Hidrológiai Közlöny 2008 (88. évfolyam)
4. szám - Gribovszki Zoltán–Kalicz Péter–Szilágyi József–Kucsara Mihály: Vízfolyás-menti területek evapotraszspirációjának becslése a talajvízszintek napi periódusú változása alapján
5 Vízfolyás-menti területek evapotranszspirációjának becslése a talajvízszintek napi periódusú változása alapján Gribovszki Zoltán 1' 2, Kalicz Péter 1, Szilágyi József 2, Kucsara Mihály 1 Nyugat-Magyarországi Egyetem, Geomatikai, Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Intézet, 9400. Sopron, Bajcsy Zs. u. 4., 2Budapesti Műszaki és Gazdaságtud. Egyetem, Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék, 1111. Budapest, Műegyetem rp. 3. Kivonat: A vízfolyás menti vegetáció hatása jelentős a vízfolyás menti zóna talajvízmérlegére és így a vízfolyások talajvíz utánpótlásból származó alap-vízhozamára is. Ez a hatás különösen kifejezett a kisvízgyüjtőkön, ahol mind a vízfolyás menti talajvízszintek, mind a vízfolyások alaphozama erős napi ciklusú hullámzást mutat a vegetációs periódusban. A vízfolyás menti zóna talajvízszint változásának vizsgálata alapján egy új módszert (a White-féle [Water Supply Paper 659-A, (1932) 1-105.] eljárás módosításával) dolgoztunk ki a vegetáció csapadékmentes időszakokban jellemző, elsősorban a talajvízből táplálkozó evapotranszspirációjának számítására. Az új eljárás két egymástól függetlenül használható változatát munkáltuk ki, egy empirikust és egy hidraulikust. A hidraulikus módszer egy egyszerűsített vízmérleg és a talajvíz-mozgás Darcy-féle megközelítése alapján számítja a talajvíz evapotranszpirációját, a talajvízszintek napi periódusú fluktuációját felhasználva. Az empirikus módszer nem igényli a Darcy-féle egyenlet használatát, így a szivárgási tényező ismeretét sem. Az új eljárást a Sopron melletti hidegvíz-völgyi kísérleti vízgyűjtő 2005. évi hidro-meteorológai adatain teszteltük. A módszerek által szolgáltatott talajvíz evapotranszspirációs értékeket (amelyek nagyon közel voltak a vizsgált felszín közeli talajvíztükrű területen a potenciális evapotranszspirációhoz) a Penman-Monteith-féle egyenlettel számolt adatokkal félórás időfelbontásban, a White-féle eljárás által szolgáltatott adatokkal pedig napi időfelbontásban hasonlítottuk össze. A hidraulikus módszerre készített érzékenységvizsgálat szerint a szivárgási tényezőnek (és az S y, fajlagos hozamnak) a pontos ismerete fontos a modell megfelelő működéséhez. Kulcsszavak: evapotranszspiráció, napi periódusú fluktuáció, vízfolyás-menti zóna. 1. Bevezetés A felszín-közeli talajvizü területek vegetációjának, főként, ha ez erdő, különösen nagy a hatása a a talajvíztér vízmérlegére. A talajvízzel szoros kapcsolatban lévő kisvízfolyások esetén ez a hatás az alap-vízhozamban is kimutatható. Ezeken a területeken általában értékes ökoszisztémák találhatók és vízkészlet-gazdálkodási jelentőségük is kiemelt, így evapotranszspirációjuk pontos meghatározása, mind természetvédelmi, mind vízkészletgazdálkodási szempontból fontos. Az összetettebb numerikus hidrodinamikai modellek is igénylik az evapotranszspiráció egzakt értékeinek megadását, hogy pontos regionális vagy lokális vízmérleget tudjanak számítani. Az előbbi okokból a sekély talajvíztérrel rendelkező területeken található vegetáció hatását a felszíni vízkészletekre, ill. azok talajvízből származó utánpótlódására intenzíven vizsgálták