Hidrológiai Közlöny 2002 (82. évfolyam)
4. szám - Domonkos Péter: Vízháztartási modell alkalmazása a mezőgazdasági területek természetes vízellátottságának jellemzésére
DOMONKOS P.: Vizfaázlartási modell alkalmazása mezőgazdasági területeken 217 MjJ + l) = exp( PF í 4.7 ) (15) arányában csökken - pontosabban: csökkenne, ha a többi talajréteg nedvességtartalma, valamint a üi. és vi. folyamatok nem befolyásolnák az individuális gradiens értékeket, fd értéke 0 és 1 közötti, a talaj kiszáradásával exponenciálisan csökken, és közepes talajnedvesség esetén 0,5-höz közeli, fd funkciójából következik, hogy azfd{pF) függvény a talaj vízvezető képességének közvetett jellemzője. Természetesen a konkrét talaj faj tár a érvényes K(S) függvény ismeretében a modell működése pontosítható. Tényleges evapotranszspiráció Dunay (1989) párolgási formulája nyomán, annak pF alapú számításra történő módosítása útján az alábbi formulát vezetjük be: PEO Ej = rt{j,n) (16) lő numerikus módszer alkalmazásával kerülnek kiszámításra. A módszer nagy pontosságú eredményeket ad abban az esetben, ha az időlépcsőn belül zajló együttes változás közel lineáris, és elfogadhatóan működik minden olyan esetben, amikor S első deriváltja monoton. Ha e feltételek egyike sem teljesül, akkor rövidebb időlépcső alkalmazása szükséges. Megjegyezzük, hogy rövidebb időlépcső alkalmazása bizonyosan érzékelhetően növeli a modell működési pontosságát, amennyiben a bemenő változók naponkéntit meghaladó részletességű ismerete megoldható. Teszt eredmények A leírt vízháztartási modell működését a szegedi meteorológiai állomás 1986-1990. közötti adatainak felhasználásával teszteltük. Az 1-4. ábrák a meteorológiai és hidrológiai viszonyok 1987-90. közötti alakulását szemléltetik (az első évet a kezdeti feltétel befolyásának kiküszöbölése céljából figyelmen kívül hagyjuk). j + 52pFU)-6.5 E formula alkalmazása esetén az EIPE0 arány együtt nő a talajnedvességgel. A közepes talajnedvesség értékek tartományában viszonylag nagy, az extrém tartományokban viszonylag csekély az E/PEO arány változása - a tapasztalatokkal összhangban. A képlet alkalmazásának következménye, hogy a modell-számításon alapuló becslés eseti hibája negatív visszacsatoláshoz vezet, ez pedig hosszabb időszakok átlagában a hibák hatékony eliminálódását eredményezi. A feladat numerikus megoldása A (14) egyenletet a szomszédos talajrétegek nedvességtartalmának véges időlépcsőhöz (fél nap) tartozó különbségeire alkalmazzuk. A számítások végrehajtásához szükséges a kezdeti állapot és az alsó határfeltétel definiálása Téli vagy kora tavaszi indulást feltételezve a kezdeti állapot Sa = 0.75, (17) vagyis a talaj a diszponibilis vízkapacitás háromnegyed részéig telített a felső 2 méteres talajszelvény minden rétegében. A 10. réteg alján történő nedvességáramlás értelmezéséhez definiáljuk a j — 11 réteget, amelynek nedvességváltozásait fokozott egyszerűsítéssel számítja a modell. Az alsó határfeltétel szerepének érzékeltetése végett kétféle meghatározást (a hozzájuk tartozó teszt eredményekkel együtt) is ismertetünk. Ali. rétegben történő nedvességváltozást az [1] és a [2] szerint is a 10. réteg megelőző időlépcsőjében bekövetkező nedvességváltozás befolyásolja a legnagyobb mértékben. További tényezők a 10. és 11. réteg közötti nedvesség-gradiens, valamint a [2] esetében egy a kezdeti állapot (Sa = 0,75) felé történő kiegyenlítődési folyamat (utóbbi többnyire nedvességfeláramlást, mégpedig a talajvíz hatására átnedvesedett alsóbb rétegek felőli lassú nedvességtransz- E portot jelent). E [1] 5 n(0 = 5 1 1(/-l) + 0.8-AS 1 0(í-l) (19) S n=S n+0.2-(S l o-S n) (20) [2] s[! (0 = 5, !(f •-1) + 0.6. AS 1 0(r-1) (21) S n=s' l l+0.2-(S l o-S n) + 02-(S l o(t = 0)-S' n) z (22) A iii.-vi. folyamatok okozta változások együttesen, megfelejan. feb. már. ápr. máj. jún. júl. aug. sze. okt. nov. dec. 175 150 125 100 75 50 25 7. ábra: A csapadékmennyiség és a léghőmérséklet évi járása, Szeged, 1987-1990. Az I. ábra a csapadékmennyiség és a léghőmérséklet évi járását ábrázolja. Az itt bemutatott értékek természetesen eltérnek a több évtizedre vonatkozó éghajlati normál értékektől. A vizsgált időszak átlagos évi csapadékmennyisége 10 %-kal marad el a sokévi átlagtól. A csapadékhiány éven belüli eloszlása egyenetlen. Míg a sokévi átlag szerint is viszonylag legnedvesebb május - június időszakban kissé több eső hullott a szokványosnál, a július és október közötti időszakok szokatlanul szárazak voltak. A középhőmérsékletekben viszonylag csekély az eltérés a sokévi átlagtól, kivéve a téli hónapokat, amelyeknél 12°C pozitív anomália mutatkozik (ennek azonban aligha volt számottevő hatása a vízciklus alakulására). 200 ápr. máj. jún. júl. aug. sze. '\WPE BE| ábra: A potenciális és a tényleges párolgás alakulása a vegetációs periódusban. Szeged, 1987-90.
