DIN 19732-2011 Soil quality - Determination of the site specific potential for translocation of non-sorbable substances《土壤质量 不可吸附物质位的现场比势》.pdf

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1、Oktober 2011DEUTSCHE NORM Normenausschuss Wasserwesen (NAW) im DINPreisgruppe 8DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 13.080.01!$tJ“1813995www.din.deDDIN 19732Bode

2、nbeschaffenheit Bestimmung des standrtlichen Verlagerungspotentials vonnichtsorbierbaren StoffenSoil quality Determination of the site specific potential for translocation of non-sorbable substancesQualit du sol Dtermination du potentiel dluviation des substances non absorbables en fonction dusiteAl

3、leinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 19732:1997-06www.beuth.deGesamtumfang 12 SeitenDIN 19732:2011-10 Inhalt Seite Vorwort . 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Normative Verweisungen. 5 3 Begriffe 5 4 Bestimmung des standrtlichen Verlagerungspotentials 8 4.1 A

4、llgemeines. 8 4.2 Austauschhufigkeit bei Feldkapazitt in der effektiven Durchwurzelungstiefe. 8 4.3 Verlagerungsgeschwindigkeit und Verweilzeit unterhalb der effektiven Durchwurzelungstiefe 9 5 Datengrundlage. 10 Literaturhinweise . 12 2 DIN 19732:2011-10 Vorwort Dieses Dokument wurde im NA 119-01-0

5、2-03 UA Standortbeurteilung“ des NA 119-01-02 AA Abfall- und Bodenuntersuchung“ im Normenausschuss Wasserwesen (NAW), erarbeitet. Dieses Dokument dient auch als deutscher Vorschlag fr die Erarbeitung einer entsprechenden Internationalen Norm durch das ISO/TC 190 Soil quality“. Es ist erforderlich, b

6、ei der Anwendung dieses Dokuments Fachleute oder Facheinrichtungen einzuschalten. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizi

7、eren. nderungen Gegenber DIN 19732:1997-06 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Inhalt redaktionell berarbeitet; b) Begriffe ergnzt; c) Begriff effektiver Wurzelraum“ durch effektive Durchwurzelungstiefe“ ersetzt; d) Abschnitt 4.3, Anmerkung 2, erweitert; e) Literaturhinweise ergnzt. Frhere Aus

8、gaben DIN 19732: 1997-06 3 DIN 19732:2011-10 Einleitung Die Standortfaktoren Boden und Klima beeinflussen neben der Bewirtschaftung in unterschiedlichem Mae die Qualitt und Quantitt des Grundwassers. Im Hinblick auf den vorsorgenden Grundwasserschutz sind dabei Konzepte einer standortgemen Landbewir

9、tschaftung gefordert, die eine Standortklassifikation notwendig machen. Das standrtliche Verlagerungspotential hngt von Menge und Verlagerungsgeschwindigkeit des Sicker-wassers ab. Im Gegensatz dazu wird das stoffabhngige Verlagerungspotential neben dem Eintrag von der Lslichkeit, dem Sorptionsvermg

10、en und der Persistenz des Stoffes gesteuert. 4 DIN 19732:2011-10 1 Anwendungsbereich Dieses Dokument gibt eine Anleitung, um Standorte (Boden und Klima) in ihrem Stoffverlagerungsrisiko fr folgende Fragestellungen zu klassifizieren: Aufstellung von Bewirtschaftungsleitstzen zum Ziele des Grundwasser

11、schutzes (z. B. Hhe organischer und mineralischer Dngung bei der landwirtschaftlichen Bodennutzung); Ausgrenzung unsensibler Flchen fr die Verbringung von Rest- und Abfallstoffen. Dieses Dokument, zur Bestimmung des standrtlichen Verlagerungspotentials, gilt nur fr nichtsorbierbare Stoffe (z. B. Nit

12、rat, Sulfat, Chlorid), die zum einen eine hohe Lslichkeit besitzen, zum anderen durch eine geringe Sorptionskapazitt in Bden (z. B. geringe Anionenaustauschkapazitt) gekennzeichnet sind. Umset-zungsvorgnge, wie z. B. die Denitrifikation, Mineralisation und Immobilisation, bleiben unbercksichtigt. Au

13、s diesem Grunde wird allein das standortabhngige Verlagerungspotential berechnet. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die

14、letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 4220, Bodenkundliche Standortbeurteilung Kennzeichnung, Klassifizierung und Ableitung von Boden-kennwerten (normative und nominale Skalierungen) DIN ISO 11274, Bodenbeschaffenheit Bestimmung des Wasserrckhaltevermg

