Modelling of water flow in soil

• Autorzy: Kuczuk A. , Pospolita J.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie ruchu wody w glebie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a mathematical model of water flow in soil. It is based on Richards equation taking into consideration a negative source member which determines water uptake by crops. In the performed calculations, different and varied weather conditions were assumed, which were then applied to differently adopted boundary conditions. In case of precipitation, Dirichlet condition of full saturation of soil with water was assumed for the surface, and Neuman condition was assumed at the lower boundary of calculation area. In drought period, Neuman type condition, in a form of a function, determines water loss through soil surface, and Dirichlet condition determines the pressure of capillary rise. In the model, hydraulic conductivity of soil and suction pressure were made depending on its local moisture level. Soil profiles from an exemplary farm were analysed. Equations of the mathematical model were solved with the finite difference method. Non-stationary problem was solved with an explicit method. Numerical calculations were made with an software program written in FORTRAN compilation language. Results of moisture level variations in soil are presented for various simulated weather conditions. The target model and program developed will be expanded for the needs of the analysis of migration of nitrogen compounds in soil.

PL

W pracy przedstawiono model matematyczny ruchu wody w glebie. Został on oparty na równaniu Richardsa przy uwzględnieniu ujemnego członu źródłowego, charakteryzującego pobór wody przez rośliny wybranej uprawy. W przeprowadzonych obliczeniach przyjęto różne i zmienne warunki pogodowe, które przełożone zostały na różnie przyjmowane warunki brzegowe. W przypadku opadów przyjmowano na powierzchni warunek Dirichleta pełnego nasycenia gleby wodą i warunek Neumanna na dolnym brzegu obszaru obliczeniowego. W okresie suszy warunek typu Neumanna w postaci funkcji określa ubytek wody przez powierzchnię gleby, a warunek typu Dirichleta określa ciśnienie podsiąku kapilarnego. W modelu przewodność hydrauliczną gleby i ciśnienie ssące uzależniono od miejscowej jej wilgotności. Do analizy wzięto profile glebowe z przykładowego gospodarstwa rolnego. Równania modelu matematycznego rozwiązano metodą różnic skończonych. Niestacjonarne zagadnienie rozwiązano metodą jawną. Obliczenia numeryczne przeprowadzono w oparciu o autorski program napisany w języku kompilacyjnym FORTRAN. Przedstawiono wyniki obliczeń zmian wilgotności w glebie dla różnych, symulowanych warunków pogodowych. Docelowo opracowany model i program zostanie rozbudowany dla potrzeb analizy migracji związków azotu w glebie.

Słowa kluczowe

EN

soil; water; modelling

PL

gleba; woda; modelowanie

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, nr 4
• Strony: 26--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kuczuk A.

• Opole University of Technology, Poland, Department of Thermal Engineering and Industrial Equipment

autor

Pospolita J.

• Opole University of Technology, Poland, Department of Thermal Engineering and Industrial Equipment

Bibliografia

• [1] Chalfen M.: matematyczny model nieustalonego ruchu wód podziemnych z uwzględnieniem obiektów melioracyjnych oraz ujęć wody, Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu, 1990 Nr 192, s. 25-38.
• [2] Feddes R.A., Bresler E., Neuman S.P.: Field test of a modified numerical model for water uptake by root systems, water Resources research, Vol.10, No.6, 1974, s. 1199-1206.
• [3] Fletcher C.: Computational techniques for fluid dynamics. 1. Fundamental and general techniques. Springer Verlag, Berlin, 1991.
• [4] Kowalik P.: Ochrona środowiska glebowego, PWN Warszawa, 2012.
• [5] Pospolita J.: Numerical analysis of viscoelastic fluid flux trough the orifice, Archiwum Mechaniki, Warszawa 1991, 43, 6, pp. 743-751.
• [6] Potter C.: Metody obliczeniowe fizyki. Fizyka komputerowa, PWN, Warszawa 1982.
• [7] Samarski A.A., Nikołajew J.S.: Metody rozwiązywania równań siatkowych, PWN, Warszawa 1988.
• [8] Szulczewski W.: Modelowanie migracji zanieczyszczeń w nienasyconych gruntach i glebach, Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu Nr 466, Wrocław 2003.
• [9] Szulczewski W.: Modelowanie zmian uwilgotnienia gleby w strefie niepełnego nasycenia, Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu, 1990, Nr 192, s. 87-97.
• [10] Szymkiewicz A.: Modelling water flow in unsaturated porous media - accounting for nonlinear permeability and material heterogeneity, Springer, 2013.
• [11] Uggla H. Gleboznawstwo rolnicze, PWN, Warszawa 1981.
• [12] Wosten J.H.M., Van Genuchten M.Th.: Using texture and other soil properties to predict the unsaturated soil hudraulic function, Soil Science American Journal, 1988, Vol. 52, pp. 1762-1770.