Feldversuche zur Wirksamkeit von Oberflächenabdichtungssystemen mit Dichtungen aus Hafenschlick:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Hamburg
Verein zur Förderung der Bodenkunde in Hamburg
2000
|
| Schriftenreihe: | Hamburger bodenkundliche Arbeiten
46 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | X, 280, 35 Bl. Ill., graph. Darst. : 21 cm |
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| adam_text | Titel: Feldversuche zur Wirksamkeit von Oberflächenabdichtungssystemen mit Dichtungen aus Hafenschlick
Autor: Tresselt, Katrin
Jahr: 2000
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis...........................................................................................V
Zusammenfassung.................................................................................................VII
1 Einführung und Zielsetzung.............................................................................1
2 Ergebnisse aus der Forschung........................................................................7
2.1 Oberflächensicherung von Deponien und Altlasten........................................7
2.2 Hafenschlick..................................................................................................11
3 Untersuchungskonzept..................................................................................15
3.1 Schlicklagerstätte Francop............................................................................15
3.2 Schichtaufbau der Testfelder........................................................................16
3.3 Wasserhaushalt der Testfelder.....................................................................18
3.4 Untersuchungsprogramm.............................................................................20
3.5 Datengrundlage............................................................................................21
4 Bau der Versuchsanlage................................................................................23
4.1 Herstellung der Testfelder.............................................................................23
4.2 Feldbegrenzungen und Einrichtungen zur Erfassung der Abflüsse..............25
4.3 Qualitätssicherung und Beprobung...............................................................28
4.4 Begrünung....................................................................................................28
5 Meßtechnik, Datenerfassung und Datenverarbeitung.................................31
5.1 Meteorologische Messungen........................................................................31
5.2 Abflußmessung.............................................................................................32
5.3 Messung des Druck- und des Gaspotentials................................................33
5.4 Messung des Bodenwassergehalts..............................................................35
5.4.1 Meßprinzip und Meßtechnik der Time Domain Reflectometry..................35
5.4.2 Kalibrierung der Bodenwassergehaltsmessung........................................38
5.4.3 Methodische Probleme der TDR-Messung...............................................42
5.5 Messung der Bodentemperatur.....................................................................49
5.6 Messung des Redoxpotentials......................................................................49
5.7 Setzungsmessung........................................................................................51
5.8 Datenerfassung.............................................................................................52
5.9 Meßbetrieb und Datenverarbeitung..............................................................53
6 Materialeigenschaften.....................................................................................57
6.1 Korngrößenverteilung...................................................................................57
6.2 Tonmineralzusammensetzung...............:......................................................60
6.3 Anorganischer und organischer Kohlenstoff.................................................62
6.4 Eisen und Mangan........................................................................................64
6.5 Schwermetalle und Arsen.............................................................................66
6.6 Trockendichte, Substanzvolumen und Porenvolumen..................................67
6.7 Wasserspannungskurve und Porengrößenverteilung...................................69
6.8 Wasserleitfähigkeit........................................................................................73
6.9 Einbauwassergehalt und Sättigungszahl......................................................79
6.10 Wasserbindevermögen und Wasserbindegrad.............................................80
6.11 Konsistenzgrenzen und Konsistenzzahl.......................................................82
6.12 Scherfestigkeit..............................................................................................83
6.13 Erfüllung der Planungsvorgaben für die Schichten.......................................84
7 Witterung im Untersuchungszeitraum..........................................................87