15、ens Laborverfahren 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Austauschhufigkeit nsQuotient, der beschreibt, wie hufig das Sickerwasser innerhalb eines Jahres den Wasservorrat des durchwurzelten Bodens, ausgedrckt in der Feldkapazitt des effektiven Wurzelraumes,

16、austauscht 3.2 bevorzugte Fliewege Phnomen beim Wasser- und Stofftransport im Boden, das zu einem beschleunigten Tiefentransport fhrt (Makroporenfluss) 3.3 effektive Durchwurzelungstiefe We rechnerisch bestimmte Mchtigkeit einer von Bodenart und Trockenrohdichte abhngigen Bodenzone (effektiver Wurze

17、lraum), in der die nutzbare Feldkapazitt von den Pflanzenwurzeln einjhriger landwirt-schaftlicher Nutzpflanzen ausgeschpft werden kann DIN 4047-3: 2002-03, 3.5.23 ANMERKUNG Fr weitere Informationen siehe auch DIN 4220:2008-11, 6.4. 5 DIN 19732:2011-10 3.4 Feldkapazitt FK Wassergehalt als Volumenante

18、il in %, den ein Boden an seinem Standort in ungestrter Lagerung maximal gegen die Schwerkraft speichern kann; konventionell angegeben als Wassergehalt 2 bis 3 Tage nach voller Wassersttigung (z. B. lange Regenperioden, Schneeschmelze, ausreichende Bewsserung) oder bei einer definierten Saugspannung

19、 DIN 4047-3:2002-03; 3.5.29 ANMERKUNG Die Feldkapazitt kann auch in Millimeter je Dezimeter (mm dm1) angegeben werden. 3.5 Feldkapazitt des effektiven Wurzelraumes FKWe Feldkapazitt FK fr die effektive Durchwurzelungstiefe We ANMERKUNG FKWe = FK We 3.6 Grundwasser unterirdisches Wasser, das Hohlrume

20、 der Lithosphre zusammenhngend ausfllt und dessen Bewegungs-mglichkeit ausschlielich durch die Schwerkraft bestimmt wird DIN 4049-3:1994-10; 3.1.2 3.7 Grundwasserkrper abgegrenztes Grundwasservorkommen oder abgrenzbarer Teil eines solchen DIN 4049-3:1994-10; 3.3.13 3.8 Grundwasseroberflche obere Gre

21、nzflche eines Grundwasserkrpers DIN 4049-3:1994-10; 3.3.14 3.9 kapillare Aufstiegsrate KR Wasservolumen, bezogen auf eine Flche und eine Zeit, das aus dem Grundwasserkapillar in den Wurzelraum nachgeliefert wird, meist bezogen auf eine gewhlte Hhe in dm unter Gelndeoberflche bei entsprechender Saugs

22、pannung DIN 4047-3:2002-03; 3.5.52, modifiziert 3.10 nichtsorbierbare Stoffe Stoffe, die in Bden an geladenen Oberflchen (Tonminerale, organische Substanz) nicht nennenswert adsorbiert und desorbiert werden 6 DIN 19732:2011-10 3.11 nutzbare Feldkapazitt nFK Menge des Bodenwassers als Volumenanteil,

23、die in Poren mit quivalent-Durchmesser zwischen 50 m und 0,2 m oder bei einer definierten Saugspannung zwischen pF 1,8 und 4,2 gebunden ist; Differenz zwischen Feldkapazitt und Welkepunkt ANMERKUNG Die nutzbare Feldkapazitt wird in Millimeter (mm) Wassersule oder in Volumenanteilen angegeben. DIN 40

24、47-3:2002-03; 3.5.67 3.12 permanenter Welkepunkt PWP Grenzbereich fr den Wassergehalt eines Bodens, bei dem die meisten landwirtschaftlichen Nutzpflanzen bei sonst optimalen Standortbedingungen irreversibel zu welken beginnen; in der Regel bei einer Saugspannung ab 1,5 MPa oder pF 4,2 DIN 4047-3:200

25、2-03; 3.5.72 3.13 Sickerwasser unterirdisches Wasser, das sich durch berwiegen der Schwerkraft im Sickerraum abwrts bewegt, soweit es kein Grundwasser ist DIN 4049-3:1994-10; 3.1.3, modifiziert 3.14 Sickerwasserrate SR Wasservolumen, bezogen auf eine Flche und eine Zeit, das sich durch berwiegen der

26、 Schwerkraft abwrts bewegt, soweit es kein Grundwasser ist 3.15 Sickerraum Raum ber der Grundwasseroberflche, in dem das Sickerwasser transportiert wird 3.16 Verlagerungsgeschwindigkeit vsTransportgeschwindigkeit des Sickerwassers, bezogen auf den Wassergehalt des Bodens 3.17 Verweilzeit tsZeit, in

