen und auch die Monatsmittel von Januar bis Mai sowie von November und Dezember sind gleich Lediglich in den Sommermonaten liegen die auf der Deponie gemessenen Werte im Monatsmittel bis maximal 1 5 C unter dem Mittel der DWD Station Dies kann m glicherweise durch die n rdliche Exposition der Messstation in Leonberg bedingt sein Insgesamt ergibt sich hierdurch mit 8 6 C ein um 0 4 C niedrigeres Jahresmittel f r 2001 auf der Deponie B blingen 9 0 C 32 Die Station auf der Deponie Leonberg misst Temperatur Niederschlag und Windgeschwindigkeit aberkeine Globalstr
200. ns durch die Bodenumlagerung gelangten Regenw rmer tief in den Unterboden 1 Der Autor untersucht seit 1987 die Regenwurmfauna Baden W rttembergs und hat bisher ca 200 Standorte beprobt 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 111 der Testfelder Durch die verdichteten Schichten im K Feld kann sich kein Regenwurm graben und es ist auch nicht sehr wahrscheinlich dass sich Regenw rmer aus den unteren Schichten des U Feldes zur Bodenoberfl che durchgraben k nnen Im eingebauten Unterboden k nnen Regenw rmer wegen Nahrungsmangel und Sauerstoffarmut nicht lange leben e Nahrungsmangel unmittelbar nach dem Einbau der Rekultivierungsschicht Es fehlt noch die Streu von Pflanzen der ausgebrachte Kompost deckt nicht die Nahrungsanspr che der drei verschiedenen kologischen Gruppen ab Vergleichbare Untersuchungen sind aus der Literatur nicht bekannt auch wurde kein derart gravierender Effekt der Bodenumlagerung auf die Regenwurmpopula tion erwartet Weder Zeitpunkt frostfreier Sp therbst noch Bodenfeuchte mitt lere Werte waren ung nstig f r Regenw rmer Prinzipiell sind die Ergebnisse wegen der praxiskonformen Durchf hrung des Testfeldbaues auch auf hnliche Bauma nahmen bertragbar Deshalb sollte der Frage nachgegangen werden ob Bodenumlagerungen stets mit solchen katastrophalen Auswirkungen f r Regen wurmpopulationen verbunden sind Eine deutliche Reduktion der Regenwurmverluste durch eine schonendere
201. nte Ausgabedaten als Tageswerte e Oberfl chenabfluss e Dr nabfluss e Absickerung aus der untersten Schicht e tats chliche Evapotranspiration ETa und e Wassergehalt der Verdunstungszone Boden und Aufbaudaten 3 Die Klimadaten wurden vom DWD f r Forschungszwecke zur Verf gung gestellt 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 147 Das Programm ben tigt Daten zum Profilaufbau Bodenart Lagerungsdichte Tiefe der Verdunstungszone und zum Standort geografische Lage Hangneigung und Exposition HELP berechnet den Wasserhaushalt eines homogenen Ausschnitts einer Oberfl chenabdichtung bzw Rekultivierungsschicht Solche kleinsten Ein heiten werden in der Bodenkunde als Pedon bezeichnet SCHLICHTInG et al 1995 ihre Bodenmerkmale werden durch Bohrung oder in Profilgruben bestimmt Als Eingabedaten der Bodenparameter f r die Wasserhaushaltsmodellierung dienen grunds tzlich die bei den Profilaufnahmen in den beiden Lysimeterfeldern gemes senen Werte z B Lagerungsdichte Bodenart Nur bei den Profilaufnahmen im Sommer 2001 Ub Kb Ud und Kd konnten auch die Durchwurzelungstiefe und intensit t bestimmt werden Deshalb werden die Daten dieser vier Profile f r die Wasserhaushaltsberechnungen herangezogen Die Lage der Profile ist in Abbildung 2 3 verzeichnet F r die kf Werte die in den Versuchsfeldern mit vertretbarem Aufwand nicht bestimmt werden konnten wurden empirische Daten aus der HELP Datenbank basier
202. on Wurzelsperren Freifeldpr fanlage Freiburg 2 3 1 Aufbau der Versuchsanlage Die Versuchsanordnung zur Pr fung der Wirksamkeit von Wurzelsperren wurde auf der Freifeldpr fanlage des Instituts f r Landespflege in Freiburg G nterstal eingerichtet Es werden vier Varianten von Wurzelsperren Tabelle 2 3 in je 6 m grossen Feldern untersucht Abbildung 2 4 Das Gef lle des Versuchsgel ndes betr gt ca 5 200 cm Wurzelsperrmatte Dr nbeton Sand verdichtet Glassplitt verdichtet 300 cm zz je 2 TDR Messf hler pro Testfeld 5 cm und 30 cm ber der Wurzelsperre Abbildung 2 4 Anordnung der Wurzelsperren Versuchsfelder und Messeinrichtungen um die Holzkonstruktion gegen den Druck der Verdichtung zu stabilisieren wurde jedes Feld in der Mitte unterteilt siehe Bild 2 Die Felder sind analog dem Regelaufbau nach TAS 1993 jedoch ohne Dichtungselemente aufgebaut Abbildung 2 5 Zwischen Rekultivierungs und Entw sserungsschicht wurden die Wurzelsperren eingesetzt Die M chtigkeit der Rekultivierungsschicht betr gt lediglich 50 cm um die Durchwurzelung bis zur Wurzelsperre zu beschleunigen Als Rekultivierungssubstrat wurde der anstehende Boden verwendet Es handelt sich um einen lehmigen Sand mit einem bis in ca 20 cm Tiefe reichenden humosen Oberboden Das Oberbodenmaterial wurde beim Ausbaggern der Versuchsfelder separat abgehoben zwischengelagert und sp ter wieder an urspr nglicher Stelle eing
203. onberg anf nglich die Verwendung von B den der Bodengruppen 4 bis 7 schwach bindiger Boden bindiger Boden gem DIN 18 915 angestrebt Da in der Region jedoch fast ausschlie lich stark bindiger Boden ansteht wurden auch B den der Gruppe 8 zugelassen F r eine Aufnahme der ebenfalls bedingt geeigneten nichtbindigen B den Sande Boden artengruppe 2 bestand keine Veranlassung da diese in der Region fast nicht vorkommen F r alle Bodenarten wurde der Tonanteil auf lt 25 Gew der Stein gehalt 263 mm auf lt 20 Gew und das Gr tkorn auf lt 100 mm begrenzt Tongehalte ber 25 Gew sind wegen ung nstiger Standsicherheitseigenschaf ten der B den nicht akzeptabel und auch aus vegetationskundlicher Sicht nicht erw nscht Zus tzlich zu dieser allgemeinen Vorgabe sollte f r den Bau der Testfelder die Entnahme des Bodens aus Herkunftsstellen erfolgen die die Liefer ung einer m glichst gro en einheitlichen Menge erlauben um die Vergleichbar keit der beiden Lysimeterfelder zu gew hrleisten Vor der Anlieferung war eine kurzfristige Begutachtung der vorgesehenen B den durch ein Mitglied der Arbeits gruppe an der Entnahmestelle und die Freigabe zur Anlieferung vorgesehen Diese speziellen Qualit tsanforderungen ergaben bei der Ausschreibung erheblich h here Preise f r die Lieferung der Substrate als bei bisher mit geringeren Anfor derungen an die B den durchgef hrten Rekultivierungsma nahmen Aufgrund der hohen P
204. onell verdichteter Rekultivierungsschicht Die Phytomasseproduktion beeinflusst ber den mit ihr verbundenen Wasser verbrauch der Pflanzen auch den Wasserhaushalt des Standortes Messbare Aus wirkungen auf den Wasserhaushalt z B die Absickerungsraten der Testfelder haben die im Hinblick auf zuk nftig angestrebte Waldbest nde insgesamt noch geringen Biomassen und wenig bedeutsamen Unterschiede zwischen den Feldern f r das Jahr 2001 nicht 124 Vegetationsentwicklung 4 7 2 Vitalit t der Geh lze Im Verlauf der ersten Vegetationsperiode nach der Pflanzung war bei den Zitter pappeln eine Reihe von Ausf llen zu verzeichnen die berwiegend durch eine Pilzinfektion der Baumwurzeln verursacht wurden Als weiteres Vegetations merkmal wurde deshalb der Vitalit tszustand der Zitterpappeln auf den Versuchs feldern mit einer fl chendeckenden Bonitierung im Juli 2001 untersucht Zur Bewertung der Vitalit t kam eine dreistufige Skala mit folgenden Vitalit tsstufen zum Einsatz vital keine sichtbaren Sch den mindestens ein abgestorbener Ast keine Bl tter trockenes Holz I gesch digt Ill abgestorben keine Bl tter nur trockenes Holz Vor allem hinsichtlich des Anteils abgestorbener B umchen unterschieden sich die beiden Testfelder erheblich Abbildung 4 35 links Im Kontrollfeld K Feld waren 32 1 der Zitterpappeln abgestorben im Feld mit unverdichtet eingebauter Rekultivierungsschicht U Feld nur ca 10
205. ort sind die Grobporenanteile drastisch reduziert e In den verdichteten Zonen des K Feldes wurden deutlich h here mechanische Eindringwiderst nde festgestellt e Die Versuchsfelder haben unterschiedliche Infiltrationseigenschaften im K Feld erfolgt Infiltration vorwiegend in Rissen im U Feld dagegen eher fl chig Auswirkungen auf die Vegetation Als Konsequenz aus den unterschiedlichen Einbauverfahren ist das K Feld ein ung nstigerer Pflanzenstandort als das U Feld e Aufgrund des geringeren Porenvolumens und der Unterbrechung der Porenkontinuit t ist im K Feld die Durchl ftung schlechter Da zudem die Ein dringwiderst nde h her sind ist dieses Feld f r Pflanzenwurzeln schwerer zu erschlie en Die Durchwurzelung ist folgerichtig auch wesentlich weniger tief und findet wie die Sickerung vorwiegend in Rissen statt Das gesamte Boden volumen wird selbst im Oberboden nicht erschlossen e Aufgrund der unterschiedlichen Infiltrationseigenschaften wird die Wasser speicherf higkeit nicht kapazit t im K Feld au erdem etwas geringer sein In beiden Feldern wurde aus Gr nden der Vergleichbarkeit hochwertiger L ss mit einer sehr hohen Wasserspeicherkapazit t eingebaut Deshalb ist davon auszuge hen dass die Auswirkungen der Verdichtung auf den Pflanzenwuchs insgesamt weniger drastisch sind als dies in konventionellen Rekultivierungen der Fall w re wenn wie blich B den mit hohen Stein Sand und oder Tonanteilen einge
206. owie alle 4 Wochen der CO Gehalt der Bodenluft gemessen Vegetationseigenschaften Klima und Bodendaten dienen als Grundlagen f r eine exakte Wasserbilanz In jeder Vegetationsperiode werden deshalb die entsprechenden Merkmale der Vegetation z B Bestandesstruktur Bio masse Deckungsgrad quantitativ erfasst Von besonderer Bedeutung f r den Wasserhaushalt ist die Bodendurchwurzelung Deshalb m ssen Durch 2 Versuchsanlagen und Untersuchungsprogramm 15 wurzelungstiefe Durchwurzelungsintensit t und ma gebliche Bodenmerk male aufgenommen werden e Da Rekultivierungsschichten nach dem Einbau verarmte Bodenbioz nosen und meist h here Lagerungsdichten als nat rliche B den aufweisen kommt der Entwicklung des Bodenlebens und der Bodenstruktur eine gro e Bedeutung im Hinblick auf die Standortqualit t zu Im Vordergrund der Untersuchungen zu Bodenleben und Bodenstruktur steht daher die Frage welchen Einfluss die unterschiedlichen Einbauverfahren auf die Ausbildung der Bodenstruktur und auf das Vorkommen von Regenw rmern und Mikro organismen haben und wie Regenw rmer die Bodenstruktur der Rekulti vierungsschichten ver ndern k nnen Hierzu erfolgen mikromorphologische Untersuchungen der Bodenstruktur an D nnschliffen aus den Testfeldern Die Regenw rmer werden nach Arteninventar Anzahl und Biomasse erfasst weiterhin werden Biomasse und Aktivit t der Mikroorganismen ermittelt 16 Wirkung von Wurzelsperren 2 3 Wirkung v