7.1 Vergleich der meteorologischen Meßdaten der Feldversuche mit den
Daten des Deutschen Wetterdienstes...........................................................87
7.2 Meteorologische Kennwerte 1979 bis 1998..................................................90
7.3 Witterung in der Meßphase 1996 bis 1998...................................................92
8 Bilanzen des Wasserhaushalts der Testfelder.............................................99
9 Eigenschaften der Rekultivierungsschicht.................................................105
9.1 Aufgaben der Rekultivierungsschicht..........................................................105
9.2 Die Rekultivierungsschicht als Pflanzenstandort.........................................106
9.2.1 Nährstoffversorgung der Pflanzen..........................................................106
9.2.2 Wasserversorgung der Pflanzen.............................................................115
9.2.3 Sauerstoffversorgung der Pflanzenwurzeln............................................116
9.2.4 Veränderung der Kenngrößen des Bodenwasserhaushalts...................118
9.2.5 Durchwurzelbarkeit und Vegetationsentwicklung....................................119
! 9.3 Die Rekultivierungsschicht als Bestandteil des Abdichtungssystems.........121
9.3.1 Wasserhaushalt der Rekultivierungsschicht...........................................121
9.3.2 Schutzfunktion der Rekultivierungsschicht.............................................127
10 Eigenschaften der mineralischen Wurzelsperre........................................131
11 Eigenschaften der Entwässerungsschicht.................................................139
, 11.1 Aufgaben der Entwässerungsschicht..........................................................139
11.2 Abflüsse in der Entwässerungsschicht........................................................I39
11.3 Wasserleitung und Wasserspeicherung......................................................143
11.4 Berechnung kritischer Hanglängen und Neigungen....................................148
11.5 Wasserqualität............................................................................................I52
12 Wirksamkeit der Schlickdichtung und dichtungsinterne Prozesse..........157
12.1 Wasserabgabe unter den Schlickdichtungen und hydraulische
Wirksamkeit................................................................................................159
12.2 Konsolidierung der Schlickdichtungen........................................................166
Inhaltsverzeichnis III
12.3 Hydraulische Verhältnisse in den Schlickdichtungen nach Abschluß der
Konsolidierung............................................................................................173
12.3.1 Druckpotentiale...................................................................................174
12.3.2 Wassergehalte....................................................................................180
12.3.3 Hydraulische Potentiale und Gradienten............................................183
12.3.4 In-situ-Wasserleitfähigkeiten der Schlickdichtungen...........................186
12.4 Wassertransport in den Schlickdichtungen.................................................187
12.4.1 Wassertransport unter isothermen Bedingungen...............................187
12.4.2 Wassertransport unter anisothermen Bedingungen...........................190
12.5 Wasserqualität und Stoffverlagerungen in den Schlickdichtungen..............203
12.5.1 Wasserqualität des Sickerwassers aus den Schlickdichtungen.........203
12.5.2 Stoffverlagerung in den Schlickdichtungen.........................................209
12.6 Austrocknungsverhalten von Schlickdichtungen.........................................214
12.6.1 Physikalische Grundlagen..................................................................214
12.6.2 Abschätzung der Austrocknungsgefährdung einer Dichtung aus
Hafenschlick.......................................................................................218
12.6.3 Ergebnisse aus dem Austrocknungsfeld............................................220
12.6.4 Laborversuche zum Austrocknungsverhalten von Schlick-
dichtungen..........................................................................................225
12.6.5 Maßnahmen zum Schutz einer Schlickdichtung vor Austrocknung .„.234
13 Bewertung des untersuchten Oberflächenabdichtungssystems und
offene Fragen................................................................................................237
13.1 Bewertung des untersuchten Oberflächenabdichtungssystems..................237
13.2 Offene Fragen.............................................................................................241
14 Verzeichnisse................................................................................................243
14.1 Literatur.......................................................................................................243
14.2 Software......................................................................................................265
14.3 Tabellen im Text.........................................................................................267
14.4 Abbildungen im Text...................................................................................270
