Nederlandse norm Bodem. Onverzadigde zone. Bepaling van de onverzadigde waterdoorlatendheidskarakteristiek en de waterretentiekarakteristiek met de verdampingsmethode volgens Wind Soil. Unsaturated zone. Determination of the unsaturated hydraulic conductivity chacteristic and water retention characteristic with Winds evaporation method NEN 5791 1e druk, augustus 1995 UDC 628.516:532.696.51 Dit document mag slechts op een stand-alone PC worden geinstalleerd. Gebruik op een netwerk is alleen. toestaan als een aanvullende licentieovereenkomst voor netwerkgebruik met NEN is afgesloten. This document may only be used on a stand-alone PC. Use in a network is only permitted when a supplementary license agreement for us in a network with NEN has been concluded. 1 Onderwerp en toepassingsgebied Deze norm beschrijft de bepaling van de onverzadigde waterdoorlatendheidskarakteristiek en de waterretentiekarakteristiek (hierna afgekort tot respectievelijk dooriatendheidskarakteristiek en retentiekarakteristiek) in niet-verstoorde grondmonsters met de verdampingsmethode volgens Wind. De norm is van toepassing op onderzoek naar de fysische eigenschappen van en transportverschijnselen in de onverzadigde zone van de bodem. Met de methode kan van één grondmonster gelijktijdig de desorptietak van zowel de doorlatendheids- als de retentiekarakteristiek worden bepaald. De methode is bruikbaar in het drukhoogtetraject van h = 0 cm tot h = -800 cm voor homogene grondmonsters van grondsoorten die niet of nauwelijks zwellen of krimpen. De doorlatendheidskarakteristiek wordt bepaald, afhankelijk van de grondsoort, in het drukhoogtetraject van ongeveer h = -50 cm tot h = -700 cm. OPMERKING 1 Voor de bepaling van de doorlatendheidskarakteristiek in het drukhoogtetraject van ongeveer/? = -1 cm tot h = -100 cm kan NVN 5790 worden toegepast. De retentiekarakteristiek wordt bepaald in het drukhoogtetraject van ongeveer h = 0 cm tot h = -800 cm. OPMERKING 2 Voor bepaling van de retentiekarakteristiek in het drukhoogtetraject van h = -500 cm tot л = -20 000 cm kan NEN 5788 worden toegepast. 2 Normatieve verwijzingen De volgende normen bevatten bepalingen die, doordat ernaar wordt verwezen, tevens bepalingen van deze norm zijn. Op het ogenblik van publikatie van de onderhavige norm waren de vermelde drukken van kracht. Alle normen kunnen echter worden herzien; partijen die overeenkomsten sluiten op basis van deze norm wordt daarom aanbevolen na te gaan of het mogelijk is, de meest recente druk van de onderstaande normen toe te passen. NEN 5781:1992 Bodem. Onverzadigde zone. Gravimetrische bepaling van het watergehalte en de droge volumieke massa NEN 5783:1991 Bodem. Onverzadigde zone. Bepaling van de drukhoogte met behulp van een tensiometer. 3 Termen en definities 3.1 Onverzadigde waterdooriatendheidskarakteristiek K{6): De verhouding tussen de volumetrische fluxdichtheiden de gradiënt van destijghoogte, alsfunctie van het watergehalte; K(0) = - A/7 h 4 Beginsel OPMERKINGEN 1. De waterdoorlatenheidskarakteristiek wordt ook vaak gegeven als functie van de energiehoogte door de interactie tussen bodemwater en matrix; 2. Het verband tussen de waterdoorlatendheidskarakteristiek en het watergehalte is bij benadering één-éénduidig, met andere woorden het heeft geen hysteresekarakter. Echter, de doorlatendheidskarakteristiek als functie van de drukhoogte heeft in het algemeen een hysteresekarakter. Het verdient daarom de voorkeur gelijktijdig met de drukhoogte het watergehalte te bepalen. 3. Verondersteld wordt dat de energiehoogte door de overdruk ten opzichte van atmosferische druk van de bodemlucht gelijk is aan nul, zodat de drukhoogte {h) gelijk is aan de energiehoogte door de interactie tussen het bodemwater en de matrix. 