207. pf Einschieben der Rekultivierungsschicht wird der Oberboden zwangsl ufig befahren und verdichtet Die Oberbodenverdichtungen sind aber weniger sch dlich als solche im Untergrund denn sie werden auf nat rliche Weise allm hlich aufgel st oder k nnen mit technischen Mitteln relativ leicht aufgelockert werden Die verdichtete Bodenoberfl che der Versuchsfelder wurde mit dem ebenfalls neu entwickelten Verfahren Umgraben mit dem Bagger aufgelockert Es schafft eine stark raue Bodenoberfl che die Bodenerosion in der vegetationsfreien Zeit sehr effektiv unterbinden konnte Eigenschaften der Rekultivierungsschicht nach Fertigstellung der Felder Die Ergebnisse der vor dem Bodeneinbau durchgef hrten Laboruntersuchungen zum Standsicherheitsverhalten unverdichteter Rekultivierungsschichten werden durch die in Situ Messungen mit neu entwickelten Karlsruher Schertestern best tigt Obwohl die Setzungen des unverdichteten Substrates im Testfeld nach 18 Mona ten noch nicht vollst ndig abgeklungen sind zeigt sich dass mit dem praktizierten Einbauverfahren f r unverdichtete B den Trockenraumdichten unterhalb der Aus gangsdichte des Substrates erzielt werden konnten Hingegen entstanden durch die lagenweise Verdichtung beim konventionellen Einbau Sperrschichten im Unterboden Diese weisen viel weniger Grobporen und damit deutlich h here 6 bertragung der Ergebnisse in die Praxis 171 Trockenraumdichten als das Substrat beim unverdichteten
208. ppeln sind zu fast 100 angewachsen Die Weiden ste haben bis zum Ende der Vegetationsperiode 2001 Triebe mit einer mittleren L nge von 0 8 m gebildet was einem durchschnittlichen bis guten Wachstum entspricht Durch Frosteinwirkung traten im Winter 2001 02 vereinzelt Ausf lle auf Im Fr hjahr 2002 war das Antriebsverhalten wegen Trockenheit zun chst m ig in zwischen verl uft das Triebwachstum aber wieder durchschnittlich bis gut 26 Lagenbau Sammelbegriff f r die ingenieurbiologischen Bauweisen Buschlage Heckenbuschlage und Heckenlage Heckenlage Bauweise wie Buschlage anstelle lebender ste werden jedoch ausschlie lich geeignete bewurzelte Geh lze verwendet 27 Lebende ste Astst cke von Geh lzen mit der F higkeit zur adventiven Wurzelbildung z B Weidenarten 28 Heckenbuschlage Bauweise wie Buschlage nur werden die lebenden ste mit geeigneten bewurzelten Geh lzen durchmischt 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 231 Bild 14 Anlage der Bermen mit Teleskop bagger mit etwa 12 15 Grad Nei gung gegen die B schung Mit dem Aushub wird die unterhalb liegende Lage abgedeckt Bild 15 Verlegen der Weiden ste auf einer Berme die ungef hr 80 cm tief in die Rekultivierungsschicht einge schnitten ist Der Abstand zur unter liegenden Lage betr gt b schungs parallel ca 150 cm Bild 16 Messung von Ausziehwiderst nden im Testfeld Buschlagen im M rz 2001 Das eingesetzte Ger t
209. r eren Einbindetiefe deutlich h her und die Kosten sind geringer da die Reihenabst nde der Lagen weiter gew hlt und die Arbeiten teilmechanisiert ausgef hrt werden k nnen Der Gesamtaufwand l sst sich bei Lagenbauten deutlich reduzieren wenn ber wiegend gt 80 oder ausschlie lich bewurzelte Geh lze verwendet werden Heckenbuschlage oder Heckenlage Das Pflanzmaterial wird aus Baumschulen frei Baustelle bezogen wodurch der hohe Zeitanteil f r die Gewinnung lebender ste deren Transport und sachgerechte Lagerung teilweise bzw ganz entf llt Bei der Organisation des Bauablaufs muss beachtet werden dass die Ausf hrung von Lagenbauten auf die hierf r g nstige Jahreszeit von der Laubverf rbung im Herbst bis sp testens zum beginnenden Laubaustrieb im Fr hjahr beschr nkt ist 30 eine Verwendung als bewurzelte Geh lze ist ebenfalls m glich 140 Ingenieurbiologischer Verbau Tabelle 4 17 F r Lagenbauten in Rekultivierungsschichten gut geeignete Geh lzarten zur Ver wendung als bewurzelte Sprossteile nach GROHMANN 2000 Wissenschaftlicher Name Deutscher Name Wuchsform Acer pseudoplatanus Bergahorn Baum Alnus glutinosa Schwarzerle Baum Alnus incana Grauerle Baum Alnus viridis Gr nerle Strauch Cornus mas Kornelkirsche Strauch Cornus sanguinea Roter Hartriegel Strauch Corylus avellana Hasel Strauch Evonymus europaea Pfaffenh tchen Strauch Fraxinus excelsior Gew
210. r ckgehen 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 103 4 6 Bodenleben O EHRMANN 4 6 1 Regenw rmer 4 6 1 1 Einf hrung Innerhalb der in Europa etwa 50 000 Arten umfassenden Gruppe der Bodentiere nehmen die Regenw rmer mit mehreren 100 Arten hinsichtlich der Artenzahl nur einen kleinen Anteil ein Eine herausragende Stellung innerhalb der Bodentiere haben sie aufgrund ihrer Biomasse und Funktion In vielen B den Mitteleuropas sind sie die Tiergruppe mit der h chsten Biomasse DunGEr 1983 Durch ihre Lebensweise beeinflussen die Regenw rmer sowohl Bodenstruktur als auch Stoffums tze im Boden wesentlich e Manche Arten k nnen bis ber 1 m tief graben und so neue Hohlr ume auch im Unterboden bilden Dabei legen sie erhebliche Mengen mineralische Subs tanz auf die Bodenoberfl che und mischen organische Substanz als Ausklei dung ihrer Wohnr hren in den Unterboden ein GrAFF 1971 In diesen R hren k nnen Stofftransporte erfolgen So ist die Infiltrationsrate von Wasser deutlich h her wenn zahlreiche Regenwurmr hren vorhanden sind EHLERS 1975 e Der Streuabbau wird durch die Regenw rmer in gro en Umfang beeinflusst So kann fast die gesamte Laubstreu eines Buchenwaldes nach mikrobieller Vorzer setzung von Regenw rmern gefressen werden SATCHELL 1967 Im Regen wurmdarm erfolgt dann eine Feinvermischung von organischer und minerali scher Substanz Durch die dabei stattfindende Bildung von Ton H
211. r Bodenentwicklung im K Feld sind oder als Ursache eher kleinr umige Heterogenit ten in Frage kommen kann zur Zeit nicht beantwortet werden 0 ei 2220 P 2905201 Li 20 ok a 20 i e j b a En e ur o 40 HH J 40 mor d L t H M t HH 1 H E LR lt H o 60 Fe J 60 Haren J DN E Lil L Fr 80 Fa e J 80 o 1 a L a ce amni d e Do A Er Ei L d Lid Wi 100 Ra 1 0 a J J L Lo 4 L i Li D o wg 120 He Ge J 120 L Fg L Loi 0 0 2 2 D W WW 0 10 2 W 0 ao W W o 10 Eindringwiderstand vom Maximaiwert Eindringwiderstand vom Maximalwert 0 0 DEE 09 01 2001 06 06 2001 J eH S 20 m mm C 20 4 e S Ss d Se BE 1 1 a re e mo mor i 40 4 e SEO 40 m E J E Le Lg o 60 me J 60 01 A gt e l e oag H KD en 80 oH e lt A e I L d Lil 1 Loch E mi e o 100 o gt 4 100 me 4 m mo Lei o Le 1 e m L bes e Li 120 r Bt J 120 ai m4 J Lei S Lei 4044 0 02 9 me m w w0 0 10 0 0 4 5 W W W o Eindringwiderstand vom Maximalwert Eindringwiderstand vom Naximalwert K 1 U Abbildung 4 16 Eindringwiderst nde im U und K Feld f r jede Tiefe sind jeweils Mittelwert und Standardabweichung dargestellt n 8 F r die Messungen im Winter 2000 a und c sowie im Fr hling 2001 b und d konnte nicht das selbe Penetrometer verwendet werden d
212. r in der Regel nicht mehr zur Wasserversorgung nutzen Das Unterschreiten der Wassergehalte im Wurzelraum unter PWP markiert somit Zeit raume mit stark eingeschr nkter Wasserversorgung und oder Trockenstress Aus Abbildung 4 42 ist zu ersehen dass die von HELP modellierten Wassergehalte f r das Jahr 2001 berwiegend im Bereich zwischen Wasserspeicherkapazit t WSK und PWP angesiedelt waren Lediglich im Juli und August 2001 wurden Wasserge halte um den PWP berechnet 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 40 CA On Bodenwassergehalt Vol N CO Wu CH D CH WG WG in Profil Ub modelliert VZ 120 cm 2 gt gt x x x Ooemessener WG in Profil Uc 50 85 cm XII 153 40 35 30 25 20 O gemessener WG in Profil Ub 50 85 cem WG in Profil Ub modelliert mit VZ 150 cm Abbildung 4 42 Vergleich des modellierten Wassergehaltes der Verdunstungszone 120 cm Tiefe von Profil Ub mit den gemessenen Wassergehalten Mittel der Tiefenstufen 50 und 85 cm der Profile Ub und Uc zus tzlich sind angegeben Wasserspeicher kapazit t WSK und Permanenter Welkepunkt PWP WG Wassergehalt In Abbildung 4 42 sind die mit HELP berechneten Wassergehalte den im Testfeld gemessenen gegen bergestellt Da das Programm nur den ber die gesamte Tiefe der Verdunstungszone 120 cm gemittelten Wassergehalt ausgibt werden zum Vergleich ebenfa
213. rb den bisher meist nicht erreicht Dies kann als Erfolg des praktizierten Einbauverfahrens ohne zus tz liche Verdichtung gewertet werden 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 63 Jan 01 Ub Juni 01 Kb Jan 01 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 Trockenraumdichte g cm U Feld K Feld Oberboden N W Unterboden gt 50 cm SS Entnahmezustand Abbildung 4 15 Trockenraumdichte im Ober 25 cm Tiefe und Unterboden der Tiefen 50 85 und 135 cm der Testfelder U und K Die Lage der Messpunkte a bis d ist aus Abbildung 2 3 ersichtlich Probetermine a und c Januar 2001 b und d Juni 2001 4 3 2 Eindringwiderstand Mit der Messung des Eindringwiderstandes k nnen verdichtete Zonen im Boden charakterisiert werden weiterhin erlaubt dieser Parameter Aussagen ber die Durchwurzelbarkeit eines Bodens Die Aussagekraft ist jedoch mit Einschr nkun gen versehen weil Wurzelspitzen einen viel kleineren Durchmesser als Penetro meterspitzen aufweisen und auch gezielt in kleine Risse und Hohlr ume zwischen K rnern oder Aggregaten einwachsen k nnen Weiterhin ist die Durchwurzelung von einer Reihe anderer Faktoren wie z B der Sauerstoffversorgung abh ngig vergleiche hierzu 3 4 Methode Die Bestimmung des Eindringwiderstandes erfolgte mit einem Handpenetrometer Proctornadel an Bodenprofi