14.5 Tabellen im Anhang....................................................................................276
14.6 Abbildungen im Anhang..............................................................................278
14.7 Photos im Anhang.......................................................................................279
Anhang...........................................................................................................281
14 Verzeichnisse 267
14.3 Tabellen im Text
Tab. 3.1: Bilanzgrößen des Wasserhaushalts beider Testfelder.........................20
Tab. 5.1: TDR-Kalibrierfunktionen zur Berechnung der volumetrischen
Wassergehalte in den Schichten des Oberflächenabdichtungs-
systems................................................................................................40
Tab. 5.2: Absolute und relative Abweichungen der errechneten TDR-
Wassergehalte vom gravimetrisch bestimmten Wassergehalt.............40
Tab. 5.3: Mittlere Standardabweichungen der Bodenwassergehalts-
meßwerte errechnet aus drei Meßwiederholungen eines
Meßtermins...........................................................................................42
Tab. 5.4: Abschätzung des maximalen temperaturinduzierten Meßfehlers
des Bodenwassergehalts in den Abdeckschichten...............................46
Tab. 5.5: Erfassungsart der Meßgrößen auf der Versuchsfläche Francop..........54
Tab. 6.1: Korngrößenverteilung und Ungleichförmigkeitszahl der Schichten
des Standardfeldes...............................................................................59
Tab. 6.2: Korngrößenverteilung und Ungleichförmigkeitszahl der Schichten
des Austrocknungsfeldes.....................................................................59
Tab. 6.3: Reflexionswinkel und Schichtabstand der Tonminerale bei
unterschiedlicher Vorbehandlung.........................................................61
Tab. 6.4: Qualitative Tonmineralzusammensetzung der bindigen Materialien.....61
Tab. 6.5: Gehalte an organischem und anorganischem Kohlenstoff,
Carbonat, Humus und der Glühverlust in den Schichten der
Testfeider, arithmetisches Mittel und Meßspanne................................63
Tab. 6.6: Eisengesamtgehalte (arithmetisches Mittel und Standardab-
weichung) und prozentuale Anteile der Fraktionen am Gesamt-
gehalt in den Schichten........................................................................64
Tab. 6.7: Mangangesamtgehalt (arithmetisches Mittel und Standardab-
weichung) und prozentualer Anteil der Fraktionen am Gesamt-
gehalt in den Schichten........................................................................65
Tab. 6.8: Schwermetallgehalte in den Schichten, arithmetisches Mittel, fett:
Überschreitung der L^GA-ZO-Werte....................................................66
Tab. 6.9: Trockendichte (pd), Substanzvolumen (SV), Gesamtporenvolumen
(PV) und Porenziffer (PZ) der Schichten, arithmetisches Mittel und
Meßspanne..........................................................................................68
Tab. 6.10: Einbauwassergehalte und Sättigungszahl der Schichten, arithme-
tisches Mittel und Meßspanne..............................................................80
Tab. 6.11: Wasserbindevermögen (Wb) und Wasserbindegrad (W^) der
Materialien, arithmetisches Mittel und Standardabweichung................81
Tab. 6.12: Konsistenzgrenzen und Plastizitäts- und Konsistenzzahl der
Wurzelsperre und der Schlickdichtungen, arithmetisches Mittel
und Meßspanne....................................................................................83
268_______________________________________________________
Tab. 6.13: Planungsvorgaben (ARGE Schlicktechnick 1991) und Einbau-
zustand der Entwässerungsschichten in der Versuchsfläche..............84
Tab. 6.14: Planungsvorgaben (ARGE Schlicktechnick 1991) und Erfüllungs-
grad der Schlickdichtungen in der Versuchsfläche..............................85
Tab. 6.15: Anforderungen der TA Siedlungsabfall an die Entwässerungs-
schicht und Dichtung in einem Oberflächenabdichtungssystem der
Deponieklasse I im Vergleich zu den Eigenschaften der Entwäs-
serungsschicht und der Dichtung im Testfeld mit dem Standard-
aufbau des Oberflächenabdichtungssystems auf der Schlicklager-
stätte Francop...............................................................................•......86
Tab. 7.1: Jahresniederschlagshöhen, Jahresmittel der Lufttemperatur und
relativen Luftfeuchte der Testfelder Francop (eigene Messungen)
und der DWD-Stationen Hamburg-Neuwiedenthal und Hamburg-
Fuhlsbüttel...........................................................................................88
Tab. 7.2: Niederschlagssummen für die Testfelder und Summe der ETp
(DWD-Station Neuwiedenthai) errechnet nach Haude (DIN 19685)
für verschiedene Bilanzierungszeiträume............................................94
Tab. 7.3: Häufigkeit und Summe der Tagesniederschläge (korrigierter
Niederschlag) auf der Versuchsfläche Francop...................................94
Tab. 8.1: Jahresbilanzen und Jahresmittel des Wasserhaushalts des
Standardfeldes.....................................................................................99
Tab. 8.2: Jahresbilanzen und Jahresmittel des Wasserhaushalts des