4. De stijghoogte is de som van druk- en plaatshoogte. Zie NPR 5792. 5. De drukhoogte {h) en plaatshoogte {h z ) hebben de dimensie lengte. In het veld wordt een homogeen niet-verstoord grondmonster genomen. In het laboratorium wordt het grondmonster verzadigd. Daarna wordt het monster zo opgesteld dat alleen aan de bovenzijde verdamping plaatsvindt. Op verschillende diepten wordt de drukhoogte met tensiometers bepaald. De afname van de massa van het grondmonster wordt, samen met de drukhoogten en tijd, gedurende de proef geregistreerd. Aan het einde van de proef, nadat de bovenste tensiometer is doorgeslagen, wordt het watergehalte bepaald door het monster te drogen. Hieruit wordt het gemiddelde (eind)watergehalte gedurende de proef berekend. Een proef duurt voor kleigronden ca. 2 dagen en kan voorgrof zand 2 weken duren in een ruimte met T = 20 C en een relatieve luchtvochtigheid van 50 %. Uit de watergehalten en drukhoogten worden de doorlatendheids- en retentiekarakteristiek berekend volgens de verdampingsmethode volgens Wind [1], [2]. Л Ё tf Normalisatie Nederlands instituut 1995 Nederlands Normalisatie-instituut Kalfjeslaan 2, Postbus 5059, 2600 GB Delft, Telefoon (015) 2 690 390. Fax (015Ï? ЯЯП 1'
Biz. 2 5 Toestellen en hulpmiddelen Gebruikelijke toestellen en hulpmiddelenen in het bijzonder de volgende: 5.1 Apparatuur voor het nemen van niet-verstoorde grondmonsters. Monsterringen met bekende afmetingen en apparatuur om deze ringen in de grond te persen. De afmetingen van het grondmonster zijn afhankelijk van grondsoort en het doel van het onderzoek. In de praktijk voldoet een hoogte van 8 cm en een middellijn van 10 cm. 5.2 Bak en hydrofiel doek (bijv. nylon gaas) voor de verzadiging van de grondmonsters. 5.3 Analytische balans, waarmee nog verschillen van 0,1 % van de massa van het veldvochtige monster kunnen worden gemeten. 5.4 Tensiometers met uitleesapparatuur met een onnauwkeurigheid van ten hoogste ± 1 cm (zie NEN 5783). De afmetingen en plaatsing van de tensiometers moeten zo zijn dat zij elkaar en de waterstroming niet beïnvloeden. OPMERKING Kies de lengte van de tensiometers kleiner dan de halve middellijn van het monster. Neem de middellijn van de tensiometer kleiner dan 0,1 deel van de afstand tussen boven- en onderzijde van het monster. 5.5 Hulpmiddelen voor het installeren van tensiometers (zie NEN 5783). 5.6 Droogstoof, instelbaar op een temperatuur van 105 C, waarbij de variatie in de temperatuur tussen de grenzen van 103 Ctot 107 C moet blijven. 6 Werkwijze Neem in het veld een niet-verstoord grondmonster. Let er op dat de afmetingen van het monster zo zijn dat er een homogeen monster wordt verkregen. Indien een monsterring wordt gebruikt, voorzie deze dan van een snijkop en pers het geheel in de grond bijv. met een hydraulische krik. Haal het monster voorzichtig uit de grond en verwijder de uitstekende grond met een mes met een rechte snijkant. Verdichting van de grond bij de monsterneming en verstoring van de bodemstructuur tijdens het transport maken het grondmonster onbruikbaar. Span, om de grond bij elkaar te houden en te bevochtigen, in het laboratorium een hydrofiel doek over de onderkant van het monster. Weeg het veldvochtige grondmonster (zie 5.3) en zet het ter verzadiging in een bak met water. Om luchtinsluiting in het monster tegen te gaan, moet de verzadiging geleidelijk geschieden. Stel het waterniveau in de bak gelijk met of iets onder de onderkant van het grondmonster, waarbij er contact moet zijn tussen het hydrofiel doek en het water. Afhankelijk van de grondsoort waaruit het grondmonster bestaat, kan na