Concept and implementation of the Polish innovative agro-hydro-meteorological monitoring (AgHMM) in INOMEL Project

• Autorzy: Kanecka-Geszke Ewa , Bąk Bogdan , Bolewski Tymoteusz , Kaca Edmund

Identyfikatory

DOI

10.24425/jwld.2021.139037

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the concept and deployment of the agro-hydro-meteorological monitoring system (abbrev. AgHMM) created for the purposes of operational planning of regulated drainage and irrigation on the scale of a drainage/irrigation system (INOMEL project). Monitoring system involved regular daily (weekly readings) measurements of agrometeorological and hydrological parameters in water courses at melioration object during vegetation seasons. The measurement results enable an assessment of the meteorological conditions, moisture changes in the 0-60 cm soil profile, fluctuations of groundwater levels at quarters and testing points, also water levels in ditches and at dam structures, and water flow in water courses. These data were supplemended by 7-day meteorological forecast parameter predictions, served as input data for a model of operational planning of drainage and subirrigation at the six melioration systems in Poland. In addition, it was carried out irregular remote sensing observations of plant condition, water consumption by plants and soil moisture levels using imagery taken by unmanned aerial vehicles and Sentinel’s satellites. All the collected data was used for support operational activities aimed at maintaining optimal soil moisture for plant growth and should to provide farmers with high and stable yields. An example of the practical operations using the AgHMM system in 2019 is shown on the basis of the subirrigation object at permanent grasslands located in central Poland called “Czarny Rów B1”.

Słowa kluczowe

EN

adaptation; agro-hydro-meteorological monitoring system; climate change; controlled drainage; decision support system; short-term forecast; subirrigation; water management; water resources

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2021
• Tom: no. 51
• Strony: 256--264
• Opis fizyczny: Bibliogr. 48 poz., mapy, tab., wykr.

Twórcy

autor

Kanecka-Geszke Ewa

• Institute of Technology and Life Sciences – National Research Institute, Hrabska Av. 3, Falenty, 05-090 Raszyn, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5090-9322

autor

Bąk Bogdan

• Institute of Technology and Life Sciences – National Research Institute, Hrabska Av. 3, Falenty, 05-090 Raszyn, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2505-0579

autor

Bolewski Tymoteusz

• Institute of Technology and Life Sciences – National Research Institute, Hrabska Av. 3, Falenty, 05-090 Raszyn, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0949-2171

autor

Kaca Edmund

• Warsaw University of Life Sciences (SGGW), Institute of Environmental Engineering, 02-787 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1050-4953