az elmúlt évtizedekben a világ majd minden részén (pl. Federer 1973, Goodrich et al. 2000, Gazai et al. 2006, Zsuffa 1997). Az evapotranszspiráció értékeinek pontos meghatározása még fontosabbá válik a klímaváltozás tendenciát értékelve, ha figyelembe vesszük, hogy a szemiariddá váló területeken, így hazánkban is a regionális vízmérlegben az ET tag éves szinten nem ritkán 90-95 %-ot tesz ki. Hazánkban a VITUKI Komlósi-telep nevű kísérleti állomásán folytattak intenzív vizsgálatokat az evapotranszspiráció talajvízre gyakorolt hatását tanulmányozva. A terepi kutatások kapcsán egy módszert is kifejlesztettek kútcsoportos mérésekre alapozva, amellyel 2-3 napos felbontással lehetett egy adott terület talaj víz-forgalmát, így adott időszakban az evapotranszspirációját is számítani (Major 1974). Egy másik kutatóhelyen, az Erdészeti Tudományos Intézetben, Járó és Sitkey (1995) különböző típusú erdőállományok hatását vizsgálták a talajvízszintekre. 1.1. A napi periódusú hullámzással kapcsolatos vizsgálatok Ahogy a hőmérséklet, a páratartalom, a légnyomás stb., úgy általuk befolyásolt talajvízjárás és a kisvízfolyások száraz-időszaki alap-vízhozama is napi hullámzást mutat. A vegetáció a klimatikus adottságok függvényeként, egyrészt a fenológiai állapot (kilombosodás, lombvesztés) éves változásával, másrészt az életműködés napi ritmikusságával hat a talajvízszintekre és a vízfolyások alapvízhozamára. A vegetációs időszak száraz periódusaiban egy erős napi fluktuáció tapasztalható (/. ábra) a felszín közeli talajvízszintekben és a kisvízfolyások talajvízből táplálkozó alap-vízhozamában. A fluktuáció oka legtöbbször a vízfolyás menti területek evapotranszspirációja. A jelenséggel foglalkozó korai vizsgálatok a talajvízben jelentkező fluktuációt sokszor más okokkal magyarázták. Ubell (1961) a hullámzás okát a felszín közeli talajtömb hőmérsékletében jelentkező napi periódusú változás indukálta, a pórusterében lejátszódó, evaporációs és kondenzációs folyamatok egymásra következésében látta. Később bebizonyosodott, hogy a periodikus hullámzást főként a talajfelszínen lejátszódó evapotranszspirációs folyamatok okozzák (Pörtge 1996). Ha a vízfolyás menti terület erdőállományokkal borított, akkor elsősorban azok transzspirációja a hullámzást indukáló hatás. Az evapotranszspiráció evaporációs része sűrű erdővegetációnál, a lombkorona leárnyékoló és párazáró hatása miatt, a csapadékmentes időszakokban elhanyagolható. A hullámzás jelenségének leírásával, okai vizsgálatával többen foglalkoztak, Troxell (1936), Croft (1948), T Schinkel (1963), Pörtge (1996), Lundquist és Cayan (2002), Loheide et al. (2005), Butler et. al. (2007), Boronina et al., (2005), Shah et. al. (2007). Az észlelt hullámzás alapján azonban már kevesebb irodalom dolgoz ki módszereket, a patak alapvízhozama, a talajvízjárás, vagy a talajnedvesség napi ciklusú változása alapján az evapotranszspiráció számítására (White, 1932; Reigner (1966), Bond et al., 2002; Bauer et al., (2004), Nachabe et al. (2005)), ill. a szignál analitikus leírására (Czikowsky, 2003; Czikowsky és Fiztjarrald, 2004). 1.2. A napi ritmusú szignál jellemzői Az 1. ábra egy kisvízfolyás alapvízhozamának és a vízfolyásmenti talajvízszinteknek az evapotranszspiráció hatására jelentkező, jellegzetes napi menetét mutatja. A maximális érték a reggeli órákban kb. 6 és 8 óra között, a