enkele uren (zand) tot enkele dagen (zware klei) het waterniveau geleidelijk tot 0,5 cm onder de bovenkant van het monster worden verhoogd. Laat deze ten minste 1 dag zo staan. Verlaag het waterniveau tot onder de onderkant van het monster en laat het water uitzakken. Sommige gronden klinken bij verzadiging in. Laat bij die gronden het waterniveau tot net onder de onderkant van het monster staan, zodat de (gedeeltelijke) verzadiging via het hydrofiele doek kan plaatsvinden. OPMERKING 1 Het is ook mogelijk dergelijke monsters op een ingestelde drukhoogte te brengen met bij voorbeeld een zandbak, zie NEN 5787. Sluit de onder- en zijkanten zo af dat hierlangs geen water kan verdampen. Sluit de bovenkant tot het begin van de meting ook af. Plaats twee tensiometers horizontaal 'm het grondmonster volgens NEN 5783. Zorg dat de tensiometers nergens boven elkaar liggen. Voorkom verdamping van water uit het monster langs de tensiometers. Kies de verticale positie van de tensiometers zo dat deze in het midden van denkbeeldige compartimenten liggen. Neem de dikte van de compartimenten overal gelijk of naar boven toe steeds dunner. Bij voorbeeld voor een 8 cm hoog monster kunnen de tensiometers spiraalsgewijs op diepten van 1 cm, 3 cm, 5 cm en 7 cm worden geplaatst, waarbij 4 compartimenten met een dikte van 2 cm worden gekozen, zie figuur 1. ц 3.; '4 'з.;, 2J 'З.У в 2. ^ 1., '2.J -4- Figuur 1: A. Schematisch overzicht van het grondmonster met compartimenten en tensiometers. B. Bovenaanzicht van de kolom.
Biz. 3 Registreer temperatuur en luchtvochtigheid gedurende de metingen. OPMERKING 2 Registratie is belangrijk omdat mag worden verwacht dat de temperatuur en luchtvochtigheid invloed hebben op de bepaling. Verricht de bepaling daarom in een ruimtewaarintemperatuuren iuchtvochtigheidzo constant mogelijk zijn. Plaats het monster op een weegschaal. Sluit de tensiometers aan op bijv. een drukopnemer volgens NEN 5783. Doorspoelbare tensiometers zijn niet noodzakelijk. Laat het monster in hydraulisch evenwicht komen door het bijv. een nacht te laten staan. Controleer het evenwicht door de gradiënt van de stijghoogte te bepalen. Deze moet gelijk zijn aan nul. Verwijder de afsluiting aan de bovenzijde van het monster. Meet de totale massa, rrijij = 1,..., aantal metingen), de drukhoogten,/7/j(/ = 1,..., aantal tensiometers), en de tijd tj. Herhaal deze metingen regelmatig, bijv. om de 2 uur. De maximaal toelaatbare tijd tussen metingen is 8 uur. De meting is afgelopen indien de bovenste tensiometer doorslaat, gewoonlijk tussen h = -800 cm en h = -900 cm. Indien een tensiometer eerder doorslaat, herstel dan de defecte tensiometer en begin opnieuw. Corrigeer voor eventuele massaveranderingen. Noteer de totale massa aan het eind van de proef, m e. Droog het grondmonster tot constante massa bij 105 C en bepaal het gemiddelde watergehalte в е volgens NEN 5781. 7 Berekening Voor de berekeningen 7.3 t.m. 7.10 is bij het NNI het pakket computerprogramma's METRONIA verkrijgbaar voor IBM (compatibele) PC's werkend onder DOS [2]. 7.1 Bereken het watergehaïte als volumefractie van het grondmonster aan het eind van de proef volgens NEN 5781. 7 2 Bereken het watergehaïte ais vol urnefractie van het grondmonster volgens: Öj is het watergehalte als volumefractie van het grondmonster van meting /; в е is het watergehalte als volumefractie van het grondmonsteràan het eind van de bepaling; rrij is de massa van het grondmonster van meting /, in kg; m e is de massa van het grondmonster aan het eind van de bepaling, in kg; o w is de soortelijke massa van water, in kg/m 3 {«1000kg/m 3 ); V is het volume van het grondmonster, in m 3. Bereken deze watergehalten voor alle metingen. 