Culterra 41
Rekultivierungsschichten und Wurzelsperren - Herstellung, Eigenschaften,
Bodenentwicklung, Funktion
von PETER WATTENDORF,
WERNER KONOLD & O.
EHRMANN (2005)
Aus dem Vorwort
Bis vor wenigen Jahren wurde der Rekultivierungsschicht von Deponien
selbst im besten Fall nur mit Blick auf die "Begrünung"
der Deponieoberfläche oder die Wiedereingliederung des Deponiebauwerks
in die umgebende Landschaft Beachtung geschenkt. Wenngleich diese
Funktionen bei der Rekultivierung ehemaliger Deponien und Altlasten
von großer Bedeutung sind, so berücksichtigen sie doch
nur einen Teil der Aufgaben, die heute an Rekultivierungsschichten
gestellt werden.
In den 70er und 80er Jahren des 20. Jahrhunderts, als man die technischen
Möglichkeiten als nahezu grenzenlos ansah, wurden Konzepte
vollständig eingekapselter Deponien mit rundum begehbaren und
überwachbaren Abdichtungen entwickelt. Nicht nur die beschränkten
Mittel der Deponiebetreiber sorgten dafür, dass 1993 mit der
TA Siedlungsabfall ein wesentlich realitätsnäher ausgelegtes
System zur Abdichtung der Deponieoberfläche vorgeschlagen wurde.
In diesem Regelaufbau war das Spektrum der Funktionen von Rekultivierungsschichten
in seinen Grundzügen bereits angelegt, ohne jedoch allzu konkrete
Hinweise zu seiner Realisierung zu geben. Auch die im Jahr 2002
in Kraft getretene Deponieverordnung definiert nur wenig konkretere
Anforderungen an Rekultivierungsschichten von Deponie-Oberflächenabdichtungen.
Erst in den letzten Jahren, nicht zuletzt unter dem Eindruck der
Ergebnisse einer Vielzahl von Untersuchungen an mineralischen Oberflächenabdichtungen,
die Zweifel an der "ewigen" Wirksamkeit technischer Systeme
aufkommen ließen, wurde die volle Bedeutung der Wasserhaushaltsfunktion
der Rekultivierungsschicht und des Bewuchses zur Minimierung des
Sickerwasserzutritts in den Deponiekörper erkannt. Obwohl es
unter den in der Bundesrepublik herrschenden Klimabedingungen nur
unter regenarmem Klima möglich ist, eine Deponie allein mit
der Rekultivierungsschicht "abzudichten", kann durch eine
entsprechende Gestaltung der Rekultivierungsschicht an fast allen
Standorten der Anteil des versickernden Regenwassers deutlich verringert
werden. Und - Stichwort Nachhaltigkeit - gegenüber technischen
Elementen hat die Rekultivierungsschicht den großen Vorteil,
auf lange Sicht nichts von ihrer Funktionsfähigkeit einzubüßen.
So wird heute das System Rekultivierungsschicht und Bewuchs sogar
als das langfristig bedeutsamste Element der Oberflächenabdichtung
bezeichnet.
Es liegt auf der Hand, dass erhöhte Anforderungen und weitere
Funktionen auch eine höhere Qualität bei der Herstellung
der Rekultivierungsschichten erfordern. Die ökologischen Wissenschaften
liefern die Grundlagen, wie Boden und Vegetationsdecke beschaffen
sein müssen, um möglichst viel Regenwasser zu speichern
und wieder zu verdunsten. Leider fehlte es bislang an Möglichkeiten,
dieses Wissen in der alltäglichen Baupraxis einzusetzen.
Der vorliegende Band 41 der Schriftenreihe Culterra ist aus den
Schlussberichten zweier aufeinander folgender Forschungsvorhaben
mit den Titeln Rekultivierung von Deponien mit Oberflächenabdichtungen:
Untersuchungen zur Gestaltung von Rekultivierungsschichten und Wurzelsperren
(1999 bis 2002) und Wasserhaushalt und Bodenentwicklung qualifizierter
Rekultivierungsschichten (2002 bis 2004) entstanden. In diesen beiden
Forschungsprojekten arbeiteten Fachleute aus den Hochschulen Freiburg
und Karlsruhe, Unternehmen sowie freiberuflich arbeitende Wissenschaftler
zusammen, um gemeinsam praxisfähige Lösungen zur Integration
der unterschiedlichen und teilweise kontroversen fachlichen Anforderungen
der Deponietechnik, Bodenmechanik, Bodenbiologie, Bodenkunde und
Standortskunde an Rekultivierungsschichten zu erarbeiten und in
einem Großversuch, den Leonberger Lysimeterfeldern, zu erproben.
Im Herbst des Jahres 2000 wurden die Leonberger Lysimeterfelder
als Versuchsanlage erbaut und seit Sommer 2001 läuft der kontinuierliche
Messbetrieb, so dass nunmehr die Ergebnisse der ersten vier Jahre
Forschungstätigkeit der Öffentlichkeit vorgestellt werden
können.