Austrocknungsfeldes..........................................................................101
Tab. 9.1: Mittlere prozentuale Zusammensetzung der austauschbaren
Kationen in den Schichten der Testfelder und der Zusatzflächen......111
Tab. 9.2: Doppellactatlösliches (dl) Kalium und Phosphor in den Schichten
der Testfelder und der Zusatzflächen, arithmetisches Mittel und
Einstufung in Gehaltsklassen für Grünland aus Fink (1979)..............111
Tab. 9.3: Gemessene und nach KA4 für eine mittlere Trockendichtestufe
berechnete Feldkapazität (FK) und nutzbare Feldkapazität (nFK)
in den Abdeckschichten der Testfelder..............................................116
Tab. 9.4: Gemessene und nach KA4 für eine mittlere Trockendichtestufe
berechnete Luftkapazität der Profile in der Versuchsfläche...............117
Tab. 9.5: Veränderungen der Kenngrößen des Bodenwasserhaushalts der
Schichten in der Versuchsfläche nach Ablauf von zwei Jahren.........118
Tab. 9.6: Wasserhaushalt der Rekultivierungsschicht des Standardfeldes.......124
Tab. 9.7: Wasserhaushalt der Rekultivierungsschicht des
Austrocknungsfeldes..........................................................................125
Tab. 11.1: Abfluß aus der Entwässerungsschicht des Standardfeldes...............141
Tab. 11.2: Abgeschätzte Mengenanteile des Sickerwassers aus der
Rekultivierungsschicht (Typ 1) und des Schlickporenwassers (Typ
2) im Abfluß aus der Entwässerungsschicht des Standardfeldes......154
14 Verzeichnisse 269
Tab. 12.1: Wasserabgabe und Reduktion der potentiellen Sickerrate unter
der Schlickdichtung in beiden Testfeldem..........................................161
Tab. 12.2: Porenwasserdruck an der Unterkante der Schlickdichtung in
Abhängigkeit von der Auflast..............................................................169
Tab. 12.3: Porenwasserabgabe und Volumenänderung der Schlickdichtung
im Standardfeld durch Konsolidierung................................................173
Tab. 12.4: In-situ-Wasserleitfähigkeiten der Schlickdichtungen in den Test-
feldern ................................................................................................186
Tab. 12.5: Spannweiten der Wasserinhaltsstoffe unter den Schlickdichtungen
beider Testfelder und die Grenzwerte der Abwasserverordnung-
AbwV (1999) Anhang 51 für oberirdische Ablagerung von Abfällen...206
Tab. 12.6: Einbauwassergehalte und Entwässerungsdauer der Versuche zur
Ermittlung kritischer Wasserspannungen für die Rißentstehung in
Schlickdichtungen...............................................................................229
270
14.4 Abbildungen im Text
Abb. 1.1: Anfänge der Baggerei im Hamburger Hafen
(NEHLS BUBENDEY 1892)......................................................................1
Abb. 3.1: Schematischer Querschnitt durch die Schlicklagerstätte Francop
im Bereich der Randstützkörper (nach Netzband etal. 1996)..............15
Abb. 3.2: Schematische Darstellung des Schichtaufbaus der beiden Test-
felder....................................................................................................18
Abb. 3.3: Schematische Darstellung der Bilanzgrößen des Wasserhaushalts
beider Testfelder (zur Erläuterung der Abkürzungen s. Tab. 3.1).........19
Abb. 4.1: Lage der Testfelder auf der Schlicklagerstätte Francop.......................24
Abb. 4.2: Schematischer Querschnitt durch die Versuchsfläche im Bereich
der Testfelder..............................................................................•........25
Abb. 4.3: Aufsicht auf die Versuchsfläche - Testfeldmaße, Lage der Profile,
der Niederschlagsmesser und der bodenhydrologischen Meß-
blöcke...................................................................................................26
Abb. 4.4: Schematische Darstellung des Hangfußbereichs des Standard-
feldes mit der Anordnung der Abflußgerinne........................................27
Abb. 5.1: Anordnung und Meßtiefe der Tensiometer und Gasdrucksensoren
in den Testfeldern (Aufsicht).................................................................34
Abb. 5.2: Schematischer Aufbau der TDR-Messung (aus Rook 1990)...............36
Abb. 5.3: Schematische Darstellung des TDR-Signales und die zur Auswer-
tung relevanten Kurvenabschnitte (Tangentenschnittpunkte P1
und P2) (aus Vielhaber 1995).............................................................37
Abb. 5.4: Kalibrierung und Meßgenauigkeit der TDR-Messung im Schlick..........41
Abb. 5.5: Mittlere Dielektrizitätszahl (DZ) im Schlick in Abhängigkeit von der
Bodentemperatur (T), r = Korrelationskoeffizient, sd = Standard-
abweichung..........................................................................................44
Abb. 5.6: Bodentemperatur und Dielektrizitätszahl in der Mitte der Schlick-
dichtung beider Testfelder....................................................................45
Abb. 5.7: Dielektrizitätszahl (DZ) in Abhängigkeit von der Bodentemperatur
(T) in der Mitte der Schlickdichtungen beider Testfelder, r =
Korrelationskoeffizient, sd = Standardabweichung, n = Anzahl der
Wertepaare...........................................................................................46
Abb. 5.8: Dielektrizitätszahl in der Mitte der Schlickdichtung des Standard-