214. rbuch 55 74 S Anhang Koblenz Qi J J D Marshall amp K G Mattson 1994 High soil carbondioxide concentrations inhibit root respiration of Douglas fir New Phytol 128 435 442 Reichle D E 1977 The role of soil invertebrates in nutrient cycling In U Lohm amp T Persson Eds Soil organisms as components of ecosystems pp 145 156 Stockholm Swedish Natural Science Research Council Rowell D L 1997 Bodenkunde Untersuchungsmethoden und ihre Anwen dungen 614 S Berlin amp Heidelberg Sands R P B Nugroho D V Leung O J Sun amp P W Clinton 2000 Changes in soil CO2 and O2 concentrations when radiata pine is grown in competi tion with pasture or weeds and possible feedbacks with radiata pine root growth and respiration Plant and soil Vol 225 213 225 Satchell J E 1967 Lumbricidae In Burges A und F Raw eds Soil biology Academic Press London 259 322 Schaarschmidt G 1974 Zur ingenieurbiologischen Sicherung von Stra en b schungen durch Bewuchs und Lebendverbau Dissert TH Aachen 166 S Schack Kirchner H 1996 Holzernte und Bodenschutz Wie ernst mu man das Vorsorgeprinzip nehmen Agrarforschung in Baden W rttemberg 26 259 267 Stuttgart 182 7 Literatur Schack Kirchner H amp E Hildebrand 1998 Prozessmonitoring mit Gaskon zentrationsmessungen in Waldb den in Hildebrand E Hrsg Der Gas haushalt von Waldb den Messung Modellierung
215. reihe M rz 2001 Dabei sollte zun chst die Verbundfestigkeit zwischen noch unbewurzelten sten und Boden und im Sommer Herbst 2001 zwischen zu nehmend besser bewurzelten sten und Boden untersucht werden Leider zeigte sich bereits bei den ersten Versuchen dass mit dem vorhandenen Ausziehger t keine aussagekr ftigen Werte ermittelt werden k nnen Das Ger t ist so konstruiert dass jeweils ein einzelner Ast ber eine Klemmvorrichtung mit dem Kraftmessger t verbunden wird Die Buschlagen im Testfeld bestehen aber nicht aus einzelnen kontaktfrei nebeneinander liegenden sten sondern aus mit ihren Seitenzweigen ineinander greifenden Ast und Kronenst cken Bild 15 Wegen der gegenseitigen Beeinflussung der eng miteinander verzahnten ste wurde beim Herausziehen eines einzelnen Astes daher in erster Linie der sich aus dem Ver bund mit den benachbarten sten ergebende Widerstand gemessen F r eine Ermittlung der Verankerungswirkung der eingelegten ste ist es aber erforderlich die Tragf higkeit eines Astes gegen Herausziehen aus dem Boden und nicht aus einem Astpaket zu bestimmen F r die Buschlagen in Leonberg w re ein Messge rat erforderlich mit dem Ausziehversuche an ganzen Astgruppen durchgef hrt werden k nnen Ein solches Messger t m sste zur Kraftmessung mit einem schweren Zugger t wie einem Bagger oder Kran verbunden werden Entwicklung und Bau eines entsprechenden Ger ts waren im Projekt nicht m glich Da aus dies
216. reise wurde auf eine Bodenbeschaffung nach den oben genannten Krite rien verzichtet Statt dessen wurde auf eine praxisn here Alternative zur ckge griffen die wesentlich geringere Anforderungen an die zu liefernden B den stellte Es wurde lediglich unbelasteter gemischtk rniger standsicher verdichtbarer Boden mit einem Steingehalt lt 20 Gew gefordert Gl cklicherweise ergab sich 3 In der Bodenkunde wird diese als Bodenart bezeichnet AG Bopen 1994 im Bauwesen wird von Boden gruppen gesprochen 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 47 zum Zeitpunkt der Nachfrage die Verf gbarkeit von L sslehm aus einer einzigen Baugrube so dass die Rekultivierungsschicht der Testfelder aus einheitlichem Material in der urspr nglich angestrebten Qualit t gebaut werden konnte Im speziellen Fall ergab sich eine Preisdifferenz in H he von ca 6 50 m gegen ber einer Abnahme von Boden ohne Qualit tsanforderungen Die Kosten f r die Rekultivierungssubstrate k nnen jedoch nicht verallgemeinert werden da diese stark von der regionalen Verf gbarkeit der aktuellen Baut tigkeit und der Konkurrenzsituation mit anderen Bauma nahmen abh ngig sind Bei einer gro technischen Ma nahme mit einem Bedarf von bis zu mehreren Hunderttausend m sind aufgrund einer Materialverknappung noch h here Preise zu erwarten Es wird deutlich dass aufgrund h herer Qualit tsanforderungen an die B den bei den ben tigten Massen er
217. rkungen dieses Effektes ist am Standort G nterstal vermutlich st rker ausgepr gt als auf den meisten Deponiestandorten So ist der Boden der am stlichen Stadtrand von Freiburg gelegenen Versuchsfl che aufgrund hoher j hr licher Niederschlagsmengen von durchschnittlich ca gt 900 mm a sehr gut wasserversorgt Solange die Vegetation vor allem die Geh lze noch nicht voll entwickelt ist wird dem Boden noch nicht die maximale Wassermenge durch Evapotranspiration entzogen Weiterhin liegen die Versuchsfelder im unteren Bereich einer nur sehr schwach geneigten B schung so dass praktisch kein Wasserentzug durch lateralen Abfluss erfolgt sondern sich Zufluss und Abfluss die Waage halten Deponieb schungen sind meistens st rker geneigt so dass hier der laterale Abfluss Interflow in der Rekultivierungsschicht eine gr ere Bedeutung erlangt Es ist deshalb davon auszugehen dass in Rekultivierungsschichten auf den meisten Deponiestandorten die wasserstauende Wirkung der Wurzelsperren geringer sein wird 164 Einfluss der Sperren auf das Wurzelwachstum 5 3 Einfluss der Sperren auf das Wurzelwachstum Aufgrabungen Herbst 2000 Erste Aufgrabungen Mitte September 2000 machten deutlich dass der nach Einrichtung der Testfelder im April 2000 ges te lrettich die an ihn gestellten Erwartungen nicht erf llen konnte und ein meist nur 10 cm tief reichendes Wur zelwerk ausbildete Dieses Ergebnis kann teilweise durch die berdurchschnittlich
218. rn mit hoher zeitlicher Aufl sung erlaubt Sie arbeitet nach folgendem Prinzip siehe Bild 13 Die Abfl sse aus den Lysimeterfeldern s u werden in jeweils einen separaten zylindrischen Messbeh lter mit ca 45 Inhalt eingeleitet In den Beh ltern h ngt eine Drucksonde die die H he der ber ihr stehenden Wassers ule auf 1 cm 0 46 I genau ermittelt Die Wasserst nde der Mess beh lter werden zur Zeit in 10 Minuten Intervallen geloggt k rzere oder l n gere Loggintervalle sind m glich Bei Erreichen eines oberen Grenzwertes wird ein Magnetventil am Beh lterbo den ge ffnet und der Beh lter schlagartig entleert bis ein unterer Grenzwert ereicht ist Das Magnetventil schliesst sich und der Messzyklus beginnt von neuem Aus den zehnmin tigen Wasserst nden in den Messbeh ltern k nnen die Abflussraten berechnet werden Ein Durchflussmesser IDM am gemeinsamen Abflussrohr aller Messbeh lter erfasst nochmals die Gesamtabfl sse so dass auch bei Ausfall einer Sonde exakte Messungen m glich sind Bild 13 Anlage zur Messung der Abfl sse aus den Lysimeterfeldern 98 Bodenwasserhaushalt und Bodentemperatur Entsprechend DVWK 1980 werden aus den Zehnminutenwerten Tagesraten der Absickerung berechnet Da der Fluss aus den Lysimeterfeldern gleichm ig erfolgt reicht es im Normalfall aus mit Tageswerten zu arbeiten Auch die Klimastationen des DWD bieten keine Messwerte mit h herer zeitlicher Aufl sung Folg
219. rniederschl gen gekennzeichnet siehe 4 9 1 Dies trifft auch auf den betrachteten Zeitraum im Jahr 2001 zu Selbst im Sommer wurde der Bodenwasserspeicher durch regelm ige starke Nieder schlagsereignisse vergleiche auch Abbildung 4 32 immer wieder aufgef llt z B am 27 6 59 mm danach am 14 15 7 38 mm Die l ngste Trockenphase des Sommers 2001 war in der Zeit vom 17 7 bis 18 8 mit insgesamt 6 1 mm Nieder schlag Die Austrocknung der Oberb den 25 cm Tiefe erreichte deshalb nur an den Messstellen Kal Kd1 und Udl in der Zeit von Ende Mai bis Mitte September Wassergehalte unter dem Permanenten Welkepunkt PWP von ca 19 Vol nach AG Bopen 1994 In 50 cm Tiefe wurde der PWP nur noch an Messstelle Ka2 unterschritten hier allerdings durchgehend von Mitte Juni bis Ende Oktober Hier liegt die Vermutung nahe dass der Messf hler durch die Bildung eines Schrumpf risses zu niedrige Wassergehalte ermittelte In den tiefer gelegenen Messstellen sinken die Wassergehalte im Jahr 2001 zu keiner Zeit unter 20 Vol Tiefenstufe 3 85 cm bzw 26 Vol Tiefenstufe 4 135 cm Oberb den Naturgem belegen die Oberbodenmessstellen vor allem der Tiefe 25 cm Tiefenstufe 1 die schnellste und st rkste Austrocknung Die Kurven weisen auch gr ere Amplituden d h Wassergehaltsunterschiede zwischen zwei Messterminen und die deutlichsten Unterschiede zwischen den Messstellen auf Die Wasserge halte im Oberboden schwanken absolut zwisc
220. rockenraumdichten der Testfeldee U und K in vier Tiefenstufen der 6 Messungen alle brigen n gt 8 Messungen im Januar und Juni 2001 n Ka Messungen Tiefenstufe Testfeld 5 95 unverdichtet Inter 25 75 Intervall mit Median Linien vall 1 Minimum 2 Mittel 3 Maximumwert Boxplots 62 Bodenphysik Die im einzelnen Profil dargestellte Tendenz l sst sich auf die Fl che der Testfelder bertragen In Abbildung 4 14 sind die Trockenraumdichten der vier Tiefenstufen ermittelt aus allen in der Versuchslaufzeit gewonnenen Proben der beiden Testfel der dargestellt Die Tendenz der Werte entspricht dem Einbauverfahren Die maximale Dichte wird beim mehrlagigen Einbau im Unterboden und beim einlagi gen Einbau ohne zus tzliche Verdichtung im oberen Bereich 50 cm gemessen Insgesamt erzielte das Verfahren ohne Verdichtung etwas niedrigere Werte Auch der Erfolg der Oberbodenlockerung Tiefe 25 cm ist gut zu erkennen Hier weisen die Werte die gr te Streuung auf vergleiche Abbildung 4 12 Bei einem Tonan teil von 35 sind Trockenraumdichten von unter 1 4 g cm der effektiven Lage rungsdichte mittel Ld3 von ber 1 6 als sehr dicht Ld5 einzustufen dazwi schen liegt die Stufe dicht nach AG Bopen 1994 Die Trockenraumdichte ist keine statische Gr e Sie ist zumindest im Testfeld mit unverdichtetem Einbau Entwicklungen unterworfen In Abbildung 4 15 sind mitt lere Trockenraumdichten des Ober und Unt
221. s BWPLUS und den Landkreis B blingen finanziell gef rdert Der Landkreis B blingen stellte dar ber hinaus Fl chen f r die Versuchsanlage auf der Kreism ll deponie Leonberg zur Verf gung Nach dem Abschluss der ersten Phase des Vorhabens mit nunmehr fast dreij hri ger Laufzeit k nnen die ersten Ergebnisse der ffentlichkeit pr sentiert werden Peter Wattendorf Werner Konold und Otto Ehrmann Dank Das Forschungsvorhaben zur Gestaltung von Rekultivierungsschichten wurde von verschiedenen Institutionen finanziell gef rdert Ohne diese Finanzierung w ren der Bau der Testfelder und die wissenschaftlichen Untersuchungen nicht m glich gewesen Deshalb sei an dieser Stelle dem Forschungszentrum Karlsruhe als Projekttr ger f r das Programm BWPLUS des Landes Baden W rttemberg und dem Landkreis B blingen f r die umfassende finanzielle Unterst tzung herzlich gedankt Der Deutsche Wetterdienst unterst tzte das Vorhaben durch das verg nstigte berlassen von Klimadaten der nahegelegenen Messstationen Weiterhin danken wir allen Mitarbeitern des Forschungszentrums Karlsruhe die mit der Verwaltung und Abwicklung des Vorhabens BWSD 99003 betraut waren Der Landkreis B blingen hat das Projekt nicht nur durch seine gro z gige finan zielle Unterst tzung erm glicht sondern der Abfallwirtschaftsbetrieb des Land kreises hat auch das Gel nde f r die Einrichtung der Versuchsfelder auf der Kreis m lldeponie Leonberg zur Verf gung g