Band 41 der Schriftenreihe Culterra ist eine erweiterte und aktualisierte
Neuauflage des Culterra-Bandes 32 aus dem Jahr 2003, der bereits
kurz nach seinem Erscheinen vergriffen war. Während die Ausführungen
über Wurzelsperren sowie zur Planung und Bauausführung
der Leonberger Lysimeterfelder praktisch unverändert geblieben
sind, wurden neueste Erkenntnisse zu Standsicherheit und Setzungsverhalten,
Bodenentwicklung, Besiedlung und Wasserhaushalt der Rekultivierungsschichten
eingearbeitet. Ein umfangreiches Kapitel beschäftigt sich mit
dem Vergleich der Ergebnisse aus Lysimeterfeldern und Wasserhaushaltsmodellierungen
mit Leonberger Boden- und Klimadaten.
Inhaltsverzeichnis
| 1 |
Einleitung |
1.1
1.2
1.3
|
Ausgangslage - Motivation für
das Vorhaben
Aufgabenstellung
Zusammensetzung der Arbeitsgruppe |
| 2 |
Versuchsanlagen und Untersuchungsprogramm |
|
2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.1.5
2.2
2.2.1
|
Rekultivierungsschichten
Vorgehensweise beim Bau der Leonberger Lysimeterfelder
Aufbau der Versuchsanlage Leonberg
Instrumentierung der Versuchsfelder in Leonberg
Abflüsse aus den Lysimeterfeldern
Untersuchungsprogramm
Wurzelsperren
Aufbau der Versuchsanlage
|
| 3 |
Stand der Forschung und Technik |
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5 |
Der Wasserhaushalt
von Rekultivierungsschichten
Die Rekultivierungsschicht als Wasserhaushaltsschicht
Standsicherheit von Rekultivierungsschichten
Bodenbiologie von Rekultivierungsschichten Begrenzung des Wurzelwachstums |
| 4 |
Ergebnisse I: Rekultivierungsschichten |
|
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.2
4.2.1
4.2.2
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.3.4
4.4
4.4.1
4.4.2
4.4.3
4.4.4
4.5
4.5.1
4.5.2
4.5.3
4.5.4
4.5.5
4.6
4.6.1
4.6.2
4.6.3
4.6.4
4.7
4.7.1
4.7.2
4.7.3
4.7.4
4.7.5
4.7.6
4.8
4.8.1
4.8.2
4.8.3
4.8.4
4.8.5
4.8.6
4.9
4.9.1
4.9.2
4.9.3
4.9.4
4.9.5
4.9.6
4.9.7
|
Standsicherheit und Setzungsverhalten
Einführung in die Problematik
Laboruntersuchungen
Felduntersuchungen
Bautechnik und Bauausführung
Bodenauswahl
Bodeneinbau, Oberbodenlockerung und Erosionsschutz
Bodenphysik
Trockenraumdichte
Eindringwiderstand
Infiltrationseigenschaften
Mikrostruktur des Bodens
Bodenlufthaushalt
Einführung
Methode
Ergebnisse
Diskussion
Bodenleben: Regenwürmer und Mikroorganismen
Einführung Regenwürmer
Regenwürmer auf den Versuchsfeldern
Empfehlungen zum Einbringen von Regenwürmern
Regenwürmer auf der Kreismülldeponie Leonberg
Mikroorganismen
Vegetation
Einführung
Gehölzentwicklung
Entwicklung der Ansaaten
Durchwurzelung
Ingenieurbiologischer Verbau
Einführung
Bau des Testfelds und Wuchsentwicklung der Buschlagen
Standsicherheit durch Buschlagen verstärkter Böschungen
Messen des Herausziehwiderstandes
Aufgrabungen zur Untersuchung der Durchwurzelungstiefe
Geeignete Gehölzarten und Einbauverfahren
Bodenwasserhaushalt und Bodentemperatur
Einführung
Klima in den Jahren 2002 und 2003
Bodeneigenschaften und Wasserspeicherfähigkeit
Bodenwassergehalt der Lysimeterfelder
Abflüsse aus den Lysimeterfeldern
Bodentemperatur
Wasserhaushaltsmodellierung
Einführung
Wasserhaushaltsmodelle
Eingabedaten
Klima in Leonberg 1992 bis 2003
Wasserhaushaltsbilanzen
Vergleich der Modellierungsergebnisse mit den Messungen
Lysimeterfelder vs. konventionelle Abdeckschicht
|
| 5 |
Ergebnisse II: Wirkung von Wurzelsperren |
5.1
5.2
5.3
|
Funktion und Eigenschaften von Wurzelsperren
Wasserhaushalt der Versuchsfelder
Einfluss der Sperren auf das Wurzelwachstum |
| 6 |
Schlussfolgerungen und Empfehlungen
für die Praxiss |
| 7 |
Zusammenfassung wichtiger Ergebnisse |
| 8 |
Literatur |
| 9 |
Anhang |
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