feldes mit und ohne Temperaturkorrektur.............................................47
Abb. 5.9: Wassergehalte berechnet nach Roth et al. (1998) und mit der
materialspezifischen Kalibrierfunktion in den Schichten des
Standardfeldes.....................................................................................48
Abb. 5.10: Schematischer Aufbau einer Redoxsonde (aus Schmidt 1998)...........50
Abb. 5.11: Lage der Setzungsmeßstellen in der Versuchsfläche...........................51
14 Verzeichnisse 271
Abb. 6.1 Kornsummenkurven der Materialien der Testfelder (arithmetische
Mittelwerte)...........................................................................................58
Abb. 6.2: Wasserspannung-Wassergehalts-Kurven der Schichten beider
Testfelder (arithmetisches Mittel)..........................................................71
Abb. 6.3: Porengrößenanteile und Festsubstanz in den Schichten der Test-
felder....................................................................................................72
Abb. 6.4: Wasserleitfähigkeit der Schichten beider Testfelder.............................74
Abb. 6.5: Gemessene und nach Van Genuchten berechnete pF-Kurve und
die berechnete ungesättigte Wasserleitfähigkeit der Abdeck-
schichten des Standardfeldes (Legende s. Abb. 6.6)...........................77
Abb. 6.6: Gemessene und nach Van Genuchten berechnete pF-Kurve und
die berechnete ungesättigte Wasserleitfähigkeit der Schichten des
Standardfeldes.....................................................................................78
Abb. 6.7: Gemessene und nach Van Genuchten berechnete pF-Kurve und
die berechnete ungesättigte Wasserleitfähigkeit der Schichten des
Austrocknungsfeldes (Legende s. Abb. 6.6).........................................79
Abb. 7.1: Regressionsanalyse der Niederschläge (Tageswerte) der
Testfelder mit den Daten des DWD (Stationen: Hamburg-
Neuwiedenthal, Hamburg-Fuhlsbüttel), r = Korrelationsfaktor, sd =
Standardabweichung, n = Anzahl der Wertepaare...............................88
Abb. 7.2: Regressionsanalyse der Meßdaten der Testfelder mit den Daten
des DWD (Stationen: Hamburg-Neuwiedenthal, Hamburg-
Fuhlsbüttel), Tagesmittelwerte der Lufttemperatur und Luftfeuchte,
r = Korrelationsfaktor, sd = Standardabweichung, n = Anzahl der
Wertepaare...........................................................................................89
Abb. 7.3: Meteorologische Kennwerte (Jahressummen bzw. Jahres-
mittelwerte) der DWD-Station Hamburg-Neuwiedenthal (1979 -
1998)....................................................................................................91
Abb. 7.4: Meteorologische Kennwerte (Tagessummen bzw. Tagesmittel-
werte) auf der Versuchsfläche Francop (1996 -1998).........................92
Abb. 7.5: Häufigkeitsverteilung der Tagesniederschläge auf der Versuchs-
fläche Francop, Summenkurven der Jahre 1996 bis 1998...................95
Abb. 8.1: Jahresbilanzen des Wasserhaushalts beider Testfelder....................100
Abb. 8.2: Monatliche Bilanzen des Wasserhaushalts des Standardfeldes........102
Abb. 8.3: Monatliche Bilanzen des Wasserhaushalts des Austrocknungs-
feldes..................................................................................................103
Abb. 9.1; Mediane des Redox- und Matrixpotentials und der Wassergehalt
in der Rekultivierungsschicht des Standardfeldes..............................108
Abb. 9.2: Redoxpotential in der Rekultivierungsschicht des Standard-
aufbaus, Meßwerte der einzelnen Redoxsonden...............................109
Abb. 9.3: Chlorid-, Sulfat- und Nitratkonzentration in den Abflüssen aus den
Abdeckschichten beider Testfelder.....................................................113
272___________________________________________________
Abb. 9.4: Calcium-, Magnesium- und Kaliumkonzentration in den Abflüssen
aus den Abdeckschichten beider Testfelder......................................114
Abb. 9.5: Klimatische Wasserbilanz (DWD-Daten), Wasservorrat in und
Gesamtabfluß aus der Rekultivierungsschicht des Standardfeldes
(Fluß abgeschätzt als Summe der Flüsse auf der Wurzelsperre, in
der Entwässerungsschicht und unter der Dichtung)...........................122
Abb. 9.6: Matrixpotential (Mediän aus drei Parallelen) in der Rekulti-
vierungsschicht des Standardfeldes 1996..........................................123
Abb. 9.7: Klimatische Wasserbilanz (DWD-Daten), Wasservorrat in und
Gesamtabfluß aus der „Rekultivierungsschicht des
Austrocknungsfeldes (Fluß abgeschätzt als Summe der Flüsse in
der Entwässerungsschicht und unter der Dichtung)...........................125
Abb. 9.8: Matrixpotentiale in den Zusatzflächen und im Standardfeld an
ausgewählten Meßterminen...............................................................126
Abb. 9.9: Bodentemperatur (Tagesmittelwerte) in den Abdeckschichten des
Standardfeldes...................................................................................128
Abb. 10.1: Matrixpotential (Tagesmittelwerte) und Abflüsse auf und unter der
Wurzelsperre im Standardfeld............................................................133
Abb. 10.2: Matrixpotential (Tagesmittelwerte) in und Abfluß auf der Wurzel-