Bibliografia

• ADMS undated. Agricultural Drought Monitoring System in Poland [online]. [Access 10.01.2021]. Available at: https://susza.iung.pulawy.pl/en/index/
• AGROMETEO 2020. Agricultural service for farmers monitoring system [online]. [Access 15.11.2020]. Available at: http://agro-meteo.pogodynka.pl/obrazysat
• BENCINI L., DI PALMA D., COLLODI G., MANES A., MANES G. 2010. Wireless sensor networks for on-field agricultural management process. In: Wireless sensor networks: Application – Centric design. Ed. Yen Kheng Tan. Rijeka. IntechOpen p. 1–21. DOI 10.5772/13001.
• BORDI I., FRAEDRICH K., SUTERA A. 2009. Observed drought and wetness trends in Europe: an update. Hydrology and Earth System Sciences. Vol. 13(8) p. 1519–1530. DOI 10.5194/hess-13-1519-2009.
• BRANDYK A., MAJEWSKI G., KRUKOWSKI M., BARYŁA A. 2018. Sustainable management of different valley ecosystems. SHS Web Conf. 57. No. 02002. DOI 10.1051/shsconf/20185702002.
• BYKOWSKI J., SZAFRAŃSKI C., FIEDLER M. 2005. Zmiany uwilgotnienia gleb w warunkach piętrzenia wody w rowie melioracyjnym w zróżnicowanych pod względem opadów okresach wegetacyjnych [Changes of soil water retention under condition of water storage in ameliorative ditch in vegetation periods with different sums of precipitation]. Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu. Melioracje i Inżynieria Środowiska. Nr 365 p. 75–81.
• COSMO 2019. Model operational applications at IMWM-NRI [online]. [Access 10.11.2019]. Available at: http://www.cosmo-model.org/content/tasks/operational/imgw/default.htm
• DYER J.A., LALLY S.K. 1990. Canadian agriculture weather monitoring system. Canadian Water Resources Journal. Vol. 15 p. 67–79. DOI 10.4296/cwrj1501067.
• EDO 2020. EDO Analytical Report. Drought in Europe – June 2020 [online]. European Drought Observatory. [Access 03.11.2021]. Available at: https://edo.jrc.ec.europa.eu/documents/news/EDO-DroughtNews202006_Europe.pdf
• ELGAALI E., GARCIA L.A., OJIMA D.S. 2007. High resolution modeling of the regional impacts of climate change on irrigation water demand. Climatic Change. Vol. 84 p. 441–461. DOI 10.1007/s10584-007-9278-8.
• GRZYWNA A., BOCHNIAK A., ZIERNICKA-WOJTASZEK A., KRUŻEL J., JÓŹWIAKOWSKI K., WAŁĘGA A., CIUPAK A., MAZUR A., OBROŚLAK R., SERAFIN A. 2020. The analysis of spatial variability of precipitation in Poland in the multiyears 1981–2010. Journal of Water and Land Development. No. 46 (VII–IX) p. 105–111. DOI 10.24425/jwld.2020.134202.
• GUS 2019. Rocznik statystyczny rolnictwa [Statistical Yearbook for Agriculture]. Warszawa. Główny Urząd Statystyczny. ISSN 2080-8798 pp. 102.
• HAMAMI L., NASSEREDDINE B. 2018. Towards a Smart Irrigation System based on Wireless Sensor Networks (WSNs). In: Proceedings of the 1st International Conference of Computer Science and Renewable Energies. Vol. 1 p. 433–442. DOI 10.5220/0009776004330442.
• IGiK undated. Satellite-based system for drought monitoring [online]. Warszawa. Instytut Geodezji i Kartografii. [Access 10.04.2020]. Available at: http://www.igik.edu.pl/en/drought-detection
• IPCC 2018. Global warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty [online]. [Masson-Delmotte V., Zhai P., Pörtner H.-O., Roberts D., Skea J., Shukla P.R., Pirani A., Moufouma-Okia W., Péan C., Pidcock R., Connors S., Matthews J.B.R., Chen Y., Zhou X., Gomis M.I., Lonnoy E., Maycock T., Tignor M., Waterfield T. (eds.)]. [Access 02.03.2021]. Available at: https://www.ipcc.ch/sr15/
• JRC MARS undated. Crop monitoring in Europe [online]. JRC MARS Bulletin. Joint Research Centre Monitoring Agricultural Resources. [Access 12.04.2020]. Available at: https://ec.europa.eu/jrc/en/mars/bulletins
• KACA E. 1999. Modelowanie nawodnień podsiąkowych [Modelling of sub-irrigation]. Biblioteczka Wiadomości IMUZ. Nr 93. Falenty. Wydaw. IMUZ. ISBN 83-85735-82-8 pp. 115.
• KACA E. (ed.) 2014. Uwarunkowania rozwoju melioracji wodnych w Polsce [Determinants of the reclamation development In Poland]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. Rozprawy naukowe i monografie. Nr 37. Falenty. Wydaw. ITP. ISBN 978-83-62416-84-4 pp. 195.
• KACA E., ŁABĘDZKI L., KASPERSKA-WOŁOWICZ W., KANECKA-GESZKE E., BĄK B. 2016. Wniosek o dofinansowanie projektu w ramach programu BIOSTRATEG [Application for finance of the project under the program BIOSTRATEG]. Institute of Technology and Life Sciences and Polish National Centre for Research and Development pp. 356. [unpublished].