7.3 Bereken de gemiddelde drukhoogte in het grondmonster volgens: Ц hjj n is de gemiddelde drukhoogte in het grondmonster van meting /, in cm; is de drukhoogte van tensiometer /van meting /, in cm; is het aantal tensiometers en/of compartimenten. Bereken deze drukhoogten voor alle metingen. 7.4 Benader de retentiekarakteristiek met aile waarden voor hj en Qj, door een continue kromme door de puntenwolk te trekken. 7.5 Vul voor meting / en compartiment / de gemeten drukhoogten /?/jin de benaderde retentiekarakteristieken bereken hiermee de geschatte watergehalten 0 /;.. Doe dit voor alle compartimenten. Bereken voor meting / het gemiddelde geschatte watergehalte volgens: 6j is het gemiddelde geschatte watergehaïte van het _ grondmonster van meting ƒ; Ojj is het geschatte watergehaïte van compartiment / van meting /; a is de hoogte van het grondmonster, in cm; a-, is de hoogte van compartiment /, in cm. Corrigeer voor elk compartiment 0,- y - volgens: 0*j is het gecorrigeerde geschatte watergehaïte van _ compartiment /van meting/; Öj is het in 7.2 berekende watergehaïte van het grondmonster van meting/. Bereken 6 ц voor alle metingen. Benader de retentiekarakteristiek met alle waarden voor Л* hjj en 0jj voor alle compartimenten en metingen, door een continue kromme door de puntenwolk te trekken. 7.6 Herhaal de berekeningen uit 7.5 totdat er geen significante verbetering meer optreedt. De laatst verkregen paren hjj en 0*jen curve door deze paren beschrijven de retentiekarakteristiek respectievelijk als tabel en als curve. 7.7 Bereken voormeting op tijdstip/de gradiënt van de drukhoogte voor aaneenliggende compartimenten / en ƒ+ 1 volgens: Ah Az У/7 ;Ч1, /+ Л +1, У + /h~~^\j waarin Ah/Az is de gradiënt van de drukhoogte; z is de verticale coördinaat, in cm; z\ is de positie van de tensiometer in compartiment /, in cm; z/ + i is de positie van de tensiometer in compartiment ƒ + 1 (het compartiment boven compartiment / ) f in cm; is de drukhoogte in compartiment /van meting / 'u 7 in cm; Л/+1 is de drukhoogte in compartiment /van meting / + 1 (de meting na meting / ), in cm. Indien Ah/Az niet significant kleiner is dan -1, dan wordt er geen doorlatendheid voor de desbetreffende compartimenten van meting / berekend. Bereken de gradiënten voor alle aaneenliggende compartimenten (n- 1 maal). 7.8 Bereken voor meting / de fluxdichtheden tussen de aaneenliggende compartimenten /en i+ 1 volgens: T 2 a k 7 kj ' 'К1+У
Biz. 4 Vjj is de fluxdichtheid tussen compartiment / en /"+ 1 tussen de metingen; en j + 1, in cm/d; tj is het tijdstip van meting j, in d; Эк is de hoogte van compartiment k(k=1 is het onderste compartiment), in cm; 0 k j is het geschatte watergehalte van compartiment к van meting/. 7.9 Bereken de onverzadigde doorlatendheid met de wet van Darcy volgens: л -» ' Kjj (ö /y ) is de doorlatendheid bij watergehalte 9 jjf in _' cm/d; _' KJJ (h;) is de doo r I ate n d h e i d bij drukhoogte h jjf in cm/d; Vjj is de fluxdichtheid, berekend in 7.8, in cm/d; Ah/Az is de gradient van de drukhoogte, berekend in 7.7. Bereken de bijbehorende drukhoogte, /? /y, volgens: h i.j = * îi h i,^hi+^,j h i,j+^hi+^,; +^ Bereken het bijbehorende watergehalte, 0 ijf volgens: Herhaal de berekeningen vooralle metingen (1 t.m.y-1). 7.10 De paren Kjj en Тт^-geven als tabel de onverzadigde doorlatendheid als functie van de drukhoogte. Een "fit" met een geschikte kromme geeft deze functie als een curve. _ De paren Kjj en omgeven als tabel de onverzadigde doorlatendheid als functie van het watergehalte. Een "fit" met een geschikte kromme geeft deze functie als een curve. OPMERKINGEN 1. Nabij verzadiging worden door te kleine gradiënten van de drukhoogte geen doorlatendheden verkregen. De metingen kunnen worden aangevuld met de meting van de verzadigde doorlatendheid (zie NEN 5789) en metingen in het ontbrekende deel van de onverzadigde doorlatendheid (zie NVN 5790). 