sperre im Standardfeld.......................................................................134
Abb. 10.3: Mittlerer Wassergehalt in der Rekultivierungsschicht und Abfluß
auf der Wurzelsperre des Standardfeldes..........................................135
Abb. 10.4: Redoxpotential in der Wurzelsperre und den angrenzenden
Schichten des Standardfeldes...........................................................136
Abb. 11.1: Abfluß in der Entwässerungsschicht und relative Häufigkeit der
täglichen Flußraten im Standardfeld..................................................140
Abb. 11.2: Hydraulische Gradienten in den Abdeckschichten des Standard-
feldes (z-Achse aufwärts gerichtet)....................................................142
Abb. 11.3: Abfluß und gemessene und abgeschätzte Matrixpotentiale
(Tagesmittelwerte) in der Entwässerungsschicht des Standard-
feldes.................................................................................................143
Abb. 11.4: Abfluß und Wassergehalt in der Entwässerungsschicht des
Standardfeldes...................................................................................145
Abb. 11.5: Matrixpotential (Tagesmittelwerte), Wassergehalte und Abfluß in
der Entwässerungsschicht des Standardfeldes (01.09.97 -
01.03.98)............................................................................................146
Abb. 11.6: Hysterese der In-situ-pF-Kurve des Dränsandes im Standardfeld
(08.09.97-19.01.98)..........................................................................147
Abb. 11.7: Wasseraufstau auf der Dichtung des Standardfeldes, abgeschätzt
aus Tensiometerdaten und berechnet mit dem Fließmodell /OSI/.....149
Abb. 11.8: Wasseraufstau auf der Dichtung berechnet in Abhängigkeit von
der Hanglänge, der Hangneigung und dem Zufluß (als
14 Verzeichnisse 273
Wasserleitfähigkeit des Dränsandes wurde die Leitfähigkeit der
Dränsande im Standardfeld angesetzt)..............................................150
Abb. 11.9: Abgeschätzter Anteil des schlicktypischen Wassers (Typ 2) am
Abfluß auf der Schlickdichtung im Standardfeld.................................153
Abb. 12.1: Schematische Darstellung zur Abhängigkeit der Wirksamkeit
mineralischer Dichtungen von ihrer Wasserleitfähigkeit.....................157
Abb. 12.2: Abfluß auf und unter den Schlickdichtungen in beiden Testfeldern.... 160
Abb. 12.3: Abfluß unter den Dichtungen beider Testfelder in der Phase 1
(1995).................................................................................................162
Abb. 12.4: Abfluß unter der Schlickdichtung im Standardfeld (1996 - 1998)
und Häufigkeitsverteilung der Flußraten.............................................163
Abb. 12.5 Abfluß unter der Schlickdichtung im Austrocknungsfeld (1996 -
1998) und Häufigkeitsverteilung der Flußraten...................................164
Abb. 12.6: Porenwasserüberdruck in der Schlickdichtung berechnet aus den
Wasserständen in den Tensiometerführungsrohren des Standard-
feldes..................................................................................................170
Abb. 12.7: Druckpotential in den Schlickdichtungen der Testfelder (Tages-
mittelwerte, Meßbeginn - 01.03.96)....................................................170
Abb. 12.8: Konsolidierung der Schlickdichtung im Standardfeld..........................171
Abb. 12.9: Druckpotentiale (Tagesmittelwerte) in den Schlickdichtungen
beider Testfelder.................................................................................176
Abb. 12.10: Abhängigkeit des Druckpotentials in der Schlickdichtung vom
Luftdruck und dem Druckpotential an der Dichtungsoberkante
(Standardfeld).....................................................................................177
Abb. 12.11: Abhängigkeit des Gaspotentials in der Schlickdichtung vom
Luftdruck und dem Druckpotential an der Dichtungsoberkante
(Standardfeld).....................................................................................178
Abb. 12.12: Gaspotential in den Schlickdichtungen beider Testfelder (Tages-
mittelwerte).........................................................................................179
Abb. 12.13: Wassergehalte in den Schlickdichtungen beider Testfelder...............181
Abb. 12.14: Wasservorrat in der Schlickdichtung beider Testfelder.......................182
Abb. 12.15: Hydraulisches Potential in den Schlickdichtungen beider Test-
felder..................................................................................................184
Abb. 12.16: Hydraulische Gradienten in den Schlickdichtungen beider Test-
felder..................................................................................................185
Abb. 12.17: Abhängigkeit des Flusses unter der Schlickdichtung vom
hydraulischen Gradienten an der Dichtungsunterkante (Daten ab
01.04.96)............................................................................................189
Abb. 12.18: Abhängigkeit der Wasserleitfähigkeit der Schlickdichtung von der
Bodentemperatur (Standardfeld)........................................................19°
At)b. 12.19: Schematische Darstellung des Temperatureinflusses auf den
Abfluß unter einer Schlickdichtung.....................................................191
