Michael Endres, Markus Brand, Astrid Tiffert, Tanja Marks, Birgit Kocher, Rita Hilliges

• Die Forschungsvorhaben FE 89.0246/2010/AP, F1100.3207033 und FE 89.0270/2011 wurden in dem Forschungsvorhaben „Effizienz geohydraulischer Sicherungsmaßnahmen bei Einsatz von Böden mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen – Teil 2“ (FE 89.0292/2013) weitergeführt. Die in den Vorgängerprojekten gewonnen Erkenntnisse zeigten auf, dass noch eine deutliche Verbesserung der Aussagequalität zum Langzeitverhalten der technischen Sicherungsmaßnahmen und zu Unterschieden der Wirksamkeit der einzelnen technischen Sicherungsmaßnahmen zu erwarten sind. Im Zuge der Projektbearbeitung wurden einige Veränderungen im Versuchsaufbau umgesetzt um die Aussagequalität zu verbessern. So wurde die Deckschicht der an die Lysimeteranlage angrenzenden Straße und die hydraulische Abkopplung der Busspur erneuert um die Zulaufbedingungen zu den Lysimeterbecken zu optimieren. Im Oktober 2014 wurden die Bankettbereiche der Lysimeterbecken erneuert und eine zusätzliche Schicht eingebracht, die im Bankett die Versickerung des Straßenabflusses reduzieren soll. Im Zuge dieser Umbauten wurde in Lysimeterbecken 6 eine beidseitig kaschierte Dränmatte als technische Sicherungsmaßnahme verbaut. Zusätzlich zu den Änderungen im Versuchsaufbau wurde die Messtechnik erweitert. Um die tatsächliche Evapotranspiration quantifizieren zu können wurde im Januar 2015 eine Wetterstation in Betrieb genommen. Zudem wurde eine zusätzliche Kippwaage (5 ml Auflösung) am Straßenabflusssammler installiert. Unter dem verwirklichten Versuchsaufbau bilden die Bodenkörper mit ihren jeweiligen technischen Sicherungsmaßnahmen und dem Bankett ein Gesamtsystem, das als solches betrachtet werden muss. Eine detaillierte Zusammenstellung der Ergebnisse kann dem Schlussbericht entnommen werden. Unter dem verwirklichten Versuchsaufbau bilden die Bodenkörper mit ihren jeweiligen technischen Sicherungsmaßnahmen und dem Bankett ein Gesamtsystem, das als solches betrachtet werden muss. Eine detaillierte Zusammenstellung der Ergebnisse kann dem Schlussbericht entnommen werden. Zusammenfassend kann für den Untersuchungszeitraum April 2013 - November 2016 qualitativ folgendes festgestellt werden: • Durch die Fortsetzung des Vorgängerprojektes konnte das Langzeitverhalten der Lysimeter beobachtet und weitere wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Zwischen beiden Projekten zeigen sich zum Teil deutliche Unterschiede hinsichtlich des Sickerwasseranteils. • Die Auswahl des Dammbaustoffes hat den wesentlichen Einfluss auf den Anteil des Sickerwassers. Dieser betrug bei den Lysimetern mit bindigem Boden zwischen 14% und 38%, bei den Lysimetern mit kiesigen Böden zwischen 58% und 71%. • Im Langzeitverhalten zeigen alle Lysimeter deutliche Veränderungen beim Sickerwasseranteil. Alterungseffekte der technischen Sicherungsmaßnahmen, die höhere Sickerwasseranteile zur Folge haben, können nicht ausgeschlossen werden. • Nach dem Straßenumbau kommt es bei allen Lysimeterbecken zu einer signifikanten Erhöhung des Sickerwasseranteils mit weiter steigender Tendenz. Bei Lysimeterbecken 3 ergaben sich Sickerwasseranteile die im Bereich der Lysimeterbecken mit kiesigem Böschungskern liegen. Die Ursache hierfür konnte nicht abschließend geklärt werden. Ein Tracerversuch mit anschließender schichtenweiser Abtragung des Bodenkörpers kann weitere Erkenntnisse diesbezüglich ergeben. • Der Umbau der Bankettbereiche hatte keine signifikante Verringerung der Sickerwasseranteile zur Folge. • Beim kiesigen Boden konnte nachgewiesen werden, dass die direkte Durchsickerung im Bankettbereich durch den Bankettumbau reduziert wurde bzw. mehr des von der Straße anströmenden Wassers über den Bankettbereich zu den Böschungen transportiert wird. • Die Bitumenanspritzung bewirkt bei beiden Bodenarten keine signifikante Verminderung des Sickerwasseranteils. Die in Brand et al. (2016) festgestellte Erhöhung des Sickerwasseranteils gegenüber den anderen technischen Sicherungsmaßnahmen kann jedoch nicht mehr festgestellt werden. • In den bindigen Böden ist Lysimeter 2, das über eine Dränmatte als technische Sicherungsmaßnahme verfügt, das Lysimeter mit den insgesamt geringsten Anteilen an Sickerwasser. Die in Brand et al. 2016 in Lysimeter 3 eingebaute dickere Kiesschicht scheint ihre Funktion verloren zu haben. • zwischen den Lysimetern mit kiesigem Boden im Böschungskern sind hinsichtlich des Sickerwasseranteils nur geringe Unterschiede feststellbar. Eine Ausnahme bildet Lysimeter 8. • Es konnten mehrere Ansätze zur Berechnung der potentiellen Evapotranspiration verfolgt werden. An die tatsächlich stattfindende Evapotranspiration wurde sich zusätzlich mithilfe der allgemeinen Wasserhaushaltsgleichung angenähert. Die Ergebnisse legen nahe, dass sich die Evapotranspiration nicht signifikant zwischen den verschiedenen Lysimeterbecken/Baustoffen unterscheidet. Insgesamt spielt die tatsächliche Evapotranspiration mengenmäßig nur eine untergeordnete Rolle. Im Falle einer Dammlage ist mit einer Zunahme der Verdunstung auf der Straße als auch der tatsächlichen Evapotranspiration zu rechnen. • Durch die Verbesserung der Zulaufsituation durch Änderung der Straßenabflussrinne und durch die Erweiterung der Messtechnik konnte die Genauigkeit der Mengenmessung optimiert werden. Beides wirkt sich in deutlich höheren festgestellten Anteilen abflusswirksamer Niederschläge aus. …
