Analiza porównawcza dokładności wybranych modeli przepływu wody w glebie na podstawie oceny wilgotności uzyskanej w badaniach terenowych

• Autorzy: Biniak-Pieróg M. , Machowczyk A. , Szulczewski W. , Żyromski A.

Warianty tytułu

EN

Comparative analysis of the accuracy of chosen models of water flow in soil based on soil moisture measured in the field

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zasoby wody w glebie w istotny sposób wpływają na plonowanie roślin. Do oceny wzajemnego oddziaływania warunków termicznych i opadowych często stosuje się modelowanie matematyczne. Biorąc to pod uwagę, w celu oceny wzajemnych relacji między podstawowymi procesami, takimi jak: opad atmosferyczny, parowanie terenowe i poziom wód gruntowych, decydujących o rozkładzie wilgotności w profilu glebowym w krótkim czasie, jakim jest np. doba, przeprowadzono analizę porównawczą poprawności stosowania różnych metod modelowania matematycznego. W tym celu wykonano aproksymacje parametrów i symulacje przepływu na podstawie pomiarów uwilgotnienia gleby na sześciu głębokościach, pomiarów opadów atmosferycznych oraz stanów wód gruntowych na terenie Obserwatorium Agro- i Hydrometeorologicznego Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu z okresu od 1 lipca do 30 września 2006 r. Rozpatrywano cztery modele przepływu wody w ośrodku porowatym. Pierwsze dwa opracowano, stosując uogólnione równanie Richardsa, natomiast dwa pozostałe na podstawie równania dyfuzji (Fokkera-Plancka). Kształt parametrów funkcyjnych, charakteryzujących przepływ wody w ośrodku porowatym, przyjęto w pierwszej symulacji w postaci pięcioparametrowej rodziny funkcji, zaproponowanej przez van Genuchtena, a opracowanej na podstawie teorii Mualema. W drugiej i trzeciej symulacji kształt funkcji pF oraz funkcji przewodności hydraulicznej został opracowany na zasadzie 10 bazowych punktów, które determinują kształt tych krzywych.

EN

Soil water reserves, temperature and rainfalls significantly affect plant crops. Mathematical models are used to assess interaction of these factors. To assess the interrelationships between processes (precipitation, field evaporation and the groundwater level) that are decisive for short-term (daily) soil moisture, comparative analysis was made of the correctness of various methods of mathematical modelling. For this purpose, approximation of parameters and simulations were carried out based on measurements from 1 July to 30 September 2006 of soil moisture at six depths, precipitation and groundwater levels, measured in the Agro- and Hydrometeorological Observatory of the Wroclaw University of Environmental and Life Sciences. Four models of water flow in the porous media were examined. Two of them were described with generalized Richards's equation; two other were based on diffusion equation (Fokker-Planck). The shape of functional parameters characterising water flow in the porous media was assumed in the first simulation in the form of five-parameter function by Van Genuchten, worked out on the basis of the Mualem's theory. In the second and third simulation the shape of the pF and hydraulic conductivity function was elaborated on the principle of 10 base points that determine shapes of these curves.

Słowa kluczowe

PL

model matematyczny; równanie Fokkera-Plancka; równanie Richardsa; wilgotność gleby

EN

Fokker-Planck's equation; mathematical model; Richards' equation; soil moisture

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie
• Rocznik: 2008
• Tom: T. 8, z. 1
• Strony: 29--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., wykr.

Twórcy

autor

Biniak-Pieróg M.

autor

Machowczyk A.

autor

Szulczewski W.

autor

Żyromski A.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Kształtowania i Ochrony Srodowiska, pl. Grunwaldzki 24, 50-363 Wrocław; tel. + 48 (71) 320-19-48,

Bibliografia

• BARON B., PASIERBEK A., MACIĄŻEK M., 2006. Algorytmy numeryczne w Delphi. Gliwice: Helion ss. 544.
• HUNT A.G., 2004. Comparing van Genuchten and percolation theoretical formulations of the hydraulic properties of unsaturated media. Vadose Zone J. 3 s. 1483-1488.
• JAIN S.K., SINGH V.P., VAN GENUCHTEN M.Th., 2004. Analysis of soil water retention data using artificial neural networks. J. Hydrol. Engrg. 9(5) s. 415-420.
• KOWALIK P., 2001. Ochrona środowiska glebowego. Warszawa: Wydaw. Nauk. PWN ss. 156.
• KOWALIK P., 2007. Zarys fizyki gruntów. Gdańsk: Wydaw. PGdań. ss. 127.
• MAZIJ S., KOWALSKI J., WOŹNY F., SZPIKOWSKI A., KRĘŻEL J., 1965. Ekspertyza hydrogeologiczna i gleboznawcza pól ustalonych na Swojcu k. Wrocławia - Warunki hydrogeologiczne i glebowo-wodne pól ustalonych Instytutu Gospodarki Wodnej - położonych na terenie RZD, w Swojcu k. Wrocławia. Wrocław: AR Inst. Kształt. Ochr. Środ. maszyn. ss. 112.
• NEUWEILER I., CIRPKA O.A., 2005. Homogenization of Richards’s equation in permeability fields with different connectivities. Water Resour. Res. vol. 41 s. 1-14.
• SZULCZEWSKI W., 1986. Sterowanie stopniem wilgotności gleby w obszarze ukorzenienia roślin (w oparciu o równanie dyfuzji). Zesz. Nauk. AR Wroc. Melior. 30 nr 174 s. 109-127.
• SZULCZEWSKI W., 1990. Modelowanie zmian uwilgotnienia gleby w strefie niepełnego nasycenia. Zesz. Nauk. AR Wroc. Melior. 36 nr 192 s. 87-98.
• SZULCZEWSKI W., 2003. Modelowanie migracji zanieczyszczeń w nienasyconych gruntach i glebach. Zesz. Nauk. AR Wroc. nr 466 ss. 112.
• VAN GENUCHTEN M.Th., 1980. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturat soils. Soil Sci. Am. J. vol. 44 s. 892-898.
• VAN GENUCHTEN M.Th., SCHAAP M.G., 2006. A modified Mualem-van Genuchten formulation for improved description. Vadose Zone J. 5 s. 27-34.
• WOSTEN J.H.M., VAN GENUCHTEN M.Th., 1988. Using texture and other soil properties to predict the unsaturated soil hydraulic function. Soil. Sci. Am. J. vol. 52 s. 1762-1770.
• ZARADNY H., 1990. Matematyczne metody opisu i rozwiązań przepływu wody w nienasyconych i nasyconych gruntach i glebach. Pr. Inst. Bud. Wod. PAN nr 23 ss. 367.