Eksperimentielle forsøg

Forsøgene foretages for at klarlægge interaktionen mellem det kapillære vandspejl og nedsivende nedbør igennem den umættede zone. Det terrænnære grundvand er igennem GRAVA-projektet nøje målt i en tre-årig periode mellem 2020 til 2022 i et lavtliggende boligområde ved navn Kærby i Aalborg. Her er der observeret markante stigninger i grundvandsspejlet under højintensiv nedbør, der er betydeligt større end, hvad der kan forklares alene ud fra nedbørsmængden.

Hypotesen er, at regnskyld hurtigt kan omdanne kapillærzonen om til grundvandszonen. Derefter kan vandvolumen i den tidligere kapillærzone nu bidrage til indsivning i rørledninger. Omdannelsen viser sig som næsten instantane stigninger i grundvandspejlet, hvor undertrykket i kapillærzonen hurtigt omdannes til et overtryk. Overtrykket tillader nu den tidligere kapilærzone at indsive til rørledninger med atmosfæretryk.

Forsøgsopstillinger

Forsøgsopstillingerne består af en sandfyldt rende (sandkasse) og nogle rørsøjler med kompakteret jord. Sandkassen bruges til at simulere strømnings- og dræningsforholdene i forskellige jordtyper. I rørsøjleforsøgene undersøges de kapillære stigningshøjder ved forskellige jordtyper (tekstur og organisk indhold) og kompakteringer (porøsistet og poretal).

Suction box forsøg

Suction box forsøgene har til formål at bestemme forholdet mellem suget i jordmatricen og det dertilhørende vandindhold. Resultaterne bruges bl.a. til at kalibrere Van Genuchtens model for vandindhold og sug.

Jordsøjleforsøg

Jorsøjleforsøgene har til formål at bestemme en god samsætning af jordtype og kompaktering, som der kan bruges i sandkassen til at simulere grundvandsstrømninger. I Tabel 1 kan man finde generelle kapillærestighøjder for forskellige jordtyper. Den kapillære stighøjde vil dog også være afhængig af kompakteringen og indholdet af organisk stof, der potentielt kan forøge den kapillære stighøjde.

Kapillærstighøjde i forskellige jordtyper [1].

Jordtype	Partikeldiameter [cm]	Poreradius [cm]	Kapillærstighøjde [cm]
Fint silt	0.0008	0.0002	750
Groft silt	0.0025	0.0005	300
Meget fin sand	0.0075	0.0015	100
Fin Sand	0.015	0.003	50
Medium sand	0.03	0.006	25
Groft sand	0.05	0.01	15
Meget groft sand	0.2	0.04	4
Fin grus	0.5	0.1	1.5

Resultaterne for jordsøjleforsøgene anvendes til at bestemme en model, der bestemme den kapillære stighøjde ud fra jordtype, kompaktering og organisk stofmængde. I Figur 1 er et forsøg illustreret med en stationær kapillær stighøjde på 25 cm indtruffet efter ca. 60 minutter

Sandkasseforsøg

Sandkassen fungerer ved, at der i indløbskammeret etableres et højere trykniveau end i udløbskammeret; denne trykforskel genererer strømningen gennem sandkassen. Trykniveauet i ind- og udløbskammeret reguleres af overløb, der sikrer, at vandstanden i kamrene altid er konstant. Trykniveauet kan aflæses i ind- og udløbskammeret samt i fire standrør på siden af sandkassen. Overløbet fra ind- og udløbskammeret udledes til en tank, hvor overløbsvolumen kan moniteres. Dimensionerne på sandkassen er 150 x 40 x 60 cm (længde x bredde x højde) og ind- og udløbskammeret har en længde på 10 cm. Syv piezometre er monteret langs længden på sandkassen, hvor trykniveauet kan aflæses.

For at estimere en dræningseffekt på grundvandsspejlet er et filterrør ed et slidseareal på Y og et fald på X promille monteret i sandkassen. I den nedre ende af filterrøret opsamles det drænede vand i en tank. Således kan massebalancen i sandkassen opstilles ved formel \eqref{eq:mass_balance}:

$$ \Delta S = Q_{nedbør} - Q_{overløb,indløb} - Q_{overløb,udløb} - Q_{dræn} \tag{1}\label{eq:mass_balance}$$

I toppen af sandkassen er to bakker monteret med X diameters huller i bunden, der anvendes til at simulere nedbør. Bakkerne fyldes med vand, der udsiver til sandkassen. Overfladen på sandkassen er tildækket med en filterdug, der skal sikre, at nedbøren ikke borer sig ned i jordensøjlen. I videoen nedenfor kan nedbørssimulatoren observeres i aktion.