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Beobachtung von Infiltrationsprozessen in sandigen Böden mit GPR

Hantschel, Lisa

English Title: Observation of Infiltration in sandy soils with GPR

[img] PDF, German
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Abstract

Beobachtung von Infiltrationsprozessen in sandigen Böden mit GPR In dieser Arbeit wird die Möglichkeit evaluiert, Infiltrationsprozesse mit der nichtinvasiven Messmethode GPR (Ground-Penetrating-Radar) zu untersuchen und aus diesen Daten hydraulische Bodeneigenschaften zu schätzen. Hierfür wird zunächst mit numerischen Simulationen das Erscheinungsbild verschiedener Infiltrationsphänomene in Radargrammen untersucht und ihre Eignung für detaillierte Analysen bewertet. Die Erkenntnisse werden auf einen experimentellen Radardatensatz von mehreren Infiltrationsevents auf einer Testsite nahe Heidelberg, bestehend aus einer künstlichen Schichtung von Sandmaterialien, angewandt. Dabei wird das Infiltrationsverhalten in Abhängigkeit der infiltrierten Wassermenge und unter Einfluss von kleinskaligen Bodenstrukturen beobachtet. Die Möglichkeit der inversen Modellierung aus GPR-Messdaten von Infiltrationsexperimenten Bodeneigenschaften zu schätzten wird mit den gemessenen Daten untersucht. Dabei wird gezeigt, dass das Ergebnis dieser Schätzung im Vergleich mit anderen Experimentdaten hinreichend genau ist, wenn die beobachtete Dynamik einen ausreichend großen Wassergehaltsbereich im Boden abdeckt. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten, insbesondere für Standorte mit sandigen Böden und geringer natürlicher Vegetation, wie dies für Bewässerungswirtschaft typisch ist. Dort kann die hier untersuchte Methode genutzt werden, um die Bewässerung den hydraulischen Bedingungen anzupassen und damit eine ressourcenschonende Landwirtschaft in ariden und semiariden Regionen zu ermöglichen.

Translation of abstract (English)

Infiltration in sandy soils monitored with GPR This thesis investigates which details on infiltration processes are accessible in GPR (Ground Penetrating Radar) data and explores if hydraulic soil properties can be estimated from this data. Analysis of a number of numerical simulations shows appearance of different infiltration phenomena in radargrams. It is explored to which extent contained information are available for analysis. Results are applied to the radar data of an experiment consisting of a set of infiltration events on a test site with artificial sand layers. The main impact of the amount of infiltrated water on the infiltration process is observed. Small scale soil structures in the infiltration region produce a prominent signal in the radar data. On the basis of these conducted GPR measurements it is tested whether infiltration data in principle is suitable to estimate hydraulic soil properties with inverse modeling. The estimation agrees with estimations based on other experimental data if a sufficient large range of water content of the soil is covered. This gives new possibilities for areas with sandy soils and absent natural vegetation as it is typical for irrigated agricultural land. Here the evaluated method can be used to adjust irrigation to the hydraulic properties aiming to enable agriculture in arid and semi-arid regions with responsible handling of water resources.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Roth, Prof. Dr. Kurt
Date of thesis defense: 17 October 2018
Date Deposited: 31 Oct 2018 10:20
Date: 2018
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Infiltration, Terrestrische Systeme, GPR
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