Application of SWAT model to small agricultural catchment in Poland

• Autorzy: Brzozowski J. , Miatkowski Z. , Śliwiński D. , Smarzyńska K. , Śmietanka M.

Warianty tytułu

PL

Aplikacja modelu SWAT na terenie małej zlewni rolniczej w Polsce

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Poland is obliged, like the other EU countries, to implement the Water Framework Directive - WFD (2000/60/WE) by the end of 2015. The main objective of WFD is to provide normative quality of all water resources. To reach this goal reduction of water polluter emission to the environment is needed. Our project focuses on pollution from agricultural sources which share in global pollution is high and growing still. As a pilot area, where the WFD is going to be implemented, small agricultural Zgłowiączka catchment was chosen. The state monitoring of surface water quality for the catchment is conducted in three points along the Zgłowiaczka River. In each of these three points, nitrates concentration periodically significantly exceeds the allowable value of 50 mg NO₃·dm^-3. The highest average monthly values of nitrates concentration in years 1990-2007 occur in February, March and April, which indicates on agriculture as a source of pollution. The Zgłowiaczka catchment is an area where reduction of nitrogen run-off from agricultural lands to water resources is especially needed. The main topic of the research carried out in the Polish-Norwegian project is to propose different means for reduction of migration of nitrate to surface water based on modeling approach. In the paper a conception of creating buffer zones using SWAT model is presented. We considered fitting the buffer zone width, depending on the flow rate of water flowing from the fields to the stream. Using SWAT model interface a map of potential flow under the conditions of the intensive precipitation was generated. The next step was distribution over the whole Zgłowiączka catchment, places with high density of the temporal streams network. It was done using GRASS program. The map of stream "density" was done by assigning the raster number which is the sum of raster in the neighbourhood (radius of neighbourhood smaller or equal 25 raster). The choice of the most endangered subbasins was done on base of visual evaluation of the surface flow density map. It is visible in the results that filter strips on endangered areas are far more effective and therefore more required. If the width of the vegetated buffer strips is not sufficient, it will not attain the desired effectiveness. Conversely, if the width is too great, it will cause agricultural land waste, preventing farmers' interest in cooperating with environmental preservation efforts. For the above reasons, it is important to set a reasonable width range. According to the results we are suggesting wider buffer zones in endangered subbasins and narrow in other subbasins.

PL

Polska, podobnie jak pozostałe kraje członkowskie Unii Europejskiej, jest zobowiązana do wdrożenia Ramowej Dyrektywy Wodnej - RDW (2000/60/WE) do końca 2015 r. Głównym celem RDW jest osiągnięcie dobrego stanu ekologicznego wszystkich wód. Niezbędne jest więc ograniczenie emisji zanieczyszczeń zarówno do wód powierzchniowych jak i gruntowych. W polsko-norweskim projekcie pt. "Pilotażowe wdrożenie Ramowej Dyrektywy Wodnej i stworzenie narzędzia do zarządzania zlewnią" skupiono się na zanieczyszczeniach pochodzących ze źródeł rolniczych, których udział w ogólnym ładunku zanieczyszczeń jest bardzo znaczący i stale rośnie. W ramach projektu do wdrożenia RDW wybrano typowo rolniczą zlewnię górnej Zgłowiączki, zlokalizowaną na obszarze Kujaw. Na terenie zlewni od 1990 r. prowadzony jest państwowy monitoring jakości wód powierzchniowych przy ujściu cieku do Jeziora Głuszyńskiego, a od 2000 r. w dwóch monitoring uzupełniono o dwa dodatkowe punkty pomiarowo-kontrolne na długości cieku. W każdym z tych punktów stężenie azotanów okresowo kilkakrotnie przekraczało dopuszczalną wartość 50 mg·dm^-3. Największe miesięczne wartości stężenia w latach 1990-2007 notowano w lutym, marcu i kwietniu, co wskazuje na pochodzenie zanieczyszczeń z rozproszonych źródeł rolniczych. W związku z tym obszar zlewni górnej Zgłowiączki to teren, na którym ograniczenie rozpraszania azotanów z rolnictwa do środowiska jest szczególnie potrzebne. Głównym celem projektu jest zaproponowanie działań prowadzących do ograniczenia rozpraszania azotanów do wód i przeanalizowanie ich skuteczności z wykorzystaniem modelowania. Do tego celu zastosowano hydrologiczny model SWAT, stworzony w celu przewidywania wpływu użytkowania terenu zlewni na jakość wód w długim czasie. W artykule przedstawiono koncepcję wykorzystania modelu SWAT do optymalnego określenia rozmieszczenia i szerokości stref buforowych na obszarze zlewni jako jednej z metod, prowadzących do ograniczenia procesu rozpraszania azotanów do wód.

