Nelson Fritz (TG13-2), Nour Al Chibani (TG12-2) und Abdulhadi Fadlyeh (TG12-2) haben mit ihrem Projekt „Neue Messtechnik und Simulation der Wasserinfiltration in Böden“ den 2.Preis im Landeswettbewerb Baden-Württemberg 2025 erhalten.
Vom 03. bis 05. April 2025 haben 107 Jungforscherinnen und -forscher wissenschaftliche Antworten zu spannenden Fragen an der Hochschule Heilbronn präsentiert. In dem Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften haben unsere Schüler ein komplexes Projekt zur Bodenwasserdynamik entwickelt, welches Lösungen zu einer datengetriebenen, nachhaltigen Bewirtschaftung und Planung von Wasserressourcen in einem sich wandelnden Umwelt- und Klimakontext anbietet.
Das zentrale Projektziel besteht darin, präzise Mess- und Simulationsmethoden für die Bewegung des Wassers in Böden zu entwickeln. Zusammenfassend schreiben unsere Schüler in ihrer Dokumentation:
„Unsere Forschung liefert einen bedeutenden Beitrag zur Erfassung und Modellierung der Wasserinfiltration in Böden, indem sie innovative Messtechnik mit numerischer Simulation verbindet. Mit dem von uns entwickelten, automatisierten, kostengünstigen und portablen Permeameter ist es möglich, den gesättigten Wasserdurchlässigkeitsbeiwert k_S präzise und effizient für verschiedene Bodentexturen zu bestimmen – sowohl im Labor als auch im Feld. Die Kombination aus kapazitivem Messprinzip, Automatisierung mit einem Raspberry Pi 4B und einer speziell entwickelten Software hebt die Messmethode auf ein neues Niveau der Praktikabilität. Die von uns erhobenen lokalen bodenphysikalischen Daten, einschließlich, Wassergehalt in den Böden und Bodentextur, bilden eine valide Basis für die numerische Lösung der Richards-Gleichung, die wir mit einer weiteren selbst entwickelten Software umgesetzt haben.“
Nachdem unsere Schüler den 1.Preis im Regionalwettbewerb Pforzheim/Enz 2025 erhalten haben (siehe Titelbild oben, HWS-Schüler am Präsentationsstand an der Hochschule Pforzheim), haben sie sich intensiv mit der Verbesserung des Projektes für die Landesphase beschäftigt.
Die wichtigsten Erneuerungen zum Messsystem waren Ausstattung des Permeameters mit Raspberry Pi und einem maßgeschneiderten LITE-OS, das GNU/Linux-Systemdienste für Frontend, Backend usw. verwaltet und ein Benutzerinterface auf einem runden Touch-Display anzeigt, sowie die Realisierung einer Webseite zur kabellosen Bedienung des Permeameters über Access-Point-WLAN. Auch das Software-Werkzeug zur Modellierung und Simulation von Wasserinfiltration in ungesättigten und gesättigten Böden wurde sehr stark entwickelt. Dazu gehören 1D-, 2D- und 3D-Modellierung, Einfügen von Funktionen zu verschiedenen Grenzbedingungen, Anfangsbedingungen mittels Bilder und Funktionen, Dynamische Pedotransferfunktionsparameter zur Modellierung heterogener Böden und Visualisierung der Wasserinfiltration in 1D Funktionsgraphen, 2D Heatmap und 3D Scatter Plot. Dieses Simulationswerkzeug ermöglicht es, standortspezifische Messdaten in regionale Vorhersagemodelle zu integrieren. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für agronomische, hydrologische und ingenieurwissenschaftliche Anwendungen, wie die Optimierung von Bewässerungssystemen, die Vorhersage des Abflussverhaltens in Einzugsgebieten, die Planung von Kanalsystemen und die Überwachung von Halden und Deponien. In abgelegenen Regionen, wo Boden- und Wasserdaten oft fehlen, könnte unser Ansatz zur Schließung von Datenlücken beitragen und die Modellierung großflächiger Gebiete verbessern.
Dr. Marinela Wong
