Einfache konsistente Modelle zur Wasserretention und hydraulischen Leitfähigkeit im gesamten Feuchtigkeitsbereich

1 Die gebräuchlich verwendeten hydraulischen Modelle berücksichtigen nur die kapillare Wasserretention und Leitfähigkeit. Die adsorptive Wasserretention und die Filmschichtleitfähigkeit werden vernachlässigt. Dies führt zu einer fehlerhaften Beschreibung der hydraulischen Eigenschaften im trockenen Bereich. Die wenigen existierenden Modelle, die die Filmschichtleitfähigkeit und die adsorptive Retention berücksichtigen, sind entweder schwierig zu nutzen oder physikalisch inkonsistent. Ein neuer Satz empirischer hydraulischer Modelle zur effektiven Beschreibung der Wasser dynamik von vollsatierter bis völlig trockener Zustand wird eingeführt. Die Modelle ermöglichen eine klare Unterteilung zwischen kapillarer und adsorptiver Wasserretention sowie zwischen kapillarer und Filmschichtleitfähigkeit. Die Anzahl der einstellbaren Parameter für das neue Retentionsmodell wird im Vergleich zu den gebräuchlich verwendeten Modellen nicht erhöht, während für das neue Leitfähigkeitsmodell nur ein zusätzlicher Parameter zur Quantifizierung des Beitrags der Filmschichtleitfähigkeit erforderlich ist. Beide Modelle sind mathematisch einfach und somit leicht in Simulationsstudien zu verwenden. Das neue Flüssigkeitsleitfähigkeitsmodell wird mit einem bestehenden Dampfleitfähigkeitsmodell gekoppelt, um die Leitfähigkeit im gesamten Feuchtigkeitsbereich zu beschreiben. Die neuen Modelle wurden erfolgreich auf Literaturdaten angewendet, die alle den trockenen bis sehr trockenen Bereich erreichen und sich nicht gut mit den klassischen kapillaren Modellen beschreiben lassen. Die untersuchten Böden reichen von reinem Sand bis zu tonhaltigen Böden. Eine Simulationsstudie mit stationären Wassertransport-Szenarien zeigt, dass die Vernachlässigung entweder der Filmschicht- oder Dampfleitfähigkeit oder beider zu einer erheblichen Unterschätzung des Wassertransports bei niedrigen Wassergehalten führen kann.