Słowa kluczowe

EN

agriculture; nitrate; diffuse pollution; SWAT; buffer strips

PL

azotany; rolnictwo; strefy buforowe; SWAT; zanieczyszczenia rozproszone

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2011
• Tom: no. 15
• Strony: 157--166
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Brzozowski J.

autor

Miatkowski Z.

autor

Śliwiński D.

autor

Smarzyńska K.

autor

Śmietanka M.

• Institute for Technology and Life Sciences, Research Division in Warsaw, ul. Rakowiecka 32, 02- 532 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• 1. BÄRLUND I., KIRKKALA T., MALVE O., KÄMÄRI J., 2007. Assessing SWAT model performance in the evaluation of management actions for the implementation of the Water Framework Directive In a Finnish catchment. Environmental Modelling & Software, 22, 5: 719-724.
• 2. BOURAOUI F., BENABDALLAH S., JRAD A., BIDOGLIO G., 2005. Application of the SWAT model on the Medjerda river basin (Tunisia). Physics and Chemistry of Earth, 30: 497-507.
• 3. CONAN C., BOURAOUI F., TURPIN N., DE MARSILY G., BIDOGLIO G., 2003. Modeling flow and nitrate fate at catchment scale in Brittany (France). Journal of Environmental Quality, 32, 6: 2026-2032.
• 4. Council Directive 91/676/EEC of 12 December 1991 concerning the protection of waters against pollution caused by nitrates from agricultural sources.
• 5. DROLC A., KONCAN J.Z., 2008. Diffuse sources of nitrogen compounds in the Sava river basin, Slovenia. Desalination, 226, 1-3: 256-261.
• 6. DWORAK T., GONZALEZ C., LAASER C., INTERWIES E., 2005. The need for new monitoring tools to implement the WFD. Environmental Science and Policy, 8, 3: 301-306.
• 7. European Parliament and the Council, 2000. Directive of the European Parliament and of the Council Concerning Establishing a Framework for Community Action in the Field of Water Policy (2000/60/EC), October 23, 2000.
• 8. FENG G., GE Y., 2008. Numerical simulations of nutrient transport changes in Honghu Lake Basin, Jianghan Plain. Chinese Science Bulletin, 53, 15: 2353-3363.
• 9. GRIZZETTI, B., BOURAOUI F., GRANLUND K., REKOLAINEN S., BIDOGLIO G., 2003. Modelling diffuse emission and retention of nutrients in the Vantaanjoki watershed (Finland) using the SWAT model. Ecological Modelling, 169, 1: 25-38.
• 10. KYLLMAR K., LARSSON M.H., JOHNSSON H., 2005. Simulation of N leaching from a small agricultural catchment with the field scale model SOILNBD. Agriculture, Ecosystems and Environment, 107, 1: 37-49.
• 11. LIN C.Y., CHOU W.C., LIN W.C., 2002. Modeling the width and placement of riparian vegetated buffer strips: a case study on the Chi-Jia-Wang Stream. Journal of Environmental Managements, 66: 269-280.
• 12. LIN Y., LIN C.Y., CHOUD W.C., LIN W. T., TSAI J.S., WU C.F., 2004. Modeling of riparian vegetated buffer strip width and placement: A case study in Shei Pa National Park. Ecological Engineering, 23: 327-339.
• 13. MIATKOWSKI Z., LEWIŃSKI S., KOWALIK W., SOŁTYSIK A., TURBIAK J., 2006. Przydatność zdjęć satelitarnych Landsat TM do identyfikacji intensywnie odwodnionych siedlisk hydrogenicznych w rejonie KWB Bełchatów. (Applicability of Landsat TM Satellite images to identification of intensively drained hydrogenics sites in the region of the brown coal mine Belchatów). Woda Środowisko Obszary Wiejskie. Rozprawy naukowe i monografie, 16: 1-80.
• 14. MULETA M.K., NICKLOW J.W., 2005. Sensitivity and uncertainty analysis coupled with automatic calibration for a distributed watershed model. Journal of Hydrology, 306, 1-4: 127-145.
• 15. NEITSCH S.L., ARNOLD J.G., KINIRY J.R., WILLIAMS J.R., KING K.W., 2002. Soil and Water Assesment Tool Theoretical Documentation. Texas, Water Resources Institute, College Station, Texas.
• 16. SHEPERD B., HARPER D., MILLINGTON A., 1999. Modelling catchment-scale nutrient transport to watercourses in the UK. Hydrobilogia 395/396: 227-237.
• 17. WOLF J., RÖTTER R., OENEMA O., 2005. Nutrient emission models in environmental policy evaluation at different scales - experience from the Netherlands. Agriculture, Ecosystems and Environment, 105: 291-306.
• 18. ZŁONKIEWICZ M., ŁABĘDZKI L., GRUSZKA J., 2007. Program nawodnień rolniczych w województwie kujawsko-pomorskim. (Agricultural irrigation program in kujawsko-pomorskie voivodship). Bydgoszcz, Gospodarstwo Pomocnicze przy K-PZMiUW.