• KACA E., ŁABĘDZKI L., WALTER T. 2001. Water management in the Wikrowo polder using a mathematical model and an advanced measuring system [Gospodarowanie wodą na polderze Wikrowo z wykorzystaniem modelu matematycznego i nowoczesnego systemu pomiarowego]. Przegląd Naukowy Wydziału Inżynierii i Kształtowania Środowiska. Nr 22 p. 69–79.
• KACA E., ŁABĘDZKI L. 1995. A water management system in rural areas. In: Scenario studies for the rural environment. Eds. J.F.Th. Schoute, P.A. Finke, F.R. Veeneklaas, H.P. Wolfert. Kluwer Academic Publishers p. 215–219.
• KACA E., OLESZCZUK R, KUBRAK J., ŁABĘDZKI, L., BĄK B., KASPERSKA-WOŁOWICZ W., KANECKA-GESZKE E., NAPIERAŁA M., ŻYROMSKI A., BINIAK-PIERÓG M. 2020. Monitoring i prognozy na potrzeby operacyjnego planowania. W: Operacyjne sterowanie procesem nawodnień podsiąkowych i odwodnień – komputerowy system wspomagania decyzji wraz z przykładami zastosowania [Monitoring and forecasting for operational planning methods. In: Operational control of subirrigation and drainage – computer decision support system with applications]. Ed. E. Kaca. Poznań. Bogucki Wydawnictwo Naukowe p. 137–156.
• KASPERSKA-WOŁOWICZ W., KANECKA-GESZKE E., ŁABĘDZKI L., BOLEWSKI T., BĄK B., HEINEN M., ..., DE CLERCQ W. 2019. Practical guidance for optimal irrigation strategies for farmers, farmer associations, local policy makers. Falenty – Bydgoszcz. Institute of Technology and Life Sciences – National Research Institute, Bydgoszcz Branch. [unpublished].
• KERKEZ B., GLASER S.D., BALES R.C., MEADOWS M.W. 2012. Design and performance of a wireless sensor network for catch-ment-scale snow and soil moisture measurements. Water Resources Research. Vol. 48(9) p. 1–18. DOI 10.1029/2011WR011214.
• KIRYLUK A. 2014. Urządzenia melioracyjne ich stan techniczny i rola w ekoinżynierii i ochronie środowiska obszarów rolniczych województwa podlaskiego [Meliorative devices and their role in the ecoengineering and environment protection areas agricultural Podlaskie Province]. Inżynieria Ekologiczna. Nr 40 p. 33–43. DOI 10.12912/2081139X.67.
• KOZACZYK P., PRZYBYŁA C., BYKOWSKI J., STACHOWSKI P. 2016. Ocena gospodarowania wodą na wybranych obszarach dolinowych Wielkopolski [Assessment of water management in the some valley areas of Wielkopolska]. Rocznik Ochrona Środowiska. T. 18 p. 530–542.
• KOVALENKO P., ROKOCHINSKIY A., JEZNACH J., KOPTYUK R., VOLK P., PRYKHODKO N., TYKHENKO R. 2019. Evaluation of climate change in Ukrainian part of Polissia region and ways of adaptation to it. Journal of Water and Land Development. No. 41 (IV–VI) p. 77–82. DOI 10.2478/jwld-2019-0030.
• LEDECZI A., MAROTI M., BAKAY A., KARSAI G., GARRETT J., THOMASON C., NORDSTROM G., SPRINKLE J. AND VOLGYESI P. 2001. The generic modeling environment [online]. In: Proceedings of WISP’2001. May, 2001 Budapest, Hungary. Vanderbilt University, Tenn., USA, Institute for Software Integrated Systems. [Access 05.01.2019]. Available at: http://www.cse.msu.edu/~chengb/CSE891/Techniques/GME/GMEReport.pdf
• LEŚNY J., JUSZCZAK R., RATAJKIEWICZ H., CHOJNICKI B., URBANIAK M., OLEJNIK J. 2007. Możliwości wspomagania podejmowania decyzji w rolnictwie z wykorzystaniem Wielkopolskiego Internetowego Serwisu Informacji Agrometeorologicznej [Possibilities of decision supporting in agriculture with the help of the Wielkopolska Region Internet Based Agrometeorological Information Service]. Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska. T. 16. Nr 3(37) p. 39–47.
• ŁABĘDZKI L., KACA E. 2017. Innowacje technologiczne oraz system monitoringu, prognozowania i operacyjnego planowania działań melioracyjnych dla precyzyjnego gospodarowania wodą w skali obiektu melioracyjnego. Projekt INOMEL w ramach programu BIOSTRATEG, konkurs III [Technological innovations and system of monitoring, forecasting and planning of irrigation and drainage for precise water management on the scale of drainage/irrigation system]. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie. Nr 4 p. 180–183.
• ŁABĘDZKI L. 2016. Agroklimatyczne uwarunkowania potrzeb melioracji nawadniających [Agroclimatic determinants of irrigation needs]. Inżynieria Ekologiczna. Nr 47 p. 199–204. DOI 10.12912/23920629/62872.
• ŁABĘDZKI L., BĄK B. 2014. Meteorological and agricultural drought indices used in drought monitoring in Poland: A review. Meteorology Hydrology Water Management. Vol. 2(2) p. 3–14. DOI 10.26491/mhwm/34265.
