BazTech - Yadda

1

Moisture content of peat-moorsh soils with special attention to periods of drought

Oleszczuk Ryszard, Jadczyszyn Jan, Urbański Janusz, Zając Ewelina, Brandyk Andrzej, Niedźwiecki Jacek

Journal of Water and Land Development

|

2023

|

no. 59

234--247

EN

The paper presents the course of variability of the moisture content of the top layers in shallow (45 cm) and medium-deep (90 cm) peat-moorsh soil profiles in the years 2015-2019 against the background of the same meteorological conditions and a similar level of the groundwater table. The relative precipitation index (RPI) classifies the years 2015 and 2016 as dry, 2017 as wet, and 2018 and 2019 as average. For periods of atmospheric droughts, the average daily climatic water balance (CWB) ranged from -5.30 to -1.35 mm∙d-1. The water table did not fall below 90 cm b.g.l. during the entire study period, and the range of its fluctuations was 8 cm greater in the shallow than in the medium-deep profile. The range of moisture at different depths varied significantly and ranged from approx. 6% in periods of drought to about 80% in wet periods. Soil moisture throughout the measurement period was above the plant available water range (pF > 4.2). The occurrence of soil drought in the shallow peat-moorsh soil profile had a range of up to 40 cm, and in the medium-deep profile of up to 30 cm. The sequence of no-precipitation days and the maximum amount of daily evapotranspiration during them determine the possible timing of drought; however, it is the precipitation distribution in individual months, considered in the current CWB values, that ultimately determine the formation of soil water resources at the research site.

2

Estimation of bare soil moisture from remote sensing indices in the 0.4-2.5 mm spectral range

Kubiak Katarzyna, Stypułkowska Justyna, Szymański Jakub, Spiralski Marcin

Transactions on Aerospace Research

|

2021

|

Nr 2 (263)

1--11

EN

Soil moisture content (SMC) is an important element of the environment, influencing water availability for plants and atmospheric parameters, and its monitoring is important for predicting floods or droughts and for weather and climate modeling. Optical methods for measuring soil moisture use spectral reflection analysis in the 350-2500 nm range. Remote sensing is considered to be an effective tool for monitoring soil parameters over large areas and to be more cost effective than in situ measurements. The aim of this study was to assess the SMC of bare soil on the basis of hyperspectral data from the ASD FieldSpec 4 Hi-Res field spectrometer by determining remote sensing indices and visualization based on multispectral data obtained from UAVs. Remote sensing measurements were validated on the basis of field humidity measurements with the HH2 Moisture Meter and ML3 ThetaProbe Soil Moisture Sensor. A strong correlation between terrestrial and remote sensing data was observed for 7 out of 11 selected indexes and the determination coefficient R2 values ranged from 67%-87%. The best results were obtained for the NINSON index, with determination coefficient values of 87%, NSMI index (83.5%) and NINSOL (81.7%). We conclude that both hyperspectral and multispectral remote sensing data of bare soil moisture are valuable, providing good temporal and spatial resolution of soil moisture distribution in local areas, which is important for monitoring and forecasting local changes in climate.

PL

Zawartość wody w glebie (SMC) jest ważnym elementem środowiska wpływającym na dostępność wody dla roślin, parametry atmosferyczne, a jej monitorowanie jest istotne w prognostyce powodzi lub susz a także modelowaniu pogody i klimatu. Optyczne metody pomiaru wilgotności gleby wykorzystują analizę odbicia spektralnego w zakresie od 350 do 2500 nm. Uważa się, że teledetekcja jest skutecznym narzędziem monitorowania parametrów gleby na dużych obszarach i jest bardziej opłacalna w porównaniu z pomiarami in situ. Celem pracy jest ocena SMC gleby niepokrytej/skąpo pokrytej roślinnością na podstawie danych hiperspektralnych ze spektrometru polowego ASD FieldSpec 4 Hi-Res poprzez wyznaczenie wskaźników teledetekcji i wizualizacji na podstawie danych wielospektralnych uzyskanych z UAV. Pomiary teledetekcyjne zostały zweryfikowane na podstawie pomiarów wilgotności w terenie za pomocą miernika wilgotności HH2 z sondą Thete Probe ML3. Silną korelację między danymi naziemnymi i teledetekcyjnymi zaobserwowano dla 7 z 11 wybranych wskaźników, a wartości współczynników determinacji R2 wahały się w granicach 67%-87%. Najlepsze wyniki uzyskano dla indeksu NINSON o wartościach współczynników determinacji 87% a także dla indeksu NSMI 83,5% i NINSOL 81,7%. Dane z teledetekcji hiper- i multispektralnej dotyczące wilgotności niepokrytej/skąpo pokrytej roślinnością gleby mają wielką wartość, ponieważ zapewniają dobrą czasową i przestrzenną rozdzielczość rozkładu wilgotności gleby na obszarach lokalnych co jest istotne dla monitoringu i prognozowania lokalnych zmian klimatu.