222. s die ma gebenden Scherparameter ableiten zu k nnen Ein geeignetes Einbauverfahren musste ebenfalls in einem Abstimmungspro zess gefunden werden Das Verfahren sollte den Anforderungen an die Rekulti vierungsschicht gen gen und auch in der g ngigen Baupraxis anwendbar sein z B hinsichtlich Maschinenverf gbarkeit und Kosten Als Ergebnis der Arbeitsschritte 1 bis 4 wurden konkrete Einbauvorgaben erarbeitet Diese bildeten zusammen mit den Planvorgaben zur Ausf hrung der Lysimeterfelder die Grundlage f r die Ausschreibungsunterlagen Leistungsver zeichnis zum Bau der Versuchsfelder auf der Deponie Leonberg Trotz dieser Vorarbeiten waren im Zuge der Ausschreibung weitere Abstimmungen zwischen Arbeitsgruppe und Baufirma n tig bis eine im Sinne der Projektziele brauchbare Kompromissl sung gefunden werden konnte Die Ausf hrung der Bauma nahme musste aufgrund der langwierigen Abstim mung und ung nstiger Witterungsbedingungen vom Sommer 2000 in den Herbst dieses Jahres verlegt werden Die Bauausf hrung erfolgte unter Praxis bedingungen mit den im Erdbau blicherweise verf gbaren Ger ten Mitglieder der Arbeitsgruppe berwachten laufend die Erdbauma nahmen um eine per manente Kontrolle der Materialparameter Trockenraumdichte usw und das Einhalten der Vorgaben zu gew hrleisten 2 Versuchsanlagen und Untersuchungsprogramm 7 2 2 Gestaltung von Rekultivierungsschichten Deponie Leonberg 2 2 1 Aufbau der Versuchsanlag
223. ser ges ttigt normal konsolidierten Zustand zu entwickeln vermag Vor diesem Hintergrund erscheint der Schluss erlaubt dass man auf der Basis von klassischen Rahmenscherversuchen an gest rt eingebautem Material bei der Wahl von B schungsneigungen anhand A auch f r unverdichtet gesch ttete Substrate nicht auf der unsicheren Seite liegt Dies gilt jedenfalls f r das im vorliegenden Beispiel untersuchte Material Auf Grundlage dieser Untersuchungen konnten die erdstatischen Nachweise f r die Testfelder auf der Deponie Leonberg f r alle zu betrachtenden Scherfugen und Lastf lle erbracht werden Angesichts der im Labor erhaltenen Ergebnisse musste im Hinblick auf die ber tragung in die Natur der Frage nachgegangen werden wie sich die Feuchtebedin gungen die Dichteentwicklung sowie die Scherfestigkeitsentwicklung dort darstel len 38 Standsicherheit und Setzungsverhalten unverdichteter Rekultivierungsschichten 4 1 3 Versuchseinrichtungen f r Felduntersuchungen Aufgrund dieser Problematik wurde das Testfeld U mit unverdichteter Rekultivie rungsschicht auf der Deponie Leonberg mit Messeinrichtungen zur Gewinnung von Daten im Freiland best ckt Erste Ergebnisse der in situ Messungen liegen inzwi schen vor 4 1 3 1 Feuchtemesskabel ber eine Anzahl von blichen TDR Feuchte Messsonden hinaus die von den Freiburger Projektbeteiligten in der Testfeldanlage plaziert worden sind wurden an zwei im bersichtsplan vergleic
224. simeterfeldern trocknen die Substrate in Tiefenstufe 3 85 cm w h rend des Sommers deutlich weiter aus als in 135 cm Tiefe Der Wasserentzug im Oberboden verursacht einen Feuchtegradienten der als treibende Kraft f r den kapillaren Aufstieg fungiert Weiterhin entnehmen zumindest einzelne Wurzen Bodenwasser direkt aus dieser Tiefe siehe 4 7 3 Die Differenz der Wasserge halte zwischen den beiden Tiefenstufen betr gt meist ca 5 6 Vol Ungef hr ab Mitte November wird der Bodenwasserspeicher wieder aufgef llt und die 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 93 Unterschiede zwischen den beiden Tiefenstufen werden geringer weil die Trans piration und damit der Entzug durch die Pflanzenwurzeln nachl sst Charakteristi scherweise sind die Ganglinien der Tiefenstufe 135 cm stark ged mpft die Was sergehalte in dieser Tiefe werden nicht mehr von Einzelereignissen sondern nur noch von l nger andauernden Witterungsbedingungen beeinflusst Im November 2001 stiegen die Wassergehalte deutlich an mit Werten im K Feld zwischen 34 38 Vol und im U Feld 32 38 Vol wurde die Feldkapazit t 60 hPa siehe Abbildung 4 28 erreicht und berschritten Trotzdem waren in diesem Monat hnlich geringe Absickerungsraten aus den Lysimeterfeldern wie in den Vormonaten zu verzeichnen siehe 4 5 3 Es ist anzunehmen dass erst am 29 Dezember auch der Boden unterhalb 135 cm Tiefe vollst ndig aufges ttigt war denn zu diesem Zeitpunk
225. speicherkapazit t eines Bodens Humusgehalt Bodenart K rnung und Porung Lagerungsdichte Trockenraumdichte Gef geeigenschaften Das sich aus diesen Bestimmungsgr en ergebende Wasserspeicherpotenzial wird jedoch erst durch eine entsprechende Erschlie ung des Unterbodens mit Wurzeln verf gbar gemacht und diese h ngt neben dem artspezifischen Durchwurzelungsverhalten auch von den physikalischen z B Lagerungsdichte und chemischen z B Bodengashaushalt Bodeneigenschaften ab Weiterhin beeinflusst die Wasserleitf higkeit den Wassertransport aus feuch teren in trockenere Bodenzonen beispielsweise zu wasseraufnehmenden Pflanzenwurzeln sowie die Infiltration das Eindringen von Regenwasser in den Boden Die Wasserspeicherkapazit t wird in der Bodenkunde auch Feldkapazit t genannt 24 Die Rekultivierungsschicht als Wasserhaushaltsschicht 3 2 Die Rekultivierungsschicht als Wasserhaushaltsschicht W hrend die Rekultivierung von Deponien erst seit wenigen Jahrzehnten Thema eingehender Untersuchungen ist z B NEUMANN 1971 und 1981 KonoLp 1981 KonoLD amp ZELTNER 1981 wurden bei der Rekultivierung von Bergbaufolgefl chen langj hrige Erfahrungen gesammelt Die hierbei erworbenen allgemeinen Erkennt nisse zur Gestaltung von Rekultivierungsschichten lassen sich jedoch nur bedingt auf Deponien bertragen da meist spezielle Ausgangssubstrate Bergematerial Abraum u a und grunds tzlich andere Rekultivierungsverfahren
226. ssungen zur Qualit tssicherung und Dokumentation des Ausgangszustandes der Testfelder werden das Verhalten und die Entwicklung der beiden Rekultivierungsschichten anhand einer Reihe von Merkmalen laufend untersucht und dokumentiert Zur Verifizierung der aus den Laborversuchen ermittelten Kennwerte hinsichtlich des Scherverhaltens sowie des Sackungs und Setzungsverhal tens die als Grundlage f r den rechnerischen Nachweis der Standsicherheit dienten ist es erforderlich mit den neu entwickelten Messinstrumenten in situ Messungen durchzuf hren Diese Messungen in unregelm igen Zeit abst nden sollen Ver nderungen d h die zeitliche Entwicklung der Scher parameter des unverdichteten Bodens belegen Weiterhin sollte die stabili sierende Wirkung ingenieurbiologischer Ma nahmen quantifiziert werden Mit der Gro lysimeteranlage k nnen die Absickerungsraten aus den Rekulti vierungsschichten genau ermittelt werden Somit kann die Wirkung der sich entwickelnden Geh lzbest nde auf den Wasserhaushalt in Abh ngigkeit von der Ausf hrung der Rekultivierungsschicht bilanziert werden Zum Vergleich des Luft und Wasserregimes im Wurzelraum der Rekultivie rungsschichten werden kontinuierlich bodenphysikalische Untersuchungen durchgef hrt Hierzu waren nach Abschluss der Bauma nahmen entspre chende Messeinrichtungen zu installieren Seit Fr hjahr 2001 werden in regelm igen Intervallen von ca 14 Tagen Wasserspannung und Wasser gehalt s
227. st und zum anderen diese Arten mit im Durchschnitt ca 20 Kokons pro Jahr nur eine geringe Reproduktionsleistung haben nach Evans amp Gun 1948 e Die Anzahl der W rmer epig ischer Arten wird vermutlich bald zunehmen Diese relativ mobilen Arten kommen auch in der Umgebung vor Abbildung 4 33 haben bereits jetzt eine g nstige Nahrungsgrundlage und weisen eine sehr hohe Reproduktionsleistung von 50 100 Kokons pro Jahr auf Evans amp GuiLD 1948 e Die tief grabenden anezischen Arten pflanzen sich ausschlie lich sexuell fort Daher ist eine gewisse Populationsdichte f r die Reproduktion dieser eher ses silen Regenwurmgruppe notwendig Diese Tiere treten daher praktisch nie ver einzelt sondern in der Regel gruppenweise auf In der n heren Umgebung der Versuchsfelder kommen keine anezischen Regenw rmer vor siehe Abbildung 4 33 und die Besiedlung der Versuchsfl che ist erschwert Deshalb ist es eher unwahrscheinlich dass diese f r die Bodenstruktur wichtigste kologische Gruppe die Versuchsfelder in den n chsten Jahren besiedeln kann Aus diesen Gr nden ist insgesamt nur ein allm hlicher Anstieg der Regenwurm zahlen auf den Versuchsfeldern zu erwarten so dass die Populationsdichten von Standorten auf hnlichem Substrat vermutlich erst langfristig erreicht werden Als Folge hiervon fehlen die positiven Wirkungen der Regenw rmer auf die Boden struktur in den n chsten Jahren weitgehend 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rek
228. st analog zu den Vorgaben der TAS gestaltet die M chtigkeit der Rekultivierungsschichten orientiert sich an aktuellen Empfehlungen z B Brauns et al 1997 Am Fu der beiden Lysimeterfelder dient ein mit dem Untergrund verzahnter bin diger Randwall als Begrenzung zur Umgebung und als Auflager An den Seiten sind die Lysimeterfelder von jeweils ca 1 m hohen Trennd mmen aus minera lischem Dichtungsmaterial Proctordichte gt 95 die in der B schunggsfalllinie verlaufen voneinander und von ihrem Umfeld abgegrenzt siehe Abbildung 2 2 ber diesen Aufbau wurde eine Kunststoffdichtungsbahn d 2 5 mm verlegt und verschwei t die seitlich und unterhalb auf die Trennd mme hochgezogen wurde so dass zwei dichte Wannen entstanden Die verwendete Kunststoffdich tungsbahn KDB besteht aus Polyethylen hoher Dichte PE HD Sie ist 2 5 mm dick und zur Gew hrleistung der erforderlichen Scherparameter beidseitig struktu riert sandrauhe Struktur Die Dichtungsbahn besitzt eine Zulassung durch die Bundesanstalt f r Materialforschung und pr fung BAM f r den Einsatz als Bestandteil einer Kombinationsabdichtung im Deponiebau W hrend des Einbaus 2 Versuchsanlagen und Untersuchungsprogramm 11 erfolgte eine l ckenlose Dichtheitspr fung der Schwei verbindungen gem DVS Richtlinie 2225 Teil 4 durch eine kunststofftechnische Fremdpr fung Da die Kunststoffdichtung auch auf den Trennd mmen nicht bis zur Bodenoberfl che r