• ŁABĘDZKI L., BĄK B. 2015a. Indicator-based monitoring and forecasting water deficit and surplus in agriculture in Poland. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW. Land Reclamation. Vol. 47 (4) p. 354–369. DOI 10.1515/sggw-2015-0037.
• ŁABĘDZKI L., BĄK B. 2015b. Ocena uwilgotnienia gleb w siedliskach trwałych użytków zielonych w dolinie górnej Noteci na podstawie wskaźnika wilgotności gleby [Assessment of soil moisture on permanent grassland in upper Noteć Valley based on soil moisture index]. Inżynieria Ekologiczna. Nr 43 p. 153–159. DOI 10.12912/23920629/58917.
• ŁABĘDZKI L., BĄK B., KANECKA-GESZKE E., SMARZYŃSKA K., BOLEWSKI T. 2013. System monitorowania i prognozowania warunków wilgotnościowych ekosystemów rolniczych [Monitoring and forecasting systems of the moisture conditions in agricultural ecosystems]. Wiadomości Melioracyjne i Łąkarskie. Nr 4 p. 152–158.
• MAJEWSKI D., LIERMANN D., PROHL P., RITTER B., BUCHHOLD M., HANISCH T., PAUL G., WERGEN W. 2002. The Operational Global Icosa-hedral-Hexagonal Cridpoint Model GME: Description and high-resolution tests. Monthly Weather Review. Vol. 130 p. 319–338. DOI 10.1175/1520-0493(2002)130<0319:TOGIHG>2.0.CO;2.
• MASSEY E.E. 2012. Experience of the European Union in adaptation to climate change and its application to Ukraine. Office of the Coordinator of OSCE Economic and Environmental Activities pp. 36. Available at: https://www.osce.org/files/f/documents/7/1/93302.pdf
• MIODUSZEWSKI W., DEMBEK W. 2009. Woda na obszarach wiejskich [Water in rural areas]. Warszawa, Falenty. MRiRW, IMUZ. ISBN 978-61875-09-3 pp. 448.
• MIODUSZEWSKI W., SZYMCZAK T., KOWALEWSKI Z. 2011. Gospodarka wodna jako dyscyplina naukowa w służbie rolnictwa [Water management as a scientific discipline serving agriculture]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 11. Z. 1(33) p. 179–202.
• NIKOLIDAKIS S.A., KANDRIS D., V ERGADOS D.D., D OULIGERIS C. 2015. Energy efficient automated control of irrigation in agriculture by using wireless sensor networks. Computers and Electronics in Agriculture. Vol. 113 p. 154–163. DOI 10.1016/j.compag.2015.02.004.
• OJHA T., MISRA S., RAGHUWANSHI N.S. 2015. Wireless sensor networks for agriculture: The state-of-the-art in practice and future challenges. Computers and Electronics in Agriculture. Vol. 118 p. 66–84. [Access 10.11.2018]. DOI 10.1016/j.compag.2015.08.011.
• OLESZCZUK R., CHRZANOWSKI S., BRANDYK T., GNATOWSKI T., SZATYŁOWICZ J. 2009. Ocena funkcjonowania systemu odwadniająco-nawadniającego dla zrównoważonego łąkowego wykorzystania gleby torfowo-murszowej [An assessement of the drainage-subirrigation system for sustainable use of peat-moorsch soil]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 9. Z. 1(25) p. 77–86.
• OLESZCZUK R., CHRZANOWSKI S., GNATOWSKI T. 2013. Analiza stosunków powietrzno-wodnych gleby torfowo-murszowej w zasięgu działania systemu nawodnień podsiąkowych [The analysis of moisture regime in peat-muck soil profile within the range of sub-irrigation system]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 12. Z. 1(37) p. 93–104.
• OSTROWSKI J., ŁABĘDZKI L. 2016. Nadmiary wody opadowej a niedotlenienie gleb ornych Polski [Excess rainwater and hypoxia of arable soils in Poland]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. Rozprawy naukowe i monografie. Nr 43. Falenty. Wydaw. ITP. ISBN 978-83-65426-17-8 pp. 118.
• PFANNKUCH H.O., LABNO B.A. 1977. Design and Optimization of Ground Water Monitoring Networks for Pollutant Studies. Proceedings of The Third National Ground Water Quality Symposium. 15–17.09.1976 Las Vegas, Nevada. Environmental Protection p. 99–106 [Access 10.03.2020]. DOI 10.1111/j.1745-6584.1976.tb03139.x.
• STIGTER K., WALKER S., DAS H.P., HUDA S., DAWEI Z., JING L., ..., SUDAN K. 2010. Meeting farmers’ needs for agrometeorological services: an overview and case studies. [Second draft] [online]. [Access 12.05.2019]. Available at: http://www.researchgate.net/publication/228402080_Meeting_farmers'_needs_for_agrometeorological_services_An_overview_and_case_studies
• USGS 2019. Water data for the nation [online]. [Access 10.05.2019]. Available at: https://waterdata.usgs.gov/nwis
• WANG Q., BALASINGHAM I. 2010. Wireless sensor networks – An Introduction. In: Wireless sensor networks: Application –Centric design [online]. Ed. Yen Kheng Tan. Rijeka. IntechOpen. DOI 10.5772/13225.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).