Bestimmung des k_f-Wertes mit einem einfachen Versickerungstest

Durchführung: Versickerungstest

Der k_f-Wert kann im Gelände direkt im Boden mit einem einfachen Versickerungstest überschlägig bestimmt werden. Dabei wird eine kleine Grube von ca. 50 x 30 cm bis ca. 30 cm Tiefe (bis ca. 10 cm unter den Mutterboden) ausgehoben und mit 2-3 cm Feinkies ausgefüllt.

Es wird seitlich ein Maßstab (Zollstock) angebracht und dann Wasser eingefüllt und so lange vorgewässert, bis etwa das Volumen der Grube versickert ist (hier ca. 40-45 Liter). Dabei wird zur Vorwässerung immer wieder Wasser nachgefüllt bis auf etwa 2/3 bis 3/4 der Höhe.

Die eigentliche Messung erfolgt dann nach Befüllung mit Ablesung der Anfangshöhe und nach einem Zeitintervall von ca. 10 bis 30 min. die weitere abgesenkte Höhe des Wasserspiegels (= instationäre Messung). Daraus wird die versickerte Wassermenge berechnet (sie kann auch mit dem Einfüllgefäß oder bei Schlauchbefüllung mit der Wasseruhr gemessen werden.

Diese Messung sollte 2 bis 3 mal wiederholt werden, bis sich nur noch ein geringer Unterschied bei der Wassermenge (Höhe) zu gleichen Zeiten ergibt. Zur Vergleichbarkeit sollten dabei die gleiche Anfangshöhe und die gleichen Zeitintervalle gewählt werden.

Bei dieser einfachen Feldmethode wird der k_f-Wert überschlägig ermittelt. Das Ergebnis dient zur ersten Einschätzung der Bodenduchlässigkeit. Man sieht dabei auch schon, wie schnell oder langsam das Wasser im Boden versickert.

Formel zur Berechnung des k_f-Wertes

Im Beispiel ist die Grube 50 cm lang und 30 cm breit (Grundfläche A = 0,15 m²). Die versickerte Wassermenge Q bei einer Höhendifferenz von 7 cm in 10 min. beträgt 10,5 Liter. Daraus berechnet sich nach der einfachen Formel (s. Abbildung 1) ein k_f-Wert von ca. 1,2_*10^-4 m/s.

Er liegt etwas über dem „durchlässigen Bereich“ von 1_*10^-4 bis 1_*10^-6 m/s im unteren „stark durchlässigen Bereich“ von 1_*10^-2 bis 1_*10^-4 m/s nach DIN 18130 Teil 1.

Anmerkung

Bei diesem einfachen Versickerungstest geht nur die Grundfläche A als Versickerungsfläche in die Berechnung ein. Dabei ist es hier für die Berechnung auch unerheblich, wie hoch der Wasserstand zu Beginn der Versickerung ist. Beides beeinflusst aber die tatsächliche Versickerung und die Versickerungszeit nicht unwesentlich.

Daher ist diese Methode, obwohl sie immer wieder empfohlen wird (im Internet und auch in verschiedenen Hinweisempfehlungen), recht ungenau für das Ergebnis des k_f-Wertes und führt zu Ergebnissen, die meines Erachtens als zu gut einzustufen sind (s. folgendes Beispiel). Je kleiner die Grube (Grundfläche) und je höher der Wasserstand ist, desto größer wird der „Fehler“ für den k_f-Wert sein.

Berechnung des k_f-Wertes mit wirksamer Versickerungsfläche

Auf der Seite Versickerungsfläche ist eine Beispielberechnung mit unterschiedlichen Wasserständen im Baggerschurf unter Berücksichtigung der seitlichen Versickerungsflächen aufgeführt und die Abhängigkeit des k_f-Wertes in einem Diagramm dargestellt.

Hier folgt für das o.g. Beispiel einer kleinen Grube die Berechnung bei einem Anfangs-Wasserstand von 15 cm und einer Absenkung um 7 cm mit Berücksichtigung der seitlichen Versickerungsflächen bei gemittelter Druckhöhe. Die wirksame Versickerungsfläche A_w ist hier um mehr als das Doppelte erhöht und der k_f-Wert damit mehr als halbiert. Und dabei ist der Anfangswasserstand mit 15 cm noch als relativ gering angenommen.

Eine Onlineberechnung können Sie mit dieser Formel hier auf meiner Seite durchführen: Versickerungsversich online auswerten.

Anmerkung

Bei einem unterschiedlich hohen Wasserstand kommt es durch die geänderte Druckhöhe auch zu einer Veränderung der Sickergeschwindigkeit und damit der Zeit. Dazu habe ich o.g. Beispielberechnungen durchgeführt. Je höher die Druckhöhe (bei hier gleicher Zeit), desto größer wird die Versickerungsfläche und um so kleiner der damit errechnete k_f-Wert.

Ob sich dabei die Versickerungszeit mit der Druckhöhe in gleichem Maße verändert (verringert) und sich der Effekt möglicherweise nicht so stark auswirkt, bleibt z.Zt. noch unklar. Dazu sind vergleichende Versuche erforderlich. Ggf. ist in der Formel dafür ein höhenabhängiger Faktor (linear?) zu berücksichtigen.