27、der sich das Sickerwasser im Sickerraum aufhlt 3.18 Wassergehalt des Bodens wg, wvMassen- oder Volumenanteil des Bodenwassers in % der bei 105 C getrockneten Bodenprobe ANMERKUNG 1 Volumenanteil in % entspricht 1 mm Wasserhhe in einer 1 dm dicken Bodenschicht. DIN 4047-3:2002-03; 3.5.118, modifizier

28、t 7 DIN 19732:2011-10 4 Bestimmung des standrtlichen Verlagerungspotentials 4.1 Allgemeines Fr die Bestimmung des standrtlichen Verlagerungspotentials stehen zwei Anstze zur Verfgung: Berechnung der Austauschhufigkeit zur Abschtzung des Risikos, dass gelste Stoffe innerhalb einer Betrachtungszeitspa

29、nne aus dem effektiven Wurzelraum ausgewaschen werden (siehe 4.2); Berechnung der Verlagerungsgeschwindigkeit des Sickerwassers und darin gelster Stoffe unterhalb der effektiven Durchwurzelungstiefe ins Grundwasser (siehe 4.3). 4.2 Austauschhufigkeit bei Feldkapazitt in der effektiven Durchwurzelung

30、stiefe Durch den Austausch des Bodenwassers werden in der Bodenlsung vorhandene Stoffe aus dem effektiven Wurzelraum ausgewaschen und sind fr die Pflanzen nicht mehr verfgbar. Eine geringe Austauschhufigkeit bedeutet somit ein hohes Rckhaltevermgen gelster Stoffe oberhalb der effektiven Durchwurzelu

31、ngstiefe. Die Austauschhufigkeit wird nach Gleichung (1) berechnet: FKWeSRn =s(1) Dabei ist nsAustauschhufigkeit, je Jahr (a1); SR Sickerwasserrate, in Millimeter je Jahr (mm a1); FKWe Feldkapazitt in der effektiven Durchwurzelungstiefe, in Millimeter (mm). Fr die Bercksichtigung des Bodenwasserspei

32、chers wird die Feldkapazitt in der effektiven Durchwurze-lungstiefe (FKWe) als gesamter Fliequerschnitt gewhlt. Sie wird nach DIN ISO 11274 bestimmt. Zur Bewer-tung der Austauschhufigkeit bei Feldkapazitt siehe Tabelle 1. BEISPIEL Parabraunerde aus Lss bei mittlerer Lagerungsdichte effektive Durchwu

33、rzelungstiefe, We: 11 dm Sickerwasserrate, SR: 250 mm a1Austauschhufigkeit (nach Gleichung 1 und Tabelle 2): 250 mm a1/ 395 mm = 0,63 a1Bewertung: Die Austauschhufigkeit ist sehr gering. Tabelle 1 Bewertung der Austauschhufigkeit Austauschhufigkeit ns1 a130 bis 50 2 36 72 By Ut2 50 bis 70 2 36 72 C

34、Uu 70 bis 110 4 36,5 146 Summe 11 395 4.3 Verlagerungsgeschwindigkeit und Verweilzeit unterhalb der effektiven Durchwurzelungstiefe Die Verlagerungsgeschwindigkeit des Sickerwassers unterhalb der effektiven Durchwurzelungstiefe ist der Quotient aus Sickerwasserrate und dem Volumenanteil an Wasser de

35、s Bodens (siehe Gleichung 2). Fr den Wassergehalt unterhalb der effektiven Durchwurzelungstiefe wird die Feldkapazitt als Volumenanteil in % bzw. mm dm1in die Gleichung (2) eingesetzt. vswSRv = (2) Dabei ist vsVerlagerungsgeschwindigkeit des Sickerwassers, in Dezimeter je Jahr (dm a1); SR Sickerwass

36、errate, in Millimeter je Jahr (mm a1); wvVolumenanteil an Wasser, in Millimeter je Dezimeter (mm dm1). Die Berechnung des Volumenanteils an Wasser sollte fr den gesamten Sickerraum schichtweise vorge-nommen werden (siehe Beispiel). Bei Kenntnis der Mchtigkeit des Sickerraums und der Bercksichtigung

37、der einzelnen Schichten der verschiedenen Bodenarten kann aus der Verlagerungsgeschwindigkeit die Verweilzeit des Sickerwassers im Sickerraum nach Gleichung (3) berechnet werden. sssvZt = (3) Dabei ist tsVerweilzeit des Sickerwassers, in Jahren (a); vsVerlagerungsgeschwindigkeit des Sickerwassers, i

