A talaj vízáramlás mérésének módszerei és szimulációjának tapasztalatai

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A talaj vízáramlás mérésének módszerei és szimulációjának tapasztalatai"

Eszter Varga
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 A talaj vízáramlás mérésének módszerei és szimulációjának tapasztalatai Szondi Zoltán 1, Erdélyi Éva 2, Fodor Nándor 3 Abstract. As the plants can absorb ionic nutrient solution only, water content of soil plays an important role in vital processes. It is very important to know all the small details of this procedure. To simulate the flow and quantity change of water content in soil, models can be used. Models have to be tested with real parameter data. Our aim was to learn the possibilities of modelling, to meet and investigate the input data, to evaluate the correctness and miscalculations of the simulated estimations. We have used different instruments for getting the inputs and made comparison analyses for the measured and simulated values. For simulation the Hydrus 1-D model, for measuring the Mini Disk Infiltrometer, Guelph permeameter, TDR-instrument and the capacitive moisture instrument were used. Based on our experience, next steps of research work can be formulated in order to get more precise results and benefit from the method of modelling. Keywords: measuring, model, simulation, soil, water flow. Összefoglaló. fontos megértenünk a vízáramlás folyamatnak a legkisebb részleteit is. Munkánk célja megismerni a talaj k és pontosság megállapítására. Szerettük volna feltárni az e munkálatok közben felmerült problémák megoldásának mikéntjét, a - és nedvességtartalom vizsgálatokhoz a használtunk (Mini Disk Infiltrometer, Guelph permeameter, TDR- és kap mért használtunk fel. Kulcsszavak:. 1. Bevezetés Ezért fontos megérteni a víz okozta kölcsönhatásokat, folyamatokat. Ilyen például a víz áramlása a ellyel megnehezíti a modellalkotás folyamatát. A talajban lezajló folyamatokat általában csoportosan egymással összefüggésben kell vizsgálnunk, ezért rendszerint ét igény esetén a modellt a feltételrendszerével együtt módosítani. Ügyelnünk kell közben a modell érvényességi tartományára is, hiszen korlátozva vannak azok a körülmények, amelyek között a modell 1 Szondi Zoltán BCE, Kertészettudományi Kar, Matematika és Informatika Tanszék 2 Erdélyi Éva BCE, Kertészettudományi Kar, Matematika és Informatika Tanszék 3 Fodor Nándor MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézete 315

szükségtelenek vagy e pes rendszerek segítségével. megismerését, e munkálatok közben felmerült problémák megoldásának mikéntjét, a választott modell 2. Anyag és módszer 2.1.

2 szükségtelenek vagy e pes rendszerek segítségével. megismerését, e munkálatok közben felmerült problémák megoldásának mikéntjét, a választott modell 2. Anyag és módszer 2.1. Az elemzéshez használt modell: Hydrus 1-D Munkánk során a Hydrus 1-D nyílt forráskódú, konduktív nedvességforgalom modellel dolgoztunk. A konduktív modellek a Richards egyenlet numerikus megoldását alkalmazzák telített és telítetlen a természetben minden folyamat, így a víz áramlása is a legalacsonyabb, ill. ekvipotenciális energia szintre törekszik, azaz a olyan megoldása, ahol az 0,5 cm közötti rétegekre bontja a modell. Általában a talajhoz közeledve finomabb felbontást alkalmaznak. A vízáramlás és a gyökér vízfelvételének az összefüggésein kívül a modell képes szimulálni - és gáz halmazállapotban való áramlását. A modellt három r 1. ábra Hydrus felhasználói felülete A program egyaránt képes kezelni a víz- és az oldott anyagáramlást, a víz által telített, telítetlen, részben telített porózus talajokban. 316

3 ak, mint a fluxus, és a módosítását - a telítettség közeli állapot miatt- s- yiben a szükséges megfigyelésen alapuló víztartalom, felületi nyomás, koncentráció rendelkezésre áll. A felhasználói felület ségesek a Hydrus futtatásához. Az összes térbeli paramétert meg lehet határozni grafikus környezetben, úgymint a talajtípust, talajréteget, gyökér vízfelvételének az elosztását és felhasználó készítsen egy alkalmazás specifikus áramlási és szállítás modellt, és azt analizálhassa grafikus vizsgálhatóak grafikus eszközökkel. Amennyiben a geometriai és a paraméter adatok nem egyeznek a formátumra. Mini Disk Infiltrometer A talaj víz mivel a mérete kicsi és a méréshez szükséges víz mennyisége könnyen készülék kiválóan alkalmas a labori és demonstráló beltéri mérésekre is. Az eszköz alapjait a Mariottepalack eljárás képezi, ami segítségével egy állandó nyomáskülönbséget tudunk fenntartani. Az alapgondolata az, hogy a légköri nyomást, amely a vizet áramlásra készteti, visszaszorítjuk a vízszint és a képesség felosztását a talajtulajdonságokhoz m szívóarányt kell beállítanunk. Guelph permeameter 2.3. Hydrus 1- a ténylegesen mért nedvességtartalomra az adott talajrétegekben. Azonban lényegesen felgyorsítja a program paramétereinek beállításánál adhatunk egy inte feldolgoztunk, az un. direkt módszerrel. 317