2. De metingen van de verzadigde en onverzadigde doorlatendheden kunnen worden beschreven met een zojgenaamde 'Mualem van Genuchten'- kromme [3], [4]. 8 Nauwkeurigheid Ruis in de meting van de drukhoogten werkt sterk door in de berekening van de doorlatendheid bij kleine gradiënten (dh/öz «0 of óh/dz ~ -1). Dit kan tot systematische afwijkingen van de berekende doorlatendheden leiden. Daarom is het noodzakelijk de doorlatendheid pas te berekenen als de gradiënt dh/dzsignificant afwijkt van -1. De berekening van de retenti e karakteristiek is hier niet gevoelig voor. 9 Verslag OPMERKING Uit simulaties (zie [5]) kan de nauwkeurigheid van de bepaling worden afgeleid. Bij een bepaald watergehalte van de retentiekarakteristiek is het relatieve verschil tussen de ware en uitgerekende waarde van de drukhoogte kleiner dan 4 % van de ware waarde. Na verwijdering van metingen met niet significante gradiënten wordt de nauwkeurigheid van de bepaalde doorlatendheid Köoor het interval /</3en3/Cbegrensd. Vermeld in het verslag de volgende gegevens: a) de coördinaten van de plaats waar is bemonsterd; b) aanduiding van de bemonsterde horizont; c) de datum van de monsterneming in het veld; d) de afmetingen van het grondmonster en het aantal en de posities van de tensiometers; e) de temperatuur en luchtvochtigheid waarbij de metingen in het laboratorium zijn verricht; f) een weergave van de meetresultaten in grafieken of in tabellen; g) geef de methode van "curve fitting" die voor de schatting van de retentiekarakteristiek is gebruikt. Geef die ook voor de doorlatendheidskarakteristiek indien deze "gefit" is; h) de gevolgde methode door vermelding: "volgens NEN 5791".
Bestelformulier Stuur naar: NEN Standards Products & Services t.a.v. afdeling Klantenservice Antwoordnummer 10214 2600 WB Delft NEN Standards Products & Services Postbus 5059 2600 GB Delft Vlinderweg 6 2623 AX Delft Ja, ik bestel ex. nl Bodem - Onverzadigde zone - Bepaling van de onverzadigde waterdoorlatendheidskarakteristiek en de waterretentiekarakteristiek met de verdampingsmethode volgens Wind 24.00 T (015) 2 690 390 F (015) 2 690 271 www.nen.nl/normshop Wilt u deze norm in PDF-formaat? Deze bestelt u eenvoudig via www.nen.nl/normshop Gratis e-mailnieuwsbrieven Wilt u op de hoogte blijven van de laatste ontwikkelingen op het gebied van normen, normalisatie en regelgeving? Neem dan een gratis abonnement op een van onze e-mailnieuwsbrieven. www.nen.nl/nieuwsbrieven Gegevens Bedrijf / Instelling T.a.v. O M O V E-mail Klantnummer NEN Uw ordernummer BTW nummer Postbus / Adres Postcode Plaats Telefoon Fax Factuuradres (indien dit afwijkt van bovenstaand adres) Postbus / Adres Postcode Plaats Datum Handtekening Retourneren Fax: 015 2 690 271 E-mail: klantenservice@nen.nl Post: NEN Standards Products & Services, t.a.v. afdeling Klantenservice Antwoordnummer 10214, 2600 WB Delft (geen postzegel nodig). Voorwaarden De prijzen zijn geldig tot 31 december 2018, tenzij anders aangegeven. Alle prijzen zijn excl. btw, verzend- en handelingskosten en onder voorbehoud bij o.m. ISO- en IEC-normen. Bestelt u via de normshop een pdf, dan betaalt u geen handeling en verzendkosten. Meer informatie: telefoon 015 2 690 391, dagelijks van 8.30 tot 17.00 uur. Wijzigingen en typefouten in teksten en prijsinformatie voorbehouden. U kunt onze algemene voorwaarden terugvinden op: www.nen.nl/leveringsvoorwaarden. LEREN, WERKEN EN GROEIEN MET NEN preview - 2018