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Installationsmethoden für Bodenfeuchtesensoren

Installationsmethoden für Bodenfeuchtesensoren

Profile zur Wasserbefüllung und –nutzung führen zu großen räumlichen Schwankungen der Bodenfeuchte über die ganze Tiefe des Bodenprofils. Genaue Messungen des Wassergehaltes sind daher die Grundlage jeder Wasserhaushaltsstudie. Bei einer exakten Überwachung unterscheiden die Messungen eines Bodenprofils zwischen Wassernutzung, der Perkolationsmenge sowie der für die Pflanzen verfügbaren Wassermenge.

So vermeiden Sie Messfehler

Um qualitativ hochwertige volumetrische Wassergehaltsmessungen zu erreichen, müssen Sie folgendes beachten:

1.Die sorgfältige Installation des Sensors in ungestörtem Boden.

2. Die größtmögliche Minimierung von Störungen durch Wurzeln und biologischen Stoffen.

3. Die umfassende Beseitigung von Wasserströmung zu und um den Sensor.

Alle dielektrischen Sensoren sind an ihrer Oberfläche am empfindlichsten. Jeglicher Kontaktverlust zwischen Sensor und Boden oder Verdichtung des Bodens an der Sensoroberfläche kann zu großen Messfehlern führen. Eine Wasserbildung auf der Oberfläche oder Wasserbewegungen entlang der Sonde verursachen ebenfalls große Messfehler.

Die Installation von Bodenfeuchte-Sensoren fängt immer mit einem eigenen Graben an. Dieser muss so ausgehoben werden, dass er den Boden so wenig wie möglich stört. Im Folgenden betrachten wir die Vor- und Nachteile von fünf verschiedenen Bodenprofilprobenahme-Strategien.

Präferentielle Fließbahnen sind für alle kommerziellen Profilsonden ein Problem.

Profilsonden sind eine maßgeschneiderte Lösung für Profilwassergehaltsmessungen. Eine Sonde, die in einem einzigen Loch installiert ist, kann in vielen Tiefen Messungen durchführen. Die korrekte Installation von Profilsonden ist jedoch schwierig, da nur geringe Toleranzen erlaubt sind. Es ist nie einfach, ein einzelnes, tiefes Loch so exakt zu bohren, dass der Kontakt entlang der gesamten Oberfläche der Sonde gewährleistet ist. Ein Nachfüllen zur Verbesserung des Kontakts kann ebenfalls zu Messfehlern führen. Für präferentielle Strömungsprobleme entlang der Oberfläche des Zugangsrohres sind nahezu alle kommerziellen Profilsonden anfällig.

Installation über einen Graben ist nur mit Bagger leicht.

Die Installation von Sensoren in verschiedenen Tiefen durch die Seitenwand eines Grabens ist einfach und sorgt für präzise Messergebnisse. Die Sonde wird dabei in den ungestörten Boden installiert und Messfehler durch präferentielle Fließbahnen werden vermieden. Besitzen Sie jedoch keinen Bagger, ist das Ausheben eines Grabens ein enormer Arbeitsaufwand. Diese Installationsmethode wird normalerweise nur durchgeführt, wenn der Graben aus anderen (baulichen) Gründen gegraben wird oder der Boden so steinig oder kiesig ist, dass keine andere Methode funktioniert. Der ausgegrabene Bereich sollte mit der gleichen Dichte wie der ursprüngliche Boden aufgefüllt werden, um negative Randeffekte zu vermeiden.

Über eine Seitenwand ist die Installation weniger aufwendig.

Die Installation von Sensoren über die Seitenwand hat viele Vorteile. Als erstes ist hier zu erwähnen, dass diese Methode ohne schwere Ausrüstung auskommt. Ein Grund, warum Bogena et al. auf diese Weise die EC-5 Sonden der METER Group installiert hat. Über einen Apparat werden Sonden gleichzeitig in mehreren Tiefen installiert. Wie bei der Grabeninstallation sollte das Loch anschließend aufgefüllt werden, um Randeffekte zu vermeiden. (H.R. Bogena, J.A. Huisman, U. Rosenbaum und A. Weuthen. SoilNet – A ZigBee based soil sensor network and first applications. To be submitted in Sensors, Special Issue: Wireless Sensor Technologies and Applications).

Mehrfachlöcher-Installation schützt vor Ausfällen

Das Graben eines separaten Zugangslochs für jede Tiefe sorgt dafür, dass jede Sonde im ungestörten Boden an der Unterseite des eigenen Loches eingebaut wird. Wie bei allen Methoden muss darauf geachtet werden, dass es keine präferentiellen Fließbahnen innerhalb der wiederbefüllten Löcher gibt. Ein Ausfall in einem einzigen Loch beeinträchtigt jedoch nicht zwangsläufig alle Daten, wie es bei allen anderen Messungen in einem einzigen Loch der Fall wäre.
Der Hauptnachteil dieser Methode ist jedoch, dass ein Loch für jede Profiltiefe gegraben werden muss. Die Löcher sind allerdings klein, gerade groß genug für eine Sonde, und damit meistens leicht zu graben.

Eine Einlochmontage ist am wenigsten zu empfehlen.

Es ist möglich, die Bodenfeuchte eines bestimmten Profils zu messen, indem man ein einzelnes Loch aussticht. Der Sensor wird an der Unterseite montiert, dann das Loch umwickelt und die Sensoren schließlich in dem veränderten Boden in der gewünschten Tiefen eingesetzt. Die Methode ist am wenigstens zu empfehlen, weil der wiederverdichtete Boden eine andere Schüttdichte aufweisen kann, als er in ungestörten Zustand hatte. Zudem wird das Profil stark verändert, wenn der Boden ausgegraben, gemischt und umgepackt wird. Eine Einlochinstallation kann für manche Anforderungen zufriedenstellende Ergebnisse liefern: Wenn die Anlage mit dem umgebenden Boden in ein Neugleichgewicht versetzt wird und Wurzeln in den Boden wachsen dürfen, sollten sich die relativen Veränderungen im gestörten Boden mit der Umgebung widerspiegeln.

Referenz

Bogena, H. R., A. Weuthen, U. Rosenbaum, J. A. Huisman, and H. Vereecken. “SoilNet-A Zigbee-based soil moisture sensor network.” In AGU Fall Meeting Abstracts. 2007. Artikel.

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