4 2.4. A talaj nedvességtartalom mérése Time Domain Reflectometer (TDR) alapszik, hogy meg lehet állapítani annak a közegnek a dielektromos állandóját, ami a hullámot visszaverte. Mivel a dielektromos állandó és a nedvességtartalom között szoros összefüggés van, ezért pontosság, továbbá az, hogy nem kell kalibrálni, és hogy bizonyos határérték alatt nem befolyásolja a talaj sótartalma. Azonban ez a sótartalom-függetlenség csak egy bizonyos mértékig tart, ugyanis a sótartalom uzamos sor, de nevezzük idegen szóval kapacitásnak, C- is a talaj dielektromos állandóját hivatott vizsgálni, mivel ezzel meghatározható a talaj nedvességtartalma Talaj mintavétel A vizsgált területen fél évvel korábban elhelyeztük a kapacitív méréshez a szondákat, annak érdekében, számítva körülbelül 1méternyi távolságban vettünk talajmintát, amit laborban bevizsgálták. 3. A mérési módszerek összehasonlítása valóságos terepi viszonyok közötti er, TDR- és ehasonlítás alapján sikerült azonosítanunk a mérések nem különböztek, azonban kimondható, hogy a terepi mérésen mért áramlási tendenciát követték. Mivel a kezelni, a TDR- hasonlítjuk össze a modell által megadott -vizsgálat eredmények kiértékelése a választott modell alapján, illetve a terepi mérés során kapott eredményekkel való összehasonlításuk. d a átlagoltuk, hogy párhuzamba lehessen hozni a mért adatokkal. Az ugyanazon eljárással számított értékeket mértékben ugyan, de megindul a beszivárgás. A kapott eredményeket kétmintás t-próbával hasonlítottuk 318

5 - szignifikánsan eltér, addig a második talajrétegben már csak az inverz-direkt módszer tér el a Guelph és a -próba nem mutatott ki eltérést a harmadik réteg adatsorai között terep guelph mini-disk Id 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 2. ábra. Mindezek alapján azt a következtetést vonhatjuk le, hogy egyre mélyebbre haladva a talajban egyre - képesség értékével direktben lefuttatott módszernél csak a második általunk megkülönböztetett -képességet adt hogy a legközelebbi becslést adja a nedvességtartalomra. Általánosságban megállapítható, hogy a nedvességváltozás ütemét és haladását mindegyik módszerrel mért mérés visszaadta. 4. Következtetés Nemzetközi tapasztalat mutatja, hogy a növénytermesztési modellek egyre közelebbi értékeket adnak a mért terméshozam értékekkel, azonban még mindig tapasztalható akár 10- -os eltérés a mért és a k és a mért adatok között - elvégzett kevés mintavétel számából is. Azonban az összehasonlítás alapján kimondható, hogy a vízáramlás tendenciája követte a mért értékeket, tehát több, a termesztésre hasznos következtetést van modell az adatok a modell feldolgozási 319

6 vizsgált modell alkalmas a vizsgált rendszer elemeinek az összekapcsolására, vízgazdálkodáshoz szükséges következtetések levonására. Ezt bizonyítja a mért és a szimulált beszivárgás hasonlósága. A megfogalmazott gyengeségek pedig újabb ötleteket adtak számunkra a további kutatásra és fejlesztésre vonatkozóan: ezek közé tartozik az újabb, és mennyiségében több mintavételezés, és ezen minták kiértékelése, összevetése, illetve a többi felhasználó bevonása a fejlesztésbe. Így a modell elméleti hátterének újragondolásának lehe képesség rétegenkénti vizsgálata, a talaj több rétegre való felosztása, több talajtípuson és az általunk k kiértékelése a modell segítségével. Köszönetnyilvánítás valamint a TÁMOP B számú kutatási program támogatásával készült. Hivatkozások Ber -term simulation of water movement in soils using mass-conserving procedures, Advances in Water Resources Vol. 22, No. 5, pp , 1999 Børgesen, C. D. Jacobsen, O. H. Hansen, S. Schaap, M. G Soil hydraulic properties near saturation, an improved conductivity model Journal of Hydrology vol. 324 pp Fodor N A nedvességforgalom modellezése növénytermesztési modellekben. Ph.D. értekezés. Debreceni Egyetem J.T. H. Stole W A comparison of the models AFRCWHEAT2, CERES-Wheat, Sirius, SUCROS2 and SWHEAT with measurements from wheat grown under drought Field Crops Research vol. 55 pp Budapest applications of the HYDRUS and STANMOD software packages, and related codes. Vadose Zone J. 7, Stöckle C. O. Donatelli, M. Nelson, R CropSyst, a cropping systems simulation model Europ. J. Agronomy vol.18 pp

Hasonló dokumentumok

A TALAJ-NÖVÉNY-LÉGKÖR RENDSZER MODELLEZÉSÉNEK LÉPTÉKFÜGGŐ PROBLÉMÁI

A TALAJ-NÖVÉNY-LÉGKÖR RENDSZER MODELLEZÉSÉNEK LÉPTÉKFÜGGŐ PROBLÉMÁI A léptékfüggés megjelenése a talaj vízgazdálkodási tulajdonságaiban valamint megfigyelt hőmérsékleti adatsorokban Sándor Renáta MTA ATK