274
Abb. 12.20: Temperaturabhängigkeit der Viskosität und deren Einfluß auf den
Fluß unter der Dichtung im Standardfeld............................................196
Abb. 12.21: Temperaturabhängigkeit des Druckpotentials (%) an der
Dichtungsunterkante im Standardfeld (1,3 m u. DOK, t =
Bodentemperatur, r = Korrelationsfaktor, sd = Standard-
abweichung).......................................................................................197
Abb. 12.22: Temperaturgradient und temperaturabhängiger hydraulischer
Gradient (abgeschätzt) in der Schlickdichtung des Standardfeldes....198
Abb. 12.23: Abschätzung des Einflusses der Temperaturabhängigkeit des
hydraulischen Gradienten auf den Fluß unter der Dichtung im
Standardfeld.......................................................................................199
Abb. 12.24: Temperaturgradient und temperaturabhängiger hydraulischer
Gradient (abgeschätzt) in der Dichtung des Standardfeldes ¦ im
Vergleich zum Abfluß unter der Dichtung...........................................200
Abb. 12.25: Abschätzung des Gesamteinflusses der Temperatur auf den
Abfluß unter der Dichtung im Standardfeld.........................................201
Abb. 12.26: Redoxpotential in der Schlickdichtung der und Auffangdränage
des Standardfeldes.............................................................................205
Abb. 12.27: Nitrat, Ammonium, Sulfat, Eisen, Mangan und Arsen im Abfluß
unter der Schlickdichtung in beiden Testfeldern.................................207
Abb. 12.28: Gesamtstickstoff und berechneter CSB-Wert im Abfluß unter der
Schlickdichtung in beiden Testfeldem................................................209
Abb. 12.29: Anionenkonzentration im Porenwasser der Schlickdichtung im
Austrocknungsfeld (November 1998).................................................211
Abb. 12.30: Berechneter und gemessener Tiefenverlauf der Chlorid-
konzentration in der Schlickdichtung des Austrocknungsfeldes.........213
Abb. 12.31: Abschätzung der Zugrißgefährdung einer Schlickdichtung in
Abhängigkeit von der Auflast berechnet nach Morris (1992)............220
Abb. 12.32: Abfluß und Druckpotentiale in der Entwässerungsschicht des
Austrocknungsfeldes..........................................................................221
Abb. 12.33: Abflüsse auf und unter der Schlickdichtung im Austrocknungsfeld
1999...................................................................................................224
Abb. 12.34: Schematischer Aufbau des Laborversuchs zur Beobachtung von
Rißbildung in Schlick unter Auflast.....................................................226
Abb. 12.35: Anfangs- und Endbilder der Entwässerung von Schlick bei 500
und 600 hPa unter einer Auflast von 50 kN/m2...................................227
Abb. 12.36: Anfangs- und Endbilder der Entwässerung von Schlick bei
1000 hPa unter einer Auflast von 50 kN/m2........................................228
Abb. 12.37: Schematischer Versuchsaufbau zur Austrocknung einer Schlick-
dichtung durch Pflanzenwurzeln.........................................................231
Abb. 12.38: Änderung der Wasserleitfähigkeit einer Schlickdichtung durch
Quellung.............................................................................................232
14 Verzeichnisse 275
Abb. 12.39: Änderung der Wasserleitfähigkeit einer Schlickdichtung durch
Austrocknung und Quellung...............................................................232
276
14.5 Tabellen im Anhang
Tab. A1: Einbautiefen und Anzahl der bodenhydrologischen Sensoren in
den Schichten des Standardfeldes......................................................A1
Tab. A2: Einbautiefen und Anzahl der bodenhydrologischen Sensoren in
den Schichten des Austrocknungsfeldes.............................................A1
Tab.A3: Meßbereiche, Auflösung und Meßgenauigkeit der automatisch
erfaßten Sensoren......................................................................¦........A2
Tab.A4: Standardanalyseverfahren für Wasserproben und wässrige
Extrakte...............................................................................................A3
Tab. A 5: Standardanalyseverfahren für Feststoffproben...................................A4
Tab. A 6: Bodenphysikalische und bodenchemische Meßwerte der
Schichten des Standardfeldes - TeiH (arithmetisches Mittel und
Standardabweichung)..........................................................................A5
Tab. A 7: Bodenchemische Meßwerte der Schichten des Standardfeldes -
Teil2 (arithmetisches Mittel und Standardabweichung).......................A6
Tab. A 8: Porengrößenverteilung und abgeleitete Kenngrößen des Boden-
wasserhaushalts der Schichten des Standardfeldes (arithme-
tisches Mittel und Standardabweichung).............................................A7
Tab. A 9: Bodenphysikalische und bodenchemische Meßwerte der
Schichten des Austrocknungsfeldes - TeiH (arithmetisches Mittel
und Standardabweichung)...................................................................A8
Tab. A10: Bodenchemische Meßwerte der Schichten des Austrock-
nungsfeldes - Teil2 (arithmetisches Mittel und Standard-
abweichung)........................................................................................A9