229. stoffversorgung der Pflanzen aus dem dar berliegenden Boden gedeckt wird so dass kein Anreiz zum Tiefwurzeln besteht Ein sogenannter K rnungssprung d h ein aprupter Wechsel der Bodenart behindert meist ebenfalls das Wurzelwachstum Dies ist vor allem dann der Fall wenn das unterliegende Substrat ung nstige Bodeneigenschaften besitzt z B ein n hrstoffarmer Kies oder Sand unter n hrstoffreicherem Lehm So belegen Untersuchungen in Deichen mit Kieskern BLW 1990 dass Kies schichten das Wurzelwachstum stark hemmen konnten wenn dar ber aus reichender Wurzelraum zur Verf gungen stand Als absolute Wachstumssperre kann ein solcher K rnungssprung jedoch nicht wirken Technische Wurzelsperren bilden diese von Natur aus ung nstigen Bodenbe dingungen k nstlich nach Hierzu kommen f r den Einsatz in Oberfl chenabdich tungen grunds tzlich neben technischen Systemen Wurzelsperrmatte und nat rlichen Materialien auch Produkte aus industriellen Prozessen oder dem Bau schuttrecycling in Frage Wurzelsperren m ssen im Allgemeinen folgende Eigen schaften besitzen Sie m ssen das Wurzelwachstum dauerhaft aufhalten oder zumindest deutlich begrenzen Sie d rfen sich nicht negativ auf die Standsicherheit des Systems Oberfl chen abdichtung auswirken Sie d rfen keine nachteiligen Auswirkungen auf den Wasserhaushalt der Rekultivierungsschicht und die Funktion der Entw sserungsschicht haben Ver dichtete bindige Bode
230. t Der Zeitraum f r den das Erreichen des permanenten Welkepunkts berechnet wird ist hnlich lang Nicht nachvollziehbar ist warum HELP f r die Monate Oktober bis Dezember geringere Bodenwassergehalte in der Verdunstungszone berechnete Aufgrund dieser niedrigeren Bodenwassergehalte nimmt HELP f r den Monat Dezember eine Absickerung von lediglich 6 6 mm an so dass auch die Absickerungsraten dieser Berechnungsvariante nicht gut mit den gemessenen Sickerwassermengen berein stimmen Tabelle 4 19 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 155 4 9 4 Modellierte Absickerung aus U K Feld und Profil 1 F r die Testfelder in Leonberg liegen bisher nur ber einen kurzen Zeitraum Mess ergebnisse vor Deshalb soll mit Hilfe einer Wasserhaushaltsmodellierung f r das gesamte Jahr 2001 abgesch tzt werden wie sich die beiden Aufbauvarianten K konventionelle Verdichtung und U unverdichteter Einbau im jetzigen Zustand hinsichtlich ihres Wasserhaushalts unterscheiden Da in beide Versuchsfelder sehr m chtige Rekultivierungsschichten mit hoher nutzbarer Feldkapazit t eingebaut wurden beinhaltet die Wasserhaushaltsbetrachtung auch den Vergleich mit einer nach g ngigen Vorgaben im Jahr 2000 hergestellten Rekultivierungsschicht Profil 1 in unmittelbarer N he der Versuchsanlage Die Vegetation im Umfeld dieses Vergleichsprofils setzt sich aus ein und mehrj hrigen Stauden und Gr sern zusammen Die im Zuge der Rekultivierung
231. t stiegen die Abfl sse aus den Lysimeterfeldern schlag artig auf das Zehnfache an siehe Abbildung 4 32 Unterschiede zwischen den Lysimeterfeldern Insgesamt sind die Ganglinien der Wassergehalte und Wasserspannungen der bei den Lysimeterfelder sehr hnlich Unterschiede zwischen den Messstellen treten meist deutlicher zutage als Unterschiede zwischen den beiden Varianten Beide Lysimeterfelder bestehen aus Boden mit u erst hoher nutzbarer Wasserspeicher kapazit t Deshalb fallen die bisherigen im Hinblick auf den Wasserhaushalt eher geringen Unterschiede im Vegetationsaufbau und in der Durchwurzelung siehe 4 7 nicht ins Gewicht So fehlen beispielsweise entwickelte B ume mit tiefreichen dem Wurzelsystem und zus tzlich zur Gras Krautschicht hoher Verdunstungs leistung Ein wesentlicher Unterschied hinsichtlich der Bodeneigenschaften wird jedoch aus den Wasserspannungskurven der Abbildung 4 28 deutlich An beiden Messstellen des K Feldes zeigen die Tensiometer in 135 cm Tiefe und bei Messstelle Ka auch in 85 cm Tiefe im Winter 2001 02 Wasserspannungen lt 0 hPa an Ein negatives Matrixpotenzial signalisiert dass auf das Tensiometer ein Druck einwirkt der durch eine ber der Messtiefe aufgebaute Wassers ule entsteht Diese negativen Wasserspannungen legen somit den Schluss nahe dass sich im Testfeld K w h rend Zeiten hoher Wassers ttigung bzw geringen Wasserverbrauchs Stauwasser auf den verdichteten Lagen ausbilden ka
232. t viel zu kurz um aussagekr ftige Wasserhaushaltsbilanzen oder Studien zur Modellvalidierung zu erstellen Trotzdem sind Tendenzen zu erkennen Das Modell HELP lieferte f r den Betrachtungszeitraum in der Summe brauchbare Absickerungsraten Die Betrachtung einzelner Monate zeigt deutliche Unterschiede zwischen Messung und Modellergebnis Der Oberfl chenabfluss wird vom Modell sehr stark bersch tzt vor allem wohl aufgrund der besonderen Oberfl chen gestaltung die das Modell nicht ber cksichtigen kann Die Wassergehalte der Ver dunstungszone werden gut wiedergegeben Die Wasserhaushaltsmodellierung f r das Jahr 2001 zeigt Unterschiede zwischen den Testfeldern und zu den Rekultivierungen der Umgebung der Versuchsanlage Die geringsten Absickerungsraten werden f r Lysimeterfeld U berechnet die kon ventionell ausgef hrten Rekultivierungsschichten verursachen zwischen 40 und 60 mmj a h here Absickerungsraten 158 Funktion und Eigenschaften von Wurzelsperren 5 Ergebnisse II Wirkung von Wurzelsperren P WATTENDORF O EHRMANN 5 1 Funktion und Eigenschaften von Wurzelsperren Die TA SIEDLUNGSABFALL fordert f r Rekultivierungsschichten eine Mindestm chtig keit von einem Meter Untersuchungen zum Wurzelwachstum von Pflanzen z B LEHNHARDT amp BRECHTEL 1980 LinerT 1995 zeigen dass diese M chtigkeit bei Weitem nicht ausreicht um ein Einwachsen von Wurzeln in die unter der Rekulti vierungsschicht liegenden Systeme
233. ten Untersucht wurde im U Feld und im K Feld je ein Bodenprofil im Mai 2001 und im Mai 2002 An den Proben wurde die mikrobielle Biomasse mittels der Chloro form Begasungs Extraktionsmethode Vance et al 1987 bestimmt Als Ma f r die mikrobielle Aktivit t unter Laborbedingungen wurde die Basalatmung ermittelt J GGI 1976 Ergebnisse Tiefe Mai 2001 Mai 2002 Mai 2001 Mai 2002 Tiefe em cm 0 10 0 10 10 40 S 10 40 E 40 80 S S 40 80 a v S u C je bel gt 80 120 5 5 80 120 E Ge C 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 200 0 d E EEN b mikrobielle Biomasse ugg Basalatmung ug gTS h K Feld U Feld Abbildung 4 34 Mikrobielle Biomasse und Basalatmung im U und K Feld im Mai 2001 sowie im Mai 2002 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 119 Die mikrobielle Biomasse und die Basalatmung zeigen bei der ersten Untersuchung im Mai 2001 eine eindeutige Abfolge im Bodenprofil In der ersten Tiefenstufe sind die Werte jeweils sehr hoch in allen anderen Tiefenstufen sind sie dagegen sehr viel niedriger Ursache dieser drastischen Unterschiede der Profile aus Unterbodenmaterial gleicher Herkunft ist vor allem die Kompostausbringung denn nur der erste Horizont enth lt Kompost Die leicht abbaubare organische Substanz im Kompost ist eine se
234. ti vierungsschichten und Wurzelsperren Zwischenbericht 13 S http www bwplus fzk de Wattendorf P amp W Konold 2002 Untersuchungen zur Gestaltung von Rekulti vierungsschichten und Wurzelsperren Zwischenbericht 15 S http www bwplus fzk de Wattendorf P 2001 Anforderungen an die Bepflanzung von Deponien aus deponietechnischer forstwirtschaftlicher und landespflegerischer Sicht eine Gratwanderung zwischen landespflegerischen Zielen und lang fristiger Sicherung des Deponiebauwerks in Maier Harth U Hrsg Oberfl chenabdichtungen und Rekultivierung von Deponien 4 Deponieseminar des Geologischen Landesamtes Rheinland Pfalz 213 226 Wohlrab B 1997 Rekultivierung von Abbaufl chen f r den landwirtschaftlichen Pflanzenbau in Keller R Hanus H amp Heyland K U Hrsg 184 7 Literatur Handbuch des Pflanzenbaues Band 1 Grundlagen der landwirt schaftlichen Pflanzenproduktion S 703 726 Wohlrab B H Ernstberger A Meuser amp V Sokollek 1992 Landschaftswasser haushalt 352 S Hamburg amp Berlin Wolf G 2000 Der Einfluss des Diasporengehaltes im Boden auf die Vege tationsentwicklung forstlicher Rekultivierungsfl chen in B necke G amp P Seiffert Hrsg Spontane Vegetationsentwicklung und Rekultivierung von Auskiesungsfl chen Culterra 26 77 92 Zeh H 1996 Biotechnische Entw sserungen und Hangstabilisierung f r M ll deponien Ingenieurbiologie 4 8
235. tierung der beiden Gro lysimeterfelder U und K Deponie Leonberg In beiden Lysimeterfeldern U unverdichtet K konventionell verdichtet Messgr e Lage Tiefenstufe cm Methode 25 50 85 135 gt Bodenwassergehalt TDR Punktmessung u v TDR Messkabel 10 m 1 C gt Wasserspannung Einstich Tensiometer N EREREIE gt Bodentemperatur Thermometer gt Bodenluft CO Gehalt 2 Gaslysimeter In Testfeld U gt Schereigenschaften In Situ Schertester d v gt Bodenmechanik Bodenoberfl che Bewegungs Setzungspegel Die Lysimeterfelder sind mit folgenden Messeinrichtungen zur laufenden ber wachung des Bodenwasser Bodenlufthaushaltes und der bodenmechanischen Eigenschaften best ckt Abbildung 2 3 Tabelle 2 2 1 Bodenwasserhaushalt Die Abfl sse der Lysimeterfelder werden in eine Messstation geleitet und kon tinuierlich aufgezeichnet Weiterhin werden mit den in Tabelle 2 2 aufgef hr ten Messger ten Bodenwassergehalt und wasserspannung in vier Tiefenstufen in regelm igen Zeitabst nden von ca zwei Wochen gemessen 2 Versuchsanlagen und Untersuchungsprogramm 13 Messeinrichtungen Lysimeterfeld K Lysimeterfeld U Setzungsverhalten Setzungspegel Schereigenschaften Karlsruher Schertestern Bodenwassergehalt Vol TDR Messf hler Bodentemperatur C Elektrothermometer Bodenwassergehalt Vol Feuchtemesskabel Wasserspannung hPa Tensiometer