3

Data-driven discharge analysis: a case study for the Wernersbach catchment, Germany

Popat Eklavyya, Kuleshov Alexey, Kronenberg Rico, Bernhofer Christian

Meteorology Hydrology and Water Management. Research and Operational Applications

|

2020

|

Vol. 8, Iss. 1

54--62

EN

This study focuses on precipitationdischarge data-driven models, with regression analysis between the weighted maximum rainfall and maximum discharge of flood events. It is also the first of its kind investigation for the Wernersbach catchment, which incorporates data-driven models in order to evaluate the suitability of the model in simulating the discharge from the catchment and provide good insights for future studies. The input parameters are hydrological and climate data collected from 2001 to 2009, including precipitation, rainfall-runoff and soil moisture. The statistical regression and artificial neural network models used are based on a data-driven multiple linear regression technique, and the same input parameters are applied for validation and calibration. The artificial neural network model has one hidden layer with a sigmoidal activation function and uses a linear activation function in the output layer. The artificial neural network is observed to model 0.7% and 0.5% of values, with and without extreme values respectively. With less than 1% error, the artificial neural network is observed to predict extreme events better compared to the conventional statistical regression model and is also better suited to the tasks of rainfall-runoff and flood forecasting. It is presumed that in the future this study’s conclusions would form the basis for more complex and detailed studies for the same catchment area.

4

Temporal stability of soil apparent electrical conductivity (ECa) in managed podzols

Badewa Emmanuel, Unc Adrian, Cheema Mumtaz, Galagedara Lakshman

Acta Geophysica

|

2019

|

Vol. 67, no. 4

1107--1118

EN

The spatial variability in soil physical and hydraulic properties for a managed podzol was assessed using soil apparent electrical conductivity (ECa). Two EMI sensors, the multi-coil (MC) and multi-frequency (MF), were adopted for measurement of ECa on a silage- corn experimental plot in western Newfoundland, Canada. Results demonstrated a significant relationship between the ECa mean relative differences (MRD) and the soil moisture content MRD (R2=0.33 to 0.70) for both MC and MF sensors. The difference in depth sensitivity between MC and MF sensors accounted for the variation (0.015 to 0.09) in ECa standard deviation of the relative differences. A significant linear relationship was found between the ECa MRD and sand (R2=0.35 and 0.53) or silt (R2=0.43), but not with clay (R2=0.06 and 0.16). The spatial variability of the ECa-based predictions (CV=3.26 to 27.61) of soil properties was lower than the measured values (CV=5.56 to 41.77). These results inferred that the temporal stability of ECa might be a suitable proxy to understand the spatial variability of soil physical and hydraulic properties in agricultural podzols.

5

Assessment of the possibility of applying selected pedotransfer functions for indicating the retention of forest soils in Poland

Hewelke P., Hewelke E., Chołast S., Żakowicz S., Lesak M.

Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska

|

2017

|

Vol. 26, No. 3

336--345

EN

Landscape retention influences the water balance of a catchment and the course of flooding events. The degree of retention capabilities of forest soils are much less known than the retention of land used for agriculture. Soil retention capacity influences the formation of a given forest habitat type, floristic species composition, as well as the type and quality of the stand of trees. The analysis was carried out for a regression model dedicated to selected forest soils within the area of Poland, as well as van Genuchten’s and Wösten’s, and Varallyay’s and Mironienko’s models. In order to assess the fit of the models, an independent series of forest soils were used. The models prepared for soils used for agricultural purposes do not result in statistically acceptable fit when it comes to the analyzed forest soils. The analysis of measured and calculated values of total available water indicate good fit of the regression model developed for the analyzed group of podzolic and brown forest soils.

PL

Retencja gleb leśnych w znacznym stopniu decyduje o bilansie wodnym zlewni i przebiegu zjawisk hydrologicznych, wpływa na kształtowanie się określonego typu siedliska lasu, skład florystyczny i jakość drzewostanu. Zdolności retencyjne gleb leśnych są znacznie mniej rozpoznane niż retencja gleb użytkowanych rolniczo. Retencja może być wyznaczona zarówno metodą bezpośrednią, jak i pośrednio za pomocą tzw. funkcji pedotransfer opisującej jej związek z określonymi właściwościami fizycznymi gleby. Analizę prowadzono dla modelu regresyjnego opracowanego dla wybranych gleb leśnych z obszaru Polski oraz dla modeli van Genuchtena i Wöstena oraz Varallyaya i Mironienki. Do oceny dopasowania modeli zastosowano niezależną serię gleb leśnych. Analiza pomierzonych i obliczonych wartości potencjalnej retencji użytecznej wskazuje na dobre dopasowanie modelu regresyjnego opracowanego dla badanej grupy gleb leśnych bielicowych i brunatnych. Modele opracowane dla gleb użytkowanych rolniczo nie dają akceptowalnego statystycznie dopasowania dla analizowanych gleb leśnych. Przeprowadzone badania potwierdzają lokalny charakter funkcji pedotransfer.

6

Terenowe badania optycznego czujnika do dynamicznych pomiarów wilgotności gleby

Piechnik L.

Inżynieria Rolnicza

|

2005

|

R. 9, nr 4

85--92

PL

Sonda z czujnikiem podczerwieni przeznaczona jest do dynamicznych pomiarów wilgotności gleby w warstwie uprawnej. Umożliwia ona dokonywanie pomiarów gdy czujnik znajduje się w ruchu. Kierunek ruchu czujnika jest poziomy. Badany czujnik działa w oparciu o metodę spektoskopii odbiciowej. Badany element sondy ma kształt stożka. Badania terenowe wykonano na glebie lekkiej – piasek gliniasty lekki. Pomiary wykonano na glebie o różnej wilgotności na trzech różnych głębokościach przy jednakowej prędkości jazdy.

EN

A probe with an infrared sensor was constructed to perform dynamical soil moisture measurements in the topsoil of arable land. It enables to make measurements of soil when the sensor is in motion. The direction of the sensor motion is horizontal. The examined probe works on the basis of near infrared reflectance spectroscopy. The tested element of the probe has the shape of a cone. The field measurements were performed on light soil - light loam sand. Soil of different moisture characteristics was tested at constant motion speed, at 3 various depths.