Messnetz Bodenfeuchte

Projektinfos

Das Messnetz

Seit Juni 2004 betreibt die Fachstelle Bodenschutz ein Netz mit elf Tensiometerstationen zur Messung der Bodenfeuchte (Saugspannung) im Boden. In erster Linie repräsentieren die Stationen die verschiedenen Klimazonen des Kantons Zürich. Alle Standorte werden als Dauerwiese genutzt. Die Böden sind meist normal durchlässig und tiefgründig.

Acht Stationen sind mit je fünf Tensiometern im Oberboden (20 cm u.T.) und im Unterboden (40 cm u.T.) ausgerüstet. Die Messwerte werden während der Vegetationsperiode jeweils am Montag, Mittwoch und Freitag abgelesen. An drei Standorten (Rafz, Reckenholz und Wädenswil) wird die Saugspannung in drei Tiefen (20, 40 und 70 cm) automatisch gemessen.

Zweck der Messungen

Der Saugspannung als Mass für die Feuchte und die Tragfähigkeit des Bodens kommt bei Erdarbeiten eine zentrale Bedeutung zu. Zulässige Maschineneinsätze für boden-schonendes Arbeiten können direkt von der Saugspannung abgeleitet werden.
Der Betrieb des Messnetzes hat folgende Ziele:

  • Bereitstellen von Saugspannungsdaten als Dienstleistung für alle Interessierten.
  • Bereitstellen eines Hilfsmittels zur realistischen Planung von Bodenrekultivierungen nach den kantonalen Richtlinien.
  • Förderung des Verständnisses für das Abtrocknungsverhalten von Böden.
  • Förderung der schonenden Bearbeitung von Böden.
  • Motivation aller Akteure (Bauleute, Kiesabbauer, Landwirte, Planer und Berater), die Saugspannung als 'handliches' Kriterium selbstverständlich in die Planung und Durchführung von Erdarbeiten einzubeziehen.

Aussagekraft der Messdaten

Die Bodenfeuchte wird nicht nur vom Niederschlag, sondern massgeblich von den Bodeneigenschaften am Messort beeinflusst. Messungen an einem einzelnen Standort sind streng genommen nur für diesen Standort aussagekräftig. Bei der Übertragung der Resultate auf die Standort-Gemeinde oder eine ganze Region, ohne Kenntnis der jeweiligen Bodenverhältnisse, ist daher Vorsicht geboten. Dank den Daten aus dem Messnetz lassen sich aber saisonal- oder witterungsbedingte Tendenzen ohne weiteres ableiten.

Was versteht man unter Saugspannung?

Ein Boden besteht aus festen Bestandteilen (Matrix) und dazwischenliegenden Hohlräumen. Diese sind strukturiert und stellen ein zusammenhängendes System für den Gas- und Wasserhaushalt im Boden dar. Bei Wassersättigung (z.B. nach einem starken Niederschlag und meist im Winter) sind alle Poren mit Wasser gefüllt. Bedingt durch die Schwerkraft entleeren sich grosse Poren sehr schnell. In den mittleren und den feinen Poren dagegen wird das Bodenwasser aufgrund von Kapillarkräften zurückgehalten.
Die Kraft, mit der das Wasser in den Poren des Bodens zurückgehalten wird, nennt man Saugspannung. Sie stabilisiert die festen Bodenteilchen und hat damit einen direkten Einfluss auf die mechanische Belastbarkeit des Bodens.
Die Saugspannung entspricht auch der Kraft, die Pflanzenwurzeln aufbringen müssen, um dem Boden Wasser zu entziehen.

Wie wird die Saugspannung gemessen?

Die Saugspannung wird mit sogenannten Tensiometern gemessen. Ein Tensiometer besteht aus einem porösen Hohlkörper aus Keramik (Keramikkerze) und einem wassergefüllten geschlossenen Rohr; ein Unterdruck-Manometer ist mit der Wassersäule im Rohr in Kontakt.

In trockenem Boden transportiert die Keramikkerze infolge ihre Kapillarität Wasser von innen nach außen, so dass im geschlossenen Rohr ein Unterdruck entsteht.
Dieser Unterdruck - die Saugspannung - wird am Manometer abgelesen (grosser Wert = hohe Saugspannung).

Die gebräuchliche Masseinheit ist Centibar (cbar);
(1 cbar = 10 cm Wassersäule).
Bei hoher Saugspannung herrschen stabilisierende Kräfte zwischen den Bodenteilchen, und der Boden weist eine hohe Tragfähigkeit auf. Umgekehrt ist bei geringer Saugspannung ein Boden wenig belastbar und die Verdichtungsgefährdung entsprechend gross.

hohe Saugspannung = trocken
niedrige Saugspannung = feucht

Der Messbereich der Tensiometer beträgt 0 - 85 cbar. Eine andauernde Messung im Trockenen führt zum langsamen 'Leersaugen' des Tensiometers, so dass periodisch Wasser nachgefüllt werden muss.

Saugspannungsbereiche

cbarBodenzustand
0 - 6gesättigt bis sehr nass
6 - 10nass bis feucht
10 - 20feucht bis abgetrocknet
20 - 50trocken
> 50sehr trocken

Beurteilungswerte

Nur genügend abgetrocknete und tragfähige Böden dürfen befahren und bearbeitet werden. Das Befahren des Bodens auf Baustellen muss grundsätzlich unter Einhaltung der Nomogrammwerte erfolgen.

  • Ideal für Bodenarbeiten sind Saugspannungen über 20 cbar.
  • Unter 10 cbar darf Boden nie befahren werden.
  • Unter 6 cbar ruhen alle Bodenarbeiten.

Böden mit Tongehalten über 30% sind besonders empfindlich. Sie dürfen erst ab 20 cbar befahren und ab 15 cbar bearbeitet werden.

In der Landwirtschaft kann das Verdichtungsrisiko mit dem Simulationsmodell Terranimo ermittelt werden. 

Einsatzgrenzen für Baumaschinen (Nomogramm)

Gesamtgewicht [t] * Bodenpressung [bar] * 1.25 = Saugspannungs-Einsatzgrenze [cbar]

* Flächenpressung unter den Reifen bzw. Raupen
beladener Maschinen

** Gesamtgewicht beladener
Maschinen