236. tigstellung der Testfelder und der ersten Messung bereits 50 der Verformungen eingetreten sind erge ben sich nach 18 monatiger Liegezeit f r die Rekultivierungsschicht Setzungen in der Gr enordnung von 10 bis 15 der Einbauh he F r die Baupraxis ergibt sich hieraus unter Ber cksichtigung der Ergebnisse aus den gro ma st blichen Laboruntersuchungen dass unverdichtet gesch ttete Rekultivierungsschichten mit einer angestrebten Endm chtigkeit von 2 m mit einem berprofil im Dezi meterbereich herzustellen sind 4 1 3 3 Karlsruher Schertester Zur berpr fung der tats chlichen Scherparameter in situ sind an verschiedenen Stellen und in unterschiedlicher Tiefenlage sogenannte Karlsruher Schertester eingebaut worden die am Institut f r Bodenmechanik und Felsmechanik entwi ckelt und gebaut wurden siehe Abbildung 2 3 Dabei handelt es sich um Stangen mit einer Anzahl von Scheiben die mit einem Drahtseil durch den Boden gezogen werden Bild 7 und dabei eine zylindrische Scherfuge erzeugen Bild 7 Karlsruher Schertester w hrend des Einbaus in die Rekultivierungsschicht 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 43 Das Widerlager f r das Durchziehen und Abscheren entlang einer zylindrischen Scherfl che bildet ein verloren eingebetteter Stahlkasten in dem die Zugseile um 90 in die Vertikale umgelenkt und durch Schutzrohre zur Gel ndeoberfl che gef hrt werden Bild 7 Zum Messzeitpunkt der
237. tlere t gliche Absickerungsraten mm aus den beiden Lysimeterfeldern der Versuchsanlage Leonberg von Juni 2001 bis M rz 2002 Jahr Monat As OU d mm U Feld K Feld U K 2001 Juni 0 21 0 04 4 9 Juli August 0 07 0 02 4 4 September 0 18 0 01 16 5 Oktober 0 21 0 02 10 5 November 0 15 0 02 8 4 Dezember 1 01 0 22 4 6 2002 Januar 1 07 0 42 2 5 Februar 1 40 0 65 2 1 M rz 1 24 0 68 1 8 Der Vergleich der t glichen Abfl sse aus dem Testfeld mit unverdichteter Rekulti vierungsschicht Feld U mit den Tagessummen der Niederschl ge zeigt dass hohe Niederschlagsmengen meist mit kurzer zeitlicher Verz gerung von ungef hr einem Tag abgeleitet wurden Die Abfl sse stiegen jedoch w hrend der Vegeta tionszeit nur stark ged mpft an selbst nach Starkniederschl gen blieben die Abflussraten unter 1 mm d Erst im Dezember 2001 war der Bodenwasserspeicher der Rekultivierungsschicht vollst ndig aufgef llt und die Feldkapazit t ber schritten siehe Abbildung 4 28 Es ist davon auszugehen dass zu diesem Zeit punkt erstmals ein vollst ndig ges ttigter Fluss durch die Rekultivierungsschichten erfolgte Der Anteil der Versickerung am Niederschlag stieg im Dezember ebenfalls sprunghaft auf 52 5 an er blieb jedoch mit einer Monatssumme von 26 2 mm insgesamt relativ niedrig Tabelle 4 9 Tabelle 4 9 Monatssummen der Niederschl ge und Dr nabfl sse aus Lysimeterfeld U unver dichteter Einbau Juni bis Dezember 2001
238. ttgart Maier K hne H M 1986 Morphometrische Messungen f r die Bodenmikromor phologie Dissertation Univ Hohenheim 133 S 180 7 Literatur Marinissen J C Y amp F Van Den Bosch 1992 Colinization of new habitats by earthworms Oecologia 91 371 376 Martin A 1991 Short term and long term effect of the endogeic earthworm Millsonia anomala Omodeo Megascolecidae Oligochaeta of tropical savannas on soil organic matter Biol Fertil Soils 11 234 238 Melchior S 1993 Wasserhaushalt und Wirksamkeit mehrschichtiger Abdeck systeme f r Deponien und Altlasten Hamburger bodenkundliche Arbeiten Band 22 330 S Melchior S B Steinert K Burger amp G Miehlich 1996 Kapillarsperren zur Ober fl chenabdichtung von Deponien und Altlasten Z f Kulturtechnik und Landentwicklung 37 3 8 Melchior S K Berger B Vielhaber amp G Miehlich 2002 Gro lysimeter Deponie Hamburg Georgswerder Wasserhaushalt und Wirksamkeit von Ober fl chenabdichtungssystemen mit bindigen mineralischen Dichtungen Status Workshop Austrocknungsverhalten mineralischer Abdichtungs schichten in Deponie Oberfl chenabdichtungssystemen Arbeitsgruppe 7 Oberfl chenabdichtungssysteme des AK 6 1 amp Fachgebiet Abfallwirt schaft und Deponietechnik der Fachhochschule Lippe und H xter H xter 14 S Mitscherlich G 1981 Wald Wachstum und Umwelt Eine Einf hrung in die kologischen Grundlagen des Waldwachstums B
239. tzer ist bei geeigneter Bodenfeuchte vermutlich das schonendste Verfahren der Bodenumlagerung und wird zum Beispiel im Rheini schen Braunkohletagebau mit Erfolg bei der Rekultivierung praktiziert z B WOLF 2000 Dieses Verfahren scheidet im Deponiebau zur Zeit jedoch aus da die hier f r notwendigen Spezialger te bei den meisten Bauvorhaben nicht verf gbar sind Es wurde deshalb auch f r den Bau der Testfelder nicht weiter ber cksichtigt Statt dessen kam die Arbeitsgruppe berein den unverdichteten Aufbau der Rekultivierungsschicht in den Feldern U D und B ohne Befahren durch seitliches Einbringen mit einem Teleskopbagger herzustellen Es wurde eine Trockenraum dichte Rohdichte von 1 3 g cm angestrebt vergleiche BrAauns et al 1997 sub stratbedingt h here Dichten waren zul ssig Bei der Ausschreibung dieser Einbau weise ergaben sich aufgrund der zus tzlich erforderlichen Zulieferung der Sub strate zum Teleskopbagger in der Praxis nicht akzeptable Preise im speziellen Fall 12 50 m Die Fragestellung des Vorhabens zielt darauf ab nur praxisbezogene und umset zungsorientierte Alternativen zu ber cksichtigen Deshalb wurde nach eingehender Beratung und Abstimmung mit der ausf hrenden Baufirma der Einsatz eines Tele 50 Bautechnik und Bauausf hrung skopbaggers verworfen und f r den unverdichteten Einbau folgendes Verfahren gew hlt e Um dem gro technischen Einsatz m glichst nahe zu kommen und Verdichtun gen
240. ufe W1 1 2 Wurzeln dm bis schwach W2 2 5 Wurzeln dm einzustufen Bewertung nach AKS 1996 Im Vergleichspaar Ub Kb Abbildung 4 36 unten ist die Oberbodendurchwurzelung in beiden Profilen intensiver Sie erreicht in Profil Kb bis ca 35 cm Tiefe Stufe W4 starke Durch wurzelung Im Testfeld mit unverdichteter Rekultivierungsschicht Profil Ub reicht die starke Durchwurzelung sogar bis in ca 55 cm Tiefe doch fehlt auch hier noch ein ausgepr gter f r gr serdominierte Best nde typischer Wurzelfilz im Oberboden Dieser wird sich vermutlich erst im Laufe der n chsten Jahre ent wickeln Es ist anzunehmen dass die st rkere Bodenverdichtung im oberen B schungsab schnitt f r die allgemein geringere Durchwurzelung der beiden Profile Ud und Kd verantwortlich ist siehe 4 3 Eine direkte Korrelation zwischen den gemessenen 23 Unter Durchwurzelbarkeit wird die Tiefe des Bodens verstanden bis zu der Wurzeln tats chlich in den Boden einzudringen verm gen Begrenzungen sind beispielsweise Festgestein Verfestigungen aber auch Reduktionshorizonte Diese Merkmale sind in den Rekultivierungsschichten der Testfelder nicht zu erwarten so dass diese mit einer Einschr nkung siehe 4 4 nahezu vollst ndig durchwurzelbar sind 24 Da die Durchwurzelung in der ersten Vegetationsperiode nach der Aussaat teilweise noch recht schwach war wurden gr ere Probefl chen als in der Methodenbeschreibung 100 cm vorgesehen ausgewert
241. uftreten behalten Dies gilt auch unter Einwirkung von Wasserinfiltrationen Das Verhalten unter Langzeitbedingungen im Feld ist davon unabh ngig gesondert zu untersuchen Scherverhalten Das Scherverhalten von Erdstoffen der vorliegenden Art wird gew hnlich in wohl definierten Verdichtungszust nden und unter ges ttigten Versuchsbedingungen z B im Rahmenscherversuch mit Wasserbad untersucht vergleiche auch DIN 18 137 Das Ergebnis einer Serie von kleinma st blichen Rahmenscherversuchen Scherfl che 6 cm x 6 cm an breiig aufbereitetem und anschlie end konsoli diertem Material ist im Diagramm von Abbildung 4 4 dargestellt 40 t kN m normalkonsolidiert o berkonsolidiert 30 0 10 20 30 40 50 60 o KN m2 Abbildung 4 4 Ergebnis von blichen Rahmenscherversuchen an aufbereiteten Substratproben Scherfl che 6 cm x 6 cm Nach blicher Interpretation ergibt sich der Winkel der Gesamtscherfestigkeit Ai 30 der Winkel der inneren Reibung A x 25 der Winkel der vorlastabh ngigen Koh sion di 6 34 Standsicherheit und Setzungsverhalten unverdichteter Rekultivierungsschichten F r den Zustand des Substrates bei unverdichteter Sch ttung als Rekultivierungs schicht stellt sich die Frage nach der in situ verf gbaren Scherfestigkeit unter nat rlichen Bedingungen In einem gro ma st blichen Rahmenscherger t ist versucht worden die locker gesch tteten Verh ltniss
242. ultivierungsschichten 113 4 6 1 3 Regenw rmer auf der Kreism lldeponie Leonberg Nachdem die Untersuchungen der Versuchfl chen einen Zusammenbruch der Regenwurmpopulation zeigte wurde dies als Anlass genommen die Regenwurm fauna der Kreism lldeponie Leonberg auf repr sentativen Fl chen zu untersuchen Hierzu wurde in jeder der unterschiedlich alten Rekultivierungen jeweils eine Pro befl che ausgew hlt sowie zus tzlich der umgebende Wald n rdlich und s dlich der Deponie beprobt Die Regenw rmer wurden im Fr hjahr 2001 mit der im vorangegangenen Kapitel beschriebenen Methode gefangen Tabelle 4 12 bersicht ber die untersuchten Rekultivierungensabschnitte auf der Deponie Leonberg Nr Fertig Exposition Inklination Vegetation pH stellung 1 2000 OSO 22 Gr nland mit 6 8 Lysimeterfeld kleinen B umen 2 1998 SSW 22 Sukzession mit 7 0 kleinen B umen 3 1990 N 27 lichter Erlenforst 7 1 4 1986 N 15 Robinienforst 7 0 5 1978 N 19 dichter 7 2 Ahornforst 7 1974 N 18 dichter 7 1 Ahornforst A alter Wald eben Altholz Buche 3 8 alter Wald eben Altholz Buche 3 1 in 0 10 cm Tiefe gemessen in CaCl Die lteren Teile der Deponie wurden sukzessive verf llt und abgedeckt daher ist keine Zeitangabe f r die Rekultivierungsschicht m glich Der Boden der Rekultivierungen 2 4 5 7 sowie der Alth lzer A und B weist einen hohen Steinanteil auf Bei den Alth lzern ist Ke