• with the project “Efficiency of geo-hydraulic safeguards in grounds and soils containing environmentally relevant substances – Part 2” (FE 89.0292/2013). Findings and results in previous research showed that a significant improvement of information was still to be expected regarding long-term behavior of technical safeguards and differences in the efficiency of the individual safeguards. During the project some changes were made with the test set-up to improve the quality of the information received. For example the road surface adjacent to the lysimeter as well as the hydraulic disconnection of the bus lane was renewed to optimise road runoff to the lysimeter basins. In October 2014 the road shoulder areas around the lysimeter basins were renewed. Further to that an additional layer was installed to reduce road runoff percolation in road shoulders. In the course of these alterations lysimeter basin 6 received an additional drainage mat (concealed on both sides) as technical safeguard. In addition to the changes done to the test set-up the measurement instrumentation was expanded, too. In January 2015 a meteorological station was taken into operation to quantify the actual evapotranspiration. Further an extra tipping-bucket gauge (solution 5 ml) at the road-runoff collector was installed. The soil bodies of the test set-up including its several physical safeguarding measures as well as the road shoulder form an integral system which must be regarded as such. A detailed summary of the results can be found in the final report. All in all the following can be determined in terms of quality for the investigation period from April 2013 to November 2016: • By continuing the previous project, the long-term behavior of the lysimeters was observed and further important findings were achieved. Between these two projects there are partly significant differences in the percolation rate. • The selection of material for the embankment has the most influence on the proportion of leachate. This was between 14% and 38% for lysimeters with loamy soil, and between 58% and 71% for lysimeters with sandy gravel in the embankment core. • In long-term behaviour all lysimeters show notable changes in the amount of leachate. Ageing effects of the technical safeguards which result in higher leachate proportions cannot be excluded. • After the reconstruction of the road, a significant increase in the leachate content is observed in all lysimeter basins – with an upward tendency. In the case of lysimeter basin 3 the amount of leachate was similar to quantities found in lysimeter basins with sandy gravel in the embankment cores. The cause could not be finally clarified. A tracer method followed by a gradual excavation of the ground might lead to further findings in this regard. • The reconstruction of the road shoulder areas did not lead to a significant reduction in the leachate content • In the case of grounds with sandy gravel it could be shown that the direct percolation in the road shoulder area was reduced by reconstructing the road shoulder and more of the water running off from the road was transported above the road shoulder area to the embankments. • The application of a bitumen coating does not significantly reduce the leachate content for both types of soil. The increase in the leachate content however – described in “Brand et al. (2016)” can no longer be noticed in comparison with other technical safe-guards. • In the loamy soils, Lysimeter 2 – which has a drainage mat as a technical safeguard – is the lysimeter with the smallest amount of leachate. A thicker layer of sandy gravel which was incorporated in Lysimeter 3 (Brand et al. 2016) appears to have lost its function • Among the lysimeters with sandy gravel in the embankment core only slight differences can be observed regarding the content of leachate. An exception is Lysimeter 8. • Several approaches to the calculation of potential evapotranspiration could be pursued. The actual occurring evapotranspiration was approximated by using the general hydrologic balance equation. The results suggest that the evapotranspiration does not differ significantly among the different building materials in lysimeter basins. Altogether the actual evapotranspiration only plays a minor role in terms of quantity. In the case of embankments an increase in evaporation on the road as well as actual evapotranspiration is to be expected • By improving the inflow situation by changing the road-runoff gutter and by extending the measurement instrumentation, the accuracy of quantity measurements was optimised. Both of these measures significantly increased the ratio of run-off due to rainfall. …