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

8 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2008. 88. ÉVF. 4. SZ. 1.5. A telített és telítetlen zóna kapcsolata A White módszer, bár csak a telített zóna vízforgalmának vizsgálatára készült, mégis figyelembe veszi valamelyest a telítetlen zónából való vízfelvételt is (minél közelebb van a telített zóna a talajfelszínhez annál inkább). A jelenség magyarázata, hogy a kapilláris zónán keresztül a növényzet kapcsolatban van a talajvízszinttel és így a telítetlen zónából való vízfelvétel megjelenik a talajvízszint csökkenésben. A White-féle becslés (így a következőkben ismertetendő saját fejlesztésű becslés is) tehát a következő mechanizmusokon keresztüli vízfelvételt tudja figyelembe venni: 1, közvetlen vízfelvétel a talajvízből (a talajvízszint alól); 2, közvetlen vízfelvétel a talajvízzel összeköttetésben lévő kapilláris zónából; 3, a talajvízszint csökkenésével az egyébként a telített zóna felé leürülő talajnedvesség egy részének felhasználása (ennyivel csökken a talajvíz felé leürülő vízmennyiség vagyis az S

y); 4, közvetett vízkivétel a telített zónából azáltal, hogy a kapilláris zóna fölött kevéssel elhelyezkedő gyökérzet szívóhatása még képes egy felfelé irányuló vízmozgást indukálni. A kapilláris zóna fölött nagyobb távolságra elhelyezkedő gyökérzet szívóhatása már nem érvényesül a talajvízre. Shah et al. (2007) numerikus modellvizsgálatokat végeztek, HYDRUS modellel (Simunek et al. 1998), felszín közeli talajvízvizü területeken, a teljes ET értékének megoszlását elemezve a telítetlen és a telített zóna között, különböző talajvízszint mélységeknél, eltérő talajtípusoknál és vegetációborításnál. Elemzéseik során úgy találták, hogy a felszíntől fél méteren belül elhelyezkedő talaj víztükör esetében általában az összes ET a talajvízből származik, az ilyen szituációkban a telített és telítetlen zónák között fennálló igen szoros hidraulikai kapcsolat miatt. Kimutatták, hogy a talajvíztér és a telítetlen zóna talajnedvesség dinamikájának észrevehető szétválása (igazából a szétválás teljesen soha nem történik meg) a talajtípustól függően 0,3 és 1,5 m között kezdődik a mély gyökérzettel rendelkező (erdő) vegetációborítás esetében. 2. Az új metódus ismertetése 2.1. Elméleti megfontolások Bár a White-féle módszer a fenti S

y-ra vonatkozó korrekció figyelembevételével már az eredeti változatnál jobb becslést ad, de a talajvízutánpótlódás napon belüli változásának elhanyagolása miatt még jelentős hibát tartalmaz. A talajvíz-utánpótlódás értéke a nap folyamán a következőképpen változik (2. és 4. ábra): A talajvíz napi fluktuációja során késő éjszaka és kora hajnalban, amikor a transzspiráció gyakorlatilag nulla, a vízfolyás menti zónában a készletek visszatöltődése zajlik. Ekkor a legkisebb a különbség a lezajló folyamatokban a vegetáció nyugalmi időszakához képest. A reggeli órákban, amikor a talajvízszint a vízfolyásmenti zónában a legmagasabb, a háttér vízszint (a növényzet transzspirációs hatásától független vízszint) és a vízfolyásmenti zóna vízszintje között a potenciálkülönbség a legkisebb a nap során (itt ekkor a legkisebb a hidraulikus gradiens), így a háttérből érkező utánpótlódás ebben az időszakban lesz a legkisebb. Ugyanekkor párhuzamosan a patak felé távozó vízmennyiség ekkor a legnagyobb, hiszen a hidraulikus gradiens a vízfolyás menti zóna talajvízszintje és a vízfolyás vízszintje között ekkor a maximális. A nettó utánpótlódás tehát, ami a háttérből érkező és a patak felé távozó talaj vízhozam különbsége, ekkor a legkisebb. A párologtatás növekedésével, a növényzet erősen megcsapolja a talaj vízkészletet és egy depressziót hoz létre a vízfolyás menti zónában. Ahogy a talajvízszint csökken, a háttér vízszint és a vízfolyás menti aktuális vízszint közötti eltérés egyre nő (nő a hidraulikus gradiens). A vízfolyás menti zóna és a patak vízszintjei közötti eltérés pedig ugyanebben az időszakban csökken (csökken a hidraulikus gradiens). A különbség növekedésével növekszik a háttér talajvíz utánpótlódás, és a legalacsonyabb vízfolyás menti talajvízszint elérésénél, vagyis délután éri el maximális értékét. Ugyanekkor a vízfolyás menti zóna és a patak vízszintjei közötti eltérés, tehát a patak felé távozó talajvízhozam, ekkor éri el minimumát. A nettó utánpótlódás, tehát ekkor a legnagyobb. Ezek alapján nyilvánvaló, hogy az utánpótlódás ( r ) nem egy konstans érték, hanem egy változó, amelynek értéke a háttér vízszint, a vízfolyásmenti zóna és a patak vízszintjének viszonyából a Darcy-féle összefüggés szerint számítható. Az utánpótlódás nem konstans értékének figyelembe vétele, annál nyilvánvalóbb, ill. fontosabb a pontos becslés szempontjából, minél nagyobb a napi fluktuáció amplitúdója, tehát minél nagyobb az ET. A háttér vízszint (a növényzet hatásától függetlennek véve) a csapadékmentes időszakokban egy lassú, fokozatos csökkenéssel jellemezhető. A háttér vízszint függetlensége a növényzettől a vízfolyás-menti zóna szélétől való erős terepemelkedés miatt legtöbbször rövid távolságon belül feltételezhető (lásd. a 2. ábrát, amely egy valós keresztszelvényt mutat a későbbiekben ismertetendő vizsgálati területről). Loheide et al. 2005-ben numerikus modell vizsgálatokat végeztek a White-féle módszer érvényességével kapcsolatban. A modell vizsgálatok során az egyik kérdés az egész vízfolyás menti zónát reprezentáló kút megfelelő elhelyezése volt. Úgy találták, hogy a vízfolyás menti zóna középső részén (a középső 4/5-ében) a kút bárhol elhelyezhető, de a zóna szegélyének közelében (1/5 vagy az általuk vizsgálati elrendezés szerinti esetben 7-8 m távolságra a szegélytől) már kezd érvényesülni a napi hullám amplitúdójának gyengülése és rövid távolságon belül, a szegélytől kifelé, teljesen meg is szűnik a hullámzás. Bauer et al. (2004) egy az Okavangó-folyó deltavidékén folytatott kísérlethez kapcsolódóan a talajvízben jelentkező napi ritmusú változás szegélyhatástól függő befolyásolásának analitikus leírását is megadták. Bauer et al. (2004) analitikus megoldását felhasználva, a mi kísérleti elrendezésünk geometriája és talajfizikai jellemzőinek esetében a befolyásolás a szegélytől (ahol kötött peremeket feltételezünk) maximum 2-3 m-es távolságra érvényesül. A Butler et al. (2007) által végzett terepi vizsgálatok adatai szerint (az USA Kansas és California államaiban, vízfolyás menti környezetben) a mért talajvíz hullámzás értékek a növényállományok szegélyénél a hullámzás amplitúdójának csökkenését mutatták és a hullámzás erőssége jól jellemezte a szűkebb környezet heterogenitását a növényállomány belsejében.