243. umus Kom plexen wird die organische Substanz stabilisiert und so vor schneller Minerali sierung gesch tzt MARTIN 1991 Ohne Regenw rmer wird die Streu lang samer abgebaut und die in der Streu gebundenen N hrstoffe stehen der Vege tation nur verz gert zur Verf gung Ziel der vorliegenden Untersuchung war es einerseits prinzipiell die Auswir kungen der Rekultivierung auf Regenwurmpopulationen und andererseits speziell m gliche Unterschiede zwischen konventionellem und unverdichtetem Einbau zu untersuchen Zudem sollte der Einfluss der Regenw rmer auf die Bodenstruktur der unterschiedlichen Rekultivierungsschichten erfasst werden Da berraschen derweise die Regenw rmer im Zuge der Rekultivierung praktisch vollst ndig get tet wurden s u konnte diese Untersuchung nicht durchgef hrt werden Es erschien jedoch sinnvoll statt dessen eine grundlegende Untersuchung ber die Auswirkung der Rekultivierung auf das Vorkommen von Regenw rmern am Beispiel der Kreism lldeponie Leonberg durchzuf hren 104 Bodenleben Bild 1 Lumbricus rubellus in einem Hohl raum unter einem entfernten Stein Dieser epig ische Regenwurm ist auf grund seiner oberfl chennahen Lebens weise durchgehend dunkel pigmenitiert Das Vorhandensein eines Clitellums r t liche Stelle am Ende des ersten Drittels weist auf ein geschlechtsreifes Tier hin Bild 3 Schematische Darstellung der Lebensbereiche verschiedener kolo gischer Gruppen D
244. und kologische Bedeutung Freiburger Bodenkundl Abhandlungen 37 9 149 Freiburg Schack Kirchner H E Hildebrand amp K v Wilpert 1993 Ein konvektionsfreies Sammelsystem f r Bodenluft Zeitschr Pflanzenern hrung und Boden kunde 156 307 310 Scheffer F amp P Schachtschabel 1992 Lehrbuch der Bodenkunde 491 S Stuttgart Schiechtl H M 1973 Sicherungsarbeiten im Landschaftsbau M nchen 244 S Schiechtl H M 1992 Weiden in der Praxis Die Weiden Mitteleuropas ihre Verwendung und ihre Bestimmung Berlin 130 S Schlichting E Blume H P amp Stahr K 1995 Bodenkundliches Praktikum 295 S Berlin amp Wien Schnittger P 1998 Oberfl chenabdichtung f r Altdeponien Sind TA Sied lungsabfall und TA Abfall noch auf dem Stand der Technik Abfallwirt schaft in Forschung und Praxis Band 109 S 1 8 Schriefer T 1981 Regenw rmer Lumbricidae auf unterschiedlich abgedeckten M lldeponien Bestandsaufnahme und Besiedlungsmechanismen Pedobiologie 22 153 166 Schroeder P R amp K Berger 2001 Das Hydrologic Evaluation of Landfill Perfor mance HELP Modell Benutzerhandbuch f r die deutsche Version 3 90 S Institut f r Bodenkunde Hamburg Schuppener B amp J Hoffmann 2000 Wirkungsweise von Geh lzen zur Stabili sierung von H ngen und B schungen Ingenieurbiologie 2 47 53 Schuppener B 1994 Die statische Berechnung der Bauweise Lebend Bewehrte Erde G
245. und Durchmischung kann es im Unterboden zu gegen ber nat rlichen B den erh hten Respirationsraten gekommen sein Die beobachteten Konzen trationsgradienten k nnten sich also nach l ngerer ungest rter Bodenentwicklung auf den Abdeckungen noch ndern wahrscheinlich eher in Richtung st rkerer Anreicherung im Oberboden und etwas geringerer Anreicherung im Untergrund Wesentliche Grundlage der folgenden Interpretationen ist die integrierende Dar stellung der Bel ftungsklassen Danach kann bis 25 cm Tiefe die Bel ftung auf beiden Varianten als ungest rt angesehen werden Dies ist z B in l ssreichen heute meist durch versauerungsbedingte geringe Bioturbation und h ufige Boden verformung gepr gten nat rlichen Waldb den heutzutage nicht mehr regelm ig der Fall In 50 und 85 cm Tiefe treten auf beiden Behandlungsvarianten in durch die geringe Wiederholungszahl schwerlich statistisch zu sichernde deutlicher Tendenz gest rte Bel ftungsverh ltnisse auf Die freie Diffusion durch das luftgef llte Porensystem ist so stark behindert dass ein messbarer Anteil des CO durch den wassergef llten Porenanteil mit seiner ca 10 000 fach schlechteren spezifischen Gasdurchl ssigkeit weggef hrt wird Bei gest rter Bel ftung kann im Gegensatz zu ungest rter Bel ftung nur ein Bruchteil der Respirationsleistung im Boden abgewickelt werden Tritt dieser Zustand nicht nur sporadisch auf muss mit erheblichen Durchwurzelungsst rungen bei den meist
246. ung erm glichen jedoch aufgrund ihrer geringen St rke auch die Betrachtung im Durchlicht und lassen so am Lichtmikroskop eine st rkere Vergr erung zu Methode Um die Bodenstruktur bei der Probenahme aus den Versuchsfeldern nicht zu ver ndern wurden w hrend der Aufgrabungen Proben aus den Bodenprofilw nden mittels Blechrahmen entnommen Dabei wurde der Rahmen durch behutsames Vorschneiden an den Seiten ber die Bodenprobe geschoben Im Labor wurde der Boden mittels Acetonaustausch entw ssert und anschlie end in Kunstharz Vestopal fixiert Nach dem Aush rten des Kunstharzes konnten die Proben in Scheiben geschnitten werden Die ausgew hlte Scheibe wurde auf eine Glasplatte aufgeklebt und bis zu einer Dicke von ca 30 um abgeschliffen Nach dem Polieren wurde die Oberfl che mit einem Deckglas abgedeckt Damit ist der sogenannte Bodend nnschliff fertiggestellt Die Probenpaare wurden jeweils aus den verdichteten Zonen des K Feldes und Stellen gleicher Tiefe im U Feld entnommen Auch im K Feld finden sich aufgrund des lagenweisen Einbaues zwischen den verdichteten Schichten lockere Bereiche deren Eigenschaften dem Boden im U Feld entsprechen siehe 4 2 2 1 Die ent scheidenden Hindernisse f r Durchl ftung Entw sserung und Durchwurzelung des Bodens sind aber die horizontal ausgerichteten verdichteten Bereiche Daher wur den diese gezielt beprobt 10 sogenannte Kubienak sten mit den Abmessungen H 8 cm B 6 cm T 4
247. ungsschichten wurde in der Praxis bislang wegen des Fehlens eines Standsicherheitsnachweises nicht ausgef hrt Erst w hrend der Laufzeit des vorliegenden Projektes wurden im Sommer 2001 in Rheinland Pfalz qualifizierte Rekultivierungsschichten Wasserhaushaltsschicht zur Abdeckung von zwei Deponien erprobt 3 Stand der Forschung und Technik 27 3 4 Begrenzung des Wurzelwachstums Unter den nat rlichen Einwirkungsfaktoren auf die Oberfl chenabdichtung kommt dem Wurzelwachstum vor allem von Geh lzen die gr te Bedeutung zu Die ein zelnen Komponenten des Dichtungssystems sind hierbei in unterschiedlichem Ma anf llig gegen ber der Durchwurzelung Praxiserfahrungen insbesondere ber l ngere Zeitr ume liegen bisher jedoch nicht vor Kunststoffdichtungsbahnen aus HDPE Folien k nnen zumindest w hrend ihrer vollen Funktionst chtigkeit und bei einwandfreier Verlegung als absolute Wurzelsperren angesehen werden LINERT 1995 Mineralische Dichtungen sind aufgrund ihrer hohen Trockenraumdichte und des geringen Porenvolumens f r Pflanzenwurzeln nur sehr schwer zu durch dringen Im Gegensatz dazu zeigen Aufgrabungen in Testfeldern mit mineralischen Dichtungen dass diese bei einer Austrocknung sehr leicht durchwurzelt werden k nnen z B MELCHIOR 1993 Die Durchwurzelung f rdert die weitere Austrock nung und beschleunigt und verst rkt somit die Beeintr chtigung der Dichtungs funktion Absterbende Wurzeln hinterlassen vertikal
248. upersandstein das Ausgangsmate rial der Bodenbildung auf der Deponie wurde humusarmer L ss Ton und Bau schutt in unterschiedlichen Gemengen eingebaut Die Fl che 3 ist im Oberboden humoser obwohl sie sp ter als die Fl chen 4 5 und 7 angelegt wurde Bei dieser Rekultivierung wurde zumindest teilweise humusreicher Oberboden verwendet Die Fl che 2 weist bis in ber 50 cm Tiefe sehr hohe Kompostgehalte auf 114 Bodenleben zum Vergleich Durchschnitt von W ldern in BaW auf hnlichem Substrat wie die Standorte 3 4 5 und 7 Gesamtbiomasse 67 g m Zusammensetzung siehe Kreis rechts epig ische endog ische anezische Abbildung 4 33 Regenw rmer auf der Kreism lldeponie Leonberg im Fr hjahr 2001 Die Zahlen stehen f r die unterschiedlich alten Rekultivierungen der Tabelle 4 12 Aufgetra gen ist als Kreisdiagramm jeweils die Regenwurmbiomasse Die Kreise sind an der jeweiligen Untersuchungsstelle positioniert die Kreisfl che ist quivalent zur Populationsgr e Ergebnisse Die Regenwurmuntersuchung der Kreism lldeponie Leonberg brachte wiederum berraschende Ergebnisse 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 115 Tabelle 4 13 Regenwurmarten und abundanzen auf der Kreism lldeponie Leonberg
249. usch lagenfeldes Feld B im Dezember 2000 sofort nach Abschluss der Erdbauarbeiten zum Schutz vor Erosion mit Winterweizen Triticum aestivum einges t siehe 4 2 2 Aufgrund des sehr sp ten Saattermins kam keine andere schnellw chsige Kultur in Frage Im M rz April 2001 erfolgte eine weitere Einsaat mit einer konven tionellen Gras Krautmischung deren Zusammensetzung in Anhang 9 1 aufgef hrt ist Weiterhin wurden im Dezember 2000 nach Anschluss der Bodenarbeiten 100 150 cm hohe Heister von Zitterpappeln Populus tremula gepflanzt Zitterpappeln sind als so genannte Pionierbaumart geeignet offene Standorte zu besiedeln und den Boden f r anspruchsvollere Baumarten zu bereiten Sie legen bei bererdung der Stammbasis ein sekund res Wurzelsystem an In Leonberg sollte diese Eigen schaft der B ume genutzt werden um eine m glichst schnelle und tiefreichende Durchwurzelung zu erreichen Sie wurden deshalb bei der Pflanzung ca 50 cm tief in den Boden eingebracht Damit die Pflanzen die Erd berdeckung besser ber stehen und um einen m glichst homogenen Ausgangsbestand an Pflanzen zu gew hrleisten wurden mehr Heister als n tig beschafft und nur die w chsigsten Exemplare eingepflanzt Im November 2001 wurden weitere Geh lze A nus glutinosa Tilia cordata nach gepflanzt um die Bestandesentwicklung zu beschleunigen und Ausf lle der Zitter pappeln siehe 4 7 2 zu ersetzen 122 Vegetationsentwicklung 4 7 1 Oberirdische
250. verdichtet d h ohne zus tzliche Verdichtung eingebaut 360 m nach konventionellem Verfahren dreilagig verdichtet K D 180 m unverdichtet Feld f r umfangreichere destruktive Versuche B 180 m unverdichtet mit ingenieurbiologischem Verbau Buschlagen Kern der Versuchsanlage in Leonberg sind die beiden Gro lysimeterfelder Uund K von jeweils ca 9x 40 m Gr e Abbildung 2 2 und Abbildung 2 3 In ihnen werden die beiden Varianten e unverdichtete Rekultivierungsschicht Feld U und e konventionell verdichtete Rekultivierungsschicht auch als Kontrolle bezeichnet Feld K miteinander verglichen 2 Versuchsanlagen und Untersuchungsprogramm SE 1ORIDUS UN AP d i En PUN MS D JIDIY JIQOUUDPPUDY sap GOJAN sch WYOGS UN YI JOIS am sw sg app 0 S U OXG gt 4 256 0 33 035 Da 4430 Dan RAR DI 4430 Diana WEE EST e rn D L E GE Ee TR di LES EURER TE ES E ER 90I 0H 34 00 D30UM Buninjsarsapa Dn ob neg vayau s Gase WEN SEA A A piopejowsk vnsissust Aufbau der Lysimeterfelder auf der Kreism lldeponie Leonberg Querschnitt Abbildung 2 2 10 Gestaltung von Rekultivierungsschichten Bild 1 Testfelder in Leonberg nach dem Abschluss der Bodenarbeiten im Dezember 2000 B Buschlagen Feld K konventionell verdichtet U unverdichtet x Messh tte Der Aufbau der vier Testfelder siehe Bild 1 i
