Entwicklung eines hydrostatischen Deformationsmesssystems (HSDM) zur Erfassung langfristiger Effekte von Bodenverdichtungen (HSDM-Bodenmessgerät )

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 114.06.04

Schlüsselwörter (Deutsch)

Messgeräte, Deformationsmessgerät, HSDM, Bodenschutz

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Verdichtung von Böden gehört zu einem der wichtigsten Umweltprobleme, das vor allem in Zusammenhang mit Landwirtschaft entsteht. Um dieses Phänomen besser zu verstehen, braucht es Messgeräte, die sowohl den Verdichtungsvorgang als auch die Regeneration des Bodens erfassen können. Damit können differenzierte und präzise Empfehlungen für den Umgang mit den Böden in der landwirtschaftlichen Praxis erarbeitet werden.

Im vorliegenden Projekt werden die WSL und das Institut für Geodäsie und Photogrammetrie (IGP) der ETH Zürich ein von der Firma Edi Meier und Partner entwickeltes hydrostatisches Deformationsmessgerät (HSDM) prüfen und optimieren.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Optimierte Hardwarekomponenten, insbesondere Pumpen, Verteilventile und Differenzdrucksensoren, sowie Messflüssigkeiten für eine einwandfreie Messgenauigkeit und stabile Langzeitbeobachtung.

2. Optimierte Software zur Fernsteuerung und Fernüberwachung (insbesondere automatische Fehlermeldung).

3. Daten über Verdichtungs- und Regenerationsvorgänge des Bodens anhand eines Beispiels einer landwirtschaftlich genutzten Rekultivierung.

4. Optimiertes und geprüftes HSDM-Messgerät mit zugehöriger Praxisanleitung, bereit für den Einsatz im Umweltmonitoring.

Projektziele (Deutsch)

Optimierung des HSDM-Messgerätes in Bezug auf Hard- und Software für stabile Langzeitmessungen im Feld, so dass eine kommerzielle Nutzung dieses Gerätes möglich wird.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Mit der Änderung verschiedener Hardware-Komponenten konnten wesentliche Verbesserungen am Messsystem erzielt werden. Der wichtigste Vorteil ist die Steuerung der einzelnen Messdosen über separate Schaltventile. Dadurch können die Messungen in den verschiedenen Messlinien einzeln gesteuert werden und die Reihenfolge in den Messzyklen bei Bedarf während  eines Experiments geändert werden. Eine weitere grundlegende Verbesserung ist die Möglichkeit der elektronischen Füllstandskontrolle in den HSDM-Dosen. Das PMMA ist für dieses optische Verfahren sehr geeignet, allerdings ist es auch anfällig auf Spannungsrisse bei der Herstellung der Messdosen. Mit der Erweiterung der Schlauchdruchmesser sowie der Verwendung von Silikonöl als Messflüssigkeit konnten Kapillareffekte in den Schläuchen, die den hydrostatischen Druck beeinflusst hätten, vermieden werden.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Im Jahr 2007 wurde das Instrument und sein Einsatz in der Erforschung der Reversibiliät von Bodenverdichtungen im Rahmen des Unterrichts am Departement für Bau, Umwelt und Geomatik (D-BAUG) der ETH Zürich als innovative Technologie vorgestellt. Eine kommerzielle Verwertung entstand noch nicht. Das Gerät bedarf noch einiger Entwicklungen zur Automatisierung, um in der Praxis effizient eingesetzt werden zu können. Diese Entwicklungen werden in nächster Zeit angegangen, insbesondere für den Einsatz des Geräts in der Naturgefahrenbeobachtung.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Trotz vieler Erfolge am neuen HSDM-Messgerätes besteht beim jetztigen Prototyp noch Verbesserungsbedarf. Es bedarf ebenfalls noch weiterer Gerätetests in Labor und Feld, um die Zuverlässigkeit der Messwerte zu prüfen und zu verbessern. Die WSL empfielt die Forschung weiter zu führen.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Im Magazin UMWELT 1/2008 wird dieses Projekt erwähnt. Mehr Informationen unter www.umwelt-schweiz.ch/magazin oder im angehängten PDF.

Im Magazin AGRARForschung 2008 Bericht "Setzungsmessungen bei der Befahrung rekultivierter Böden" unter Rubrik "umwelt" von Frau Silvia Tobias

Zugehörige Dokumente

• "Assessing the reversibility of soil displacement" [PDF] 1'085 kB
• UMWELT+21-23 Innovative Messtechnik.pdf [PDF] 341 kB