Tab. A11: Porengrößenverteilung und abgeleitete Kenngrößen des
Bodenwasserhaushalts der Schichten des Austrocknungsfeldes
(arithmetisches Mittel und Standardabweichung)..............................A10
Kurzbeschreibung der Profile außerhalb der Versuchsfläche............A11
Bodenphysikalische und bodenchemische Meßwerte der Profile
außerhalb der Versuchsfläche (arithmetisches Mittel und Stan-
dardabweichung)...............................................................................A12
Trockendichte, Porengrößenverteilung und abgeleitete Kenn-
größen des Bodenwasserhaushalts der Profile außerhalb der
Versuchsfläche (arithmetisches Mittel und Standardabweichung).....A13
Van-Genuchten-Parameter der Schichten beider Testfelder,
ermittelt durch Kurvenanpassung mit dem Programm /RETC/..........A14
lonenkonzentrationen, pH-Wert, Redoxpotential und elektrische
Leitfähigkeit in den Abflüssen aus dem Standardfeld
(arithmetisches Mittel und Standardabweichung)..............................A15
Tab. A12:
Tab. A13:
Tab. A14:
Tab. A15:
Tab. A16:
H Verzeichnisse 277
Tab. A17: lonenkonzentrationen, pH-Wert, Redoxpotential und elektrische
Leitfähigkeit in den Abflüssen aus dem Austrocknungsfeld
(arithmetisches Mittel und Standardabweichung)..............................A16
Tab. A18: Van-Genuchten-Parameter der Labor- und Gelände-pF-Kurven
des Dränsandes, ermittelt durch Kurvenanpassung mit dem
Programm/RETC/.............................................................................A17
Tab. A 19: Mittlere Setzungen der Materialschichten in der Versuchsfläche im
Zeitraum von Oktober 1995 bis Dezember 1998...............................A17
Tab. A 20: Korrelationskoeffizienten der Tagesdifferenzen des Gaspotentials
(Ayg) bzw. Druckpotentials (A^d) in der Schlickdichtung und dem
Luftdruck bzw. dem Druckpotential an der Dichtungsoberkante des
Standardfeldes..................................................................................A18
Tab. A 21: Korrelationskoeffizienten der Tagesdifferenzen des Gaspotentials
(Ayg) bzw. Dmckpotentials (A |/D) in der Schlickdichtung des
Austrocknungsfeldes und dem Luftdruck...........................................A19
Tab. A 22: Prozentuale Artenanteile in der Saatgutmischung auf der
Versuchsfläche..................................................................................A20
Tab. A 23: Monatliche Bilanzen des Wasserhaushalts des Standardfeldes für
die Jahre 1996 bis 1998....................................................................A21
Tab. A 24: Monatliche Bilanzen des Wasserhaushalts des Austrocknungs-
feldes für die Jahre 1996 und 1997...................................................A22
278
14.6 Abbildungen im Anhang
Abb. A1: Wasserstände in der Entwässerungsschicht auf der Schlicklager-
stätte Francop....................................................................................A23
Abb. A 2: PH-Wert, elektrische Leitfähigkeit und Anionenkonzentrationen im
Abfluß auf der Schlickdichtung beider Testfelder..............................A24
Abb. A 3: Ammonium-, Gesamtstickstoff- und Metallkonzentrationen im
Abfluß auf der Schlickdichtung des Standardfeldes..........................A25
Abb.A4: Ammonium-, Gesamtstickstoff- und Metallkonzentrationen im
Abfluß auf der Schlickdichtung des Austrocknungsfeldes.................A26
Abb. A 5: Schwermetallkonzentrationen im Abfluß auf der Schlickdichtung
beider Testfelder................................................................................A27
Abb. A 6: pF-Kurven der Schlickdichtung im Austrocknungsfeld (Einbauzu-
stand und Aufgrabung Oktober 1998)...............................................A28
14 Verzeichnisse
279
14.7 Photos im Anhang
Photo A 1: Aufsicht auf die Schlickdichtung des Austrocknungsfetdes...............A29
Photo A 2: Oberfläche des Standardfeldes mit seitlicher Begrenzung................A29
Photo A 3: Auffangwanne unter der Schlickdichtung des Austrocknungsfeldes.. A30
Photo A 4: Gestufter Fitter in der Auffangwanne des Austrocknungsfeldes........A30
Photo A 5: Oberflächenabflußgerinne im Standardfeld.......................................A31
Photo A 6: Vegetation auf der Versuchsfläche (Aufsicht auf das Standardfeld).. A31
Photo A 7: Abflußmeßeinheiten im Meßcontainer...............................................A32
Photo A 8: Einbau der TDR- und Temperaturmeßsonden in der Schlick-
dichtung.............................................................................................A33
Photo A 9: Dachkonstruktion auf dem Austrocknungsfeld..................................A34
Photo A 10: Abdrücke der Raupenketten in einer frisch hergestellten Schlick-
schicht...............................................................................................A34
Photo A11: Rrßstrukturen durch Austrocknungs an der Oberfläche der
Schlickdichtung im Standardfeld vor der Oberdeckung mit den
Abdeckschichten........................................................................•......A35
Photo A12: Rißstrukturen an der Oberfläche der Schlickdichtung im
Austrochnungsfeld zum Zeitpunkt der Aufgrabung im Oktober
1998..................................................................................................A35
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