251. von generischen Modellen dient der Qualit tssicherung des Abbildungsprozesses BERGER 1998 Eine vollst ndige operationale Validierung eines Modells beinhaltet neben dem Vergleich von Modellergebnissen mit empirischen Daten noch weitere Arbeitsschritte BERGER et al 1999 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten 143 4 9 1 Klima von Leonberg und Witterungsbedingungen 2001 Leonberg ist mit einem langj hrigen Mittel 1961 1990 der Jahresniederschl ge von ca 764 mm und einer Jahresdurchschnittstemperatur von 10 6 C einem feuchtgem igten Klima zuzuordnen Die mittlere Gras Referenzverdunstung ET als internationaler Standard der tats chlichen Evapotranspiration DVWK 1996 betr gt 550 600 mm a HAD 2000 so dass unter gem htem Gr nland und ver gleichbarer Vegetation im langj hrigen Mittel eine Absickerung bzw Grundwasser neubildung in der Gr enordnung von ca 150 200 mm a zu erwarten ist Unter h herw chsiger Vegetation insbesondere unter Wald ist die Versickerungsrate niedriger anzusetzen Messwerte der Deponiestation und nahegelegener DWD Stationen Auf der Deponie Leonberg wird eine Klima Messstation betrieben die nach einer l ngeren Ausfallzeit anl sslich des Forschungsvorhabens wieder in Betrieb genommen wurde so dass aktuelle Witterungsdaten f r das Jahr 2001 verf gbar sind Die Station steht nur ca 350 m von den Versuchsfeldern entfernt und liegt auf der gleichen H he jedoch an einer
252. von gro er Bedeutung sind so ber cksichtigen sie doch nur einen Teil der Aufgaben die heute an Rekultivierungsschichten gestellt werden In den 70er und 80er Jahren des 20 Jahrhunderts als man die technischen M g lichkeiten als nahezu grenzenlos ansah wurden Konzepte vollst ndig eingekap selter Deponien mit rundum begehbaren und berwachbaren Abdichtungen ent wickelt Nicht nur die beschr nkten Mittel der Deponiebetreiber sorgten daf r dass 1993 mit der TA Siedlungsabfall ein wesentlich realit tsn her ausgelegtes System zur Abdichtung der Deponieoberfl che vorgeschlagen wurde In diesem Regelaufbau war das Spektrum der Funktionen von Rekultivierungsschichten in seinen Grundz gen bereits angelegt ohne jedoch allzu konkrete Hinweise zu sei ner Realisierung zu geben Erst in den letzten Jahren nicht zuletzt unter dem Eindruck der Ergebnisse einer Vielzahl von Untersuchungen an mineralischen Oberfl chenabdichtungen die Zweifel an der ewigen Wirksamkeit technischer Systeme aufkommen lie en wurde die volle Bedeutung der Wasserhaushaltsfunktion der Rekultivierungs schicht und des Bewuchses zur Minimierung des Sickerwasserzutritts in den Depo niek rper erkannt Obwohl es unter den in der Bundesrepublik herrschenden Klimabedingungen nur an regenarmen Standorten m glich ist eine Deponie allein mit der Rekultivierungsschicht abzudichten hat sie doch gegen ber technischen Elementen den Vorteil auf lange Sicht nichts vo
253. wachsen waren Bild 24 Bei der Untersuchung der gelochten Kupferfolie war nicht zu erkennen warum bestimmte Stellen durch wachsen wurden denn makroskopisch waren keine Besch digungen festzustellen Bild 24 Eine Ampferwurzel hat die Kupfer Wurzelsperrmatte durchdrungen die Matte ist aufgeschnitten Ansicht von unten 5 Ergebnisse Il Wirkung von Wurzelsperren 167 LS y S A Bild 26 Wurzeln werden vom verdichteten Sand in horizontale Wuchsrichtung abgelenkt 168 Einfluss der Sperren auf das Wurzelwachstum Aufgrund der relativ kurzen Versuchslaufzeit sind die meisten der freigelegten Wurzeln mit lt 2 mm Durchmesser den Feinwurzeln zuzurechnen AKS 1996 An den untersuchten Stellen wurden die 30 cm m chtigen Sperrschichten aus Sand und Glassplitt nirgends von Wurzeln vollst ndig durchwachsen Hierzu wird noch eine gewisse Zeit erforderlich sein Die Variante Dr nbeton kann in dieser Hinsicht nicht beurteilt werden da die Sperrschicht nicht aufgebrochen wurde Auch die in den Versuchsfeldern gepflanzten Geh lze wurden noch nicht beprobt um Sch den am Wurzelsystem und den Sperrschichten zu vermeiden Es ist anzunehmen dass auch das Wurzelsystem der Zitterpappeln die Sperren noch nicht mit starken Wurzeln erreicht hat In den n chsten Jahren kann untersucht werden ob die Pflanzen unter zunehmendem periodischem Trockenstress in der Lage sein werden die Wurzelsperren vollst ndig zu berwinden und den darunterliegenden
254. weniger deutlich auch bei Kd3 sind Bodenbestandteile an einigen Stellen horizontal eingeregelt 5 Zwischen den Tiefenstufen einer Variante also z B beim Vergleich von Ud3 mit Ud4 gibt es ebenfalls Unterschiede e Die untere Stufe ist grunds tzlich etwas dichter also rmer an Hohlr umen Dies k nnte eine Folge der h heren Bodenauflast sein e D nnschliff Kd4 wurde aus der zweiten verdichteten Schicht des K Feldes entnommen siehe Abbildung 4 12 Er weist deutlich mehr horizontal einge regelte Bereiche auf als der D nnschliff aus der dar berliegenden verdich teten Schicht Kd3 Dies ist jedoch keine Folge einer h heren Bo denauflast sondern dort war die Verdichtung durch das Einbauverfahren intensiver 12 Der eingebaute Boden setzt sich vorwiegend aus Schluff 92 63 um und Ton lt 2 um zusammen Daher sind einzelne Mineralk rner bei dieser Vergr erung noch nicht sichtbar 71 le Mm Ae Ki 2 6 7 Bodend nnschliffe zur Mikromorpholog 4 Ergebnisse I Gestaltung von Rekultivierungsschichten Kd3 Bildtafel A KL e e e ea EA gt 2 i A A 3 RN E gt H EI d a Ra sonne Gocsc a i 4 F e d Beosupssssensonssecses V Sr e r v e P nn TE Zi Das d i Eh e ECH r 2 Ake Di F Jeu gt gt KL He R I H H d e EAR S 5 x 2 E a o CH Six U VEGA i S ir z w N 7 3 on Ki 5 Ken EN 9 So A EN 5 wi E KE I D ce F g T S E oria o A H L D G
255. x purpurea aus einer 6 j hrigen Buschlage Deponie Hasenholz Tuttlingen mit starken basalen Wurzeln Die Wurzel links erreichte eine L nge von ber 80 cm Rechts ist der Stumpf des gekappten an der Basis knapp armstarken Trie bes zu erkennen 136 Ingenieurbiologischer Verbau e Die Bildung von Basalwurzeln korreliert eng mit dem Einbauwinkel Nach au en geneigte ste bildeten kaum oder keine Basalwurzeln daf r i d R ein am vor deren Astbereich angelegtes Hauptwurzelsystem oft mit St tzwurzel n Bild 19 Horizontal eingelegte ste entwickelten ein meist gleichm ig ber die Astl nge verteiltes berwiegend aus d nneren Wurzeln an der Basis lt 10 mm dick bestehendes Wurzelwerk Nach Innen gegen die B schung geneigt eingelegte ste Einbauwinkel gt 5 hatten ihr Hauptwurzelsystem dagegen immer im basalen Bereich L nge und Dicke der Basalwurzeln schwankte stark Die l ngste Basalwurzel mit ber 80 cm Bild 18 wurde in den 6 j hrigen Buschlagen an Salix purpurea gefun den Die L nge der Basalwurzeln lag bei den 6 j hrigen sten sonst bei 30 60 cm im Durchschnitt bei 40 45 cm wobei zu ber cksichtigen ist dass beim Aufgraben d nnere Wurzelenden lt 5 mm oft abgerissen werden Gut ausgebil dete Basalwurzeln waren regelm ig auch die dicksten Wurzeln am gesamten Ast mit einem Basisdurchmesser von meist 10 20 mm und teilweise gt 20 mm Pr Bild 19 Salix viminalis aus einer 6 j hrigen
256. zelraum Die inzwischen vorliegenden Erkenntnisse boten den Anlass das Forschungsvor haben Untersuchungen zur Gestaltung von Rekultivierungsschichten und Wurzel sperren zu konzipieren Praxiserfahrungen zeigten dass zwischen Vorgaben und technischer Ausf hrung der Rekultivierung eine gro e Diskrepanz bestand und bis heute weiterhin besteht In der Vergangenheit standen bei der Gestaltung von Rekultivierungsschichten berwiegend bautechnische Anforderungen im Vorder grund der Betrachtung kologische Aspekte blieben unber cksichtigt oder bestenfalls auf die Auswahl geeigneter Substrate beschr nkt Die von Seiten der Boden und Vegetationskunde im Hinblick auf einen funktionsf higen Pflanzen bestand erhobene Forderung Substrate beim Einbau nicht zu verdichten sondern m glichst locker zu lagern wurde in der Praxis mit teilweise dauerhaften Folge sch den meist nicht erf llt Die Bauausf hrung erfolgte in der Regel verdichtet da das Standsicherheitsverhalten unverdichteter Substrate an B schungen nicht hinreichend bekannt war und zweifelhaft erschien Wenn der Anforderung der TA SIEDLUNGSABFALL an Rekultivierungsschichten die Infiltration von Sickerwasser in den Deponiek rper zu reduzieren konsequent Rechnung getragen werden soll so bedeutet dies nach M glichkeit Waldbest nde auf tief und intensiv durchwurzelbaren Rekultivierungsschichten zu etablieren W lder sind die nat rlichen Endglieder der Vegetationssukzession
257. zungen besser vergleiche Abbildung 4 35 da g nstigere Bodeneigenschaften vorliegen wodurch das Wurzelwachstum stimuliert und ein vitaler Bewuchs erzielt wird B necke 1997a 1997b Abbildung 4 37 Prinzipskizze f r die Ausf hrung von Buschlagen Mit dem Bau der ersten Berme wird am B schungsfu begonnen Nach dem Auslegen der ste bzw Pflanzen wird die erste Berme mit dem Aushub der n chsten verf llt Mit dem ingenieurbiologischen Verbau eines Testfeldes mit Buschlagen konnten die hierzu f r den Landschafts und Stra enbau vorliegenden Kenntnisse BEGEMANN amp SCHIECHTL 1994 Forschungsgesellschaft f r Strassen und Verkehrs wesen 1983 SCHAARSCHMIDT 1974 beim Aufbau einer Rekultivierungsschicht an einer steilen B schung angewendet werden W hrend der Projektlaufzeit wurden folgende Untersuchungen durchgef hrt 25 Buschlage sog Stabilbauweise bei der lebende ste auf Bermen in gewachsenem oder gesch ttetem Boden verlegt werden und sofort nach dem Einbau steil aufgebaute B schungen bzw H nge gegen Abrutschen sichern 130 Ingenieurbiologischer Verbau e Messung des Herausziehwiderstandes an eingelegten sten zur Herleitung der Verbundfestigkeit zwischen sten und Boden e Untersuchungen zum Wurzelwachstum Durchwurzelungstiefe und intensit t e vergleichende Untersuchungen zur Wurzelentwicklung an lteren Buschlagen auf der Erd und Bauschuttdeponie Hasenholz bei Tuttlingen Im Folgenden werden die Er

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