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Wieso ist Bodenfeuchte so wichtig?
Bodenfeuchte ist eine Kenngrösse der Erfassung und frühzeitigen Erkennung von Trockenheit. Sie wird bereits heute von manchen Kantonen und Forschungseinrichtungen erhoben. Die bestehenden Messnetze sind aber unterschiedlich aufgebaut, haben unterschiedliche Sensoren im Einsatz und messen in unterschiedliche Tiefen. Das nationale Messnetz wird diese laufenden Messungen bis 2027 verknüpfen und, wo nötig, ergänzen. Somit wird ein möglichst umfassender und einheitlicher Datensatz für die ganze Schweiz geschaffen.
Sämtliche Daten fliessen im 10-Minuten-Takt in die MeteoSchweiz-Datenbank. Diese bilden die Grundlage für die im Mai lancierte, nationale Trockenheitsplattform. Dabei sind drei Fachstellen vom Bund beteiligt: Das Bundesamt für Umwelt BAFU, das Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz und das Bundesamt für Landestopografie swisstopo. Ihnen wurde aufgetragen, ein schweizerisches Früherkennungs- und Warnsystem für Trockenheit aufzubauen. Teil davon ist auch das neu entstehende Messnetz für Bodenfeuchte. Das System soll Behörden, Sektoren wie Landwirtschaft, Wald oder Energie, und die Bevölkerung frühzeitig über Trockenheitsgefahren informieren.
Das nationale Bodenfeuchtemessnetz
Bis 2027 sollen über die ganze Schweiz verteilt mindestens 20 Stationen ein nationales Bodenfeuchtemessnetz bilden. In sechs Wäldern installierten die Eidgenössische Forschungsanstalt WSL und die ETH Zürich bereits neue Stationen und betreuen diese seither. Gleichzeitig wurden sechs Stationen auf Grasland auf bestehenden automatischen SwissMetNet Stationen von MeteoSchweiz eingerichtet. Ein Minimum von acht solchen Graslandstationen soll bis Ende 2027 noch dazukommen. Simone Bircher von MeteoSchweiz koordiniert als Projektleiterin den Aufbau des neuen Messnetzes.
So funktioniert die Installation
Die Installation einer Bodenfeuchtestation erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst wurden die Standorte sorgfältig gewählt. Dabei wurde darauf geachtet, dass der Boden möglichst ungestört ist und sich für die Region repräsentativ zeigt. Gewährleistet wurde dies mit einer vorausgehenden bodenkundlichen Vorbeprobung jedes potenziellen Messnetzstandortes. Erhoben wurden die Beprobungen vom Kompetenzzentrum Boden.
Am Tag der Sensorinstallation wird vorerst das Bodenprofil ausgehoben und die Messinfrastruktur (Kabelrohrleitungen, Kontrollschacht und Betonfundament für den Schaltschrank) erstellt. Die 230 V Stromzufuhr und die Erdung werden von bestehenden Anschlüssen bis zum neuen Schaltschrank geführt. Die vorbereitete Platine mit dem IoT-Datenlogging-/Transmissionssystem und Stromanschluss wird im Schaltschrank installiert. Das Kompetenzzentrum Boden untersucht dann auch die Bodenschichten im ausgehobenen Profil, entnimmt Proben für Laboranalysen und misst, wie schnell das Wasser infiltriert. Diese Bodencharakterisierung ist entscheidend, um die späteren Messwerte richtig zu interpretieren, sowie Modelle zu kalibrieren und validieren.
Anschliessend an die bodenkundliche Beschreibung beginnt der Einbau der Sensoren. In unterschiedlichen Tiefen (von 5 cm bis 1 m) werden jeweils verschiedene Gerätetypen in jeweils zwei Replikationen platziert, um ein detailliertes Bild des Bodenwasserhaushaltes zu liefern.
Die Kabel der installierten Sensoren werden zuerst durch die neu angelegten Kabelschutzrohre zu einem Kontrollschacht gezogen. Von dort aus werden sie anschliessend in den Schaltschrank geschleust. Der Kontrollschacht gewährleistet die spätere Zugänglichkeit zu den Kabeln und erleichtert eine geordnete Kabelführung. Alle Instrumente werden getestet, bevor das ausgehobene Bodenprofil rückgefüllt und so gut wie möglich auf die ursprüngliche Bodendichte verdichtet wird. Sind die Sensoren einmal vergraben, bleiben sie für die nächsten ca. 10 Jahre unangetastet in der Erde.
Nach der Installation der Sensoren schliesst das IoT-Team die Sensorkabel im Schaltschrank an die IoT-Module des Datenloggingsystems an. Um Wartezeiten zu vermeiden, sind sie bei der Installation selbst nicht anwesend, sondern planen die Anschlüsse der Bodenfeuchtesensoren zu einem anderen, zeitnahen Termin ein. Ist alles installiert und korrekt konfiguriert, werden die Messdaten von den Datenloggern über das Modem im Schaltschrank mittels Mobilfunknetz und Cloud-Dienste in die MeteoSchweiz-Datenbank übertragen. Dort wird zurzeit eine automatische Datenqualitätskontrolle implementiert. Künftig werden aus den Messdaten weitere Bodenfeuchteprodukte entwickelt. Diese sollen im Zeitraum 2028/2029 auf der Trockenheitsplattform sowie als Open Government Data veröffentlicht und damit breit nutzbar gemacht werden.