38、n Dezimeter je Jahr (dm a1); ZsMchtigkeit der ungesttigten Zone, in Dezimeter (dm). Die Bewertung der Verlagerungsgeschwindigkeit des Bodenwassers erfolgt nach Tabelle 3. 9 DIN 19732:2011-10 BEISPIEL Parabraunerde aus Lss effektive Durchwurzelungstiefe, We: 11 dm Grundwasseroberflche: 5 m unter Geln

39、deoberflche Sickerwasserrate, SR : 250 mm a1Volumenanteil an Wasser wvunterhalb der effektiven Durchwurzelungstiefe (abzglich Werte aus Beispiel 1): wv= (1 636 395)/(50 11) = 1 241/39 = 31,80 mm dm1Verlagerungsgeschwindigkeit vs: 250 mm a1/31,80 mm dm1= 7,90 dm a1Bewertung: Die Verlagerungsgeschwind

40、igkeit ist gering. Verweilzeit ts: 39 dm/(7,90 dm a1) = 4,90 a. ANMERKUNG 1 Der berechnete Quotient beschreibt allein den Massenschwerpunkt einer Verlagerungsfront. Der durch hydrodynamische Dispersion verursachte voraus- und nacheilende Stofffluss kann mit dieser Abschtzung nicht berechnet werden.

41、ANMERKUNG 2 Bevorzugte Fliewege (z. B. Makroporenfluss) knnen die Verlagerungsgeschwindigkeit, je nach Aufenthaltsort des Stoffes im Boden, beeinflussen. Sofern der Stoff direkt an der Oberflche vorliegt (z. B. nach einem Dngungsereignis), fhrt der Prozess zu einer Beschleunigung der Tiefenverlageru

42、ng. Ist der Stoff vor allem in der Bodenmatrix vorhanden, fhren bevorzugte Fliewege zu einer Verminderung der Tiefenverlagerung, weil insgesamt weniger Wasser fr den Matrixfluss zur Verfgung steht. Andererseits werden in den von bevorzugten Flssen erfassten Bodenbereichen die Stoffe tiefer verlagert

43、, als dies bei ausschlielichem Matrixfluss der Fall wre. Das Phnomen der bevorzugten Fliewege ist nicht nur auf strukturierte Bden beschrnkt sondern kommt bei allen Substraten vor. ANMERKUNG 3 Auf Standorten mit Grundwasseranschluss fhrt der kapillare Aufstieg zur Minderung der Netto-Sickerwasserrat

44、e, da ein Teil der winterlichen Versickerung whrend des Sommerhalbjahres wieder in den Wurzelraum transportiert wird. Inwieweit diese oszillierende Wasserbewegung zur Grundwasserbelastung durch nichtsorbierbare Stoffe fhrt, hngt davon ab, ob die Verlagerungsgeschwindigkeit whrend der Wintermonate au

45、sreicht, die Stofffront bis zum Grundwasserspiegel zu verdrngen. In diesen Fllen sollte die Sickerwasserrate fr das hydrologische Winter-halbjahr gesondert berechnet werden. 5 Datengrundlage Die Abschtzung der Sickerwasserrate kann mit Hilfe von Nomogrammen, Berechnungsmodellen und Mess-verfahren (L

46、ysimeter) vorgenommen werden. Als Bezugzeitspanne sollte das Jahr (Normaljahr, Hydrologisches Jahr) bercksichtigt werden, da es auch im Sommerhalbjahr (niederschlagsreiche Regionen und/oder leichte Bden) zur Sickerwasserbildung kommen kann. Auf grundwassernahen Standorten muss in der Berechnung der

47、Sickerwasserrate der kapillare Aufstieg aus dem Grundwasser mitbercksichtigt werden. ANMERKUNG Die Bodenkennwerte fr die Feldkapazitt und die effektive Durchwurzelungstiefe werden bei fehlenden Messdaten aus Tabellenwerten entnommen (siehe DIN 4220, 1, 2, 3). Tabelle 3 Bewertung der Verlagerungsgesc

48、hwindigkeit Verlagerungsgeschwindigkeit vsdm a130 bis 50 2 36 72 By Ut2 50 bis 70 2 36 72 C Uu 70 bis 110 4 36,5 146 Cl Uu 110 bis 250 14 36,5 511 C2 Su4 250 bis 450 20 31 620 C3 Su2 450 bis 500 5 22 110 Summe 50 1 636 11 DIN 19732:2011-10 12 Literaturhinweise 1 Arbeitsgruppe Boden der Geologischen Landesmter und der Bundesanstalt fr Geowissenschaften und Rohstoffe, 2005: Bodenkundliche Kartieranleitung, 5. verbesserte und erweiterte Auflage, Hannover 2 Ad-hoc-AG BODEN, 1994: Methodendokumentation Bodenkunde, Geologisches Jahrbuch, F 31, Hannover 3 GTH, S. und WOHLRAB, B