Hidrológiai Közlöny 2010 (90. évfolyam)
5. szám - Gribovszki Zoltán–Kalicz Péter–Szilágyi József: Talajvíz evapotranszspirációs számítása a vízhozamok napi periódusú ingadozása alapján
19 Talajvíz evapotranszspiráció számítása a vízhozamok napi periódusú ingadozása alapján Gribovszki Zoltán 1' 2, Kalicz Péter 1, Szilágyi József 2' 3 1 Nyugat-Magyarországi Egyetem, Geomatikai, Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Intézet, 9400. Sopron, Bajcsy Zs. u. 4., 2 Besti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék, 1111. Budapest, Műegyetem rp. 3. 3 School of Natural Resources, University of Nebraska, Lincoln, NE, USA Kivonat: A vízfolyás-menti területek növényállományai (különösen az erdő) vegetációs időszakban jelentős hatást gyakorolnak a talajvízszintekre és így a vízfolyások alapvízhozamára. Ezen vegetációformák evapotranszspirációjának ismerete ezért mind természetvédelmi, mind vízkészlet-gazdálkodási szempontból lényeges. A talajvízszintekben és a kisvízfolyások a lap-vízhozamában jelentkező napi ciklusú ingadozás kevésbé vizsgált jelenség a hidrológia tudományában annak ellenére, hogy ez a rövid ciklusidejü változás hasznos információk forrása lehet az előbb említett hidro-ökológiai rendszerek megismerésében. Az alap-vízhozamban jelentkező napi ciklusú ingadozás alapján egy új eljárást fejlesztettünk ki a vízfolyás-menti területek vízgyűjtőszintű, talajvízből táplálkozó evapotranszspirációjának számítására. Az új módszer a vízmérleg egyenletet és a lineáris tározó modellt használja fel a számításhoz. Az új metódus igényli a vízfolyás-menti zóna vízgyűjtőszintű geometriai jellemzőinek (szélesség, hossz) ismeretét, de nem igényel semmiféle talajfizikai paramétert. Az új eljárás segítségével sikerrel határoztunk meg vízgyűjtőszintü talajvíz evapotranszspirációt, a Soproni-hegységben található, erdővel borított hidegvíz-völgyi kísérleti vízgyűjtő lefolyási adatainak felhasználásával, napi ingadozás, talajvíz evapotranszspiráció, alapvízhozam, lineáris tározó modell, erdősült kisvízgyüjtő. Kulcsszavak: 1. Bevezetés Egy kisvízfolyás alap-vízhozamában, a vízfolyás-menti talajvíz-szintekben és a telítetlen zóna talajnedvesség-készletében a vegetációs időszakban jellegzetes napi ingadozást tapasztalhatunk. A jelenség lefutása legalább órás mérési gyakorisággal észlelhető. Az ingadozás okainak és jellemzőinek részletes irodalmi feldolgozása megtalálható Gribovszki et al. (2009a) cikkében. A kutatók többsége a vegetációs időszakban tapasztalható ingadozás elsődleges okaként az evapotranszspirációt nevezi meg. Az észlelt ingadozás alapján az elmúlt évszázadban csak néhány szerző dolgozott ki új módszereket (a kisvízfolyások alapvízhozama, a talaj vízjárás, vagy a talajnedvesség napi ciklusú változása alapján) az evapotranszspiráció számítására (White, 1932; Meyboom, 1964; Bauer et al., 2004; Nachabe et al. 2005; Gribovszki et al. 2008a, Loheide 2008). A hidegvíz-völgyi (Sopron) kísérleti vízgyűjtőben végzett saját méréseink alapján, egy kisvízfolyás alap-vízhozamában és a vízfolyás-menti talajvízszintekben az evapotranszspiráció hatására jelentkező ingadozás jellegzetes napi menetét mutatja az 1. ábra. A vegetációs időszaki ingadozás maximális értéke a reggeli órákban, kb. 6 és 8 óra között, a minimum pedig a délutáni órákban, kb. 16 és 17 óra között, jelentkezik. Mindkét vízjárás idősor esetében jól meghatározható a minimum, de a maximum környezete a patakvízhozam idősor esetében általában elnyújtottabb. m E > J2 co szept. 05 szept. 06 szept. 07 1. ábra. Napi ciklusú ingadozás az alapvízhozamban és a vízfolyás-menti zóna talajvízszintjében (Sopron, Hidegvíz-völgy 2005) Érdekes jelenség a talajvízjárásban jelentkező ingadozás késése a vízhozamban jelentkező ingadozáshoz képest. A késés a szélső-értékeknél jobban látható az 1. ábrán. A jelenség magyarázatát numerikus modellezés segítségével Szilágyi et al. (2008) írta le. A késés okaként a növényi vízfelvétel hatására jelentkező helyi s az összegzett (regionális) hidraulikus gradiensben jelentkező eltérések adhatók meg. 2. A lefolyási adatok alapján dolgozó új eljárás elvének ismertetése A felszín-közeli talajvíztükörrel rendelkező területeken, így pl. a vízfolyások mentén, a csapadékmentes időszakokban a növények vízfelvétele általában közvetve vagy közvetlenül a talajvíz-készletből történik. A vízfolyás-menti talajvíz-készlet előbbi hatásra történő csökkenése egy fokozott mértékű háttérből történő utánpótlódást indukál (2. ábra, 1. egyenlet). A teljesség kedvéért megjegyezzük, hogy a háttérből történő utánpótlódás (a vízgyűjtő geometriája miatt) az elhanyagolható evapotranszspirációjú időszakokban is jelen van (pl. a nyugalmi időszakban), csak jóval kisebb mértékű. Példaként nézzük egy a vegetációs időszak csapadékmentes időszakában jellemző napon a talajvízszint ingadozás kialakításában résztvevő elemeket és azok egymásra hatását (l.,2. ábra). A napi periódusú talajvízjárás szélsőértékeinél, ahol ez a szélső érték rövid időre állandósul (vagyis a készletváltozás nulla), a vízfolyás-menti zóna talajvíz-készletének utánpótlódása, Q n e, [LT" 1], egyensúlyban van a talajvíz evapotranszspirációval ET^ [LT 1]. A talajvízállás csökkenésének időszakában (/. ábra talajvízállás görbe leszálló ága) az evapotranszspiráció r-j, meghaladja az utánpótlódás mértékét és erőteljes mérték=. ben elkezdi fogyasztani a vízfolyás-menti zóna talajvíz| készletét is (dS / dt < 0 tehát Q ne l < ET X W). Persze az uo tánpótlódás (Q ne t), annak ellenére, hogy az ET g w-né\ ki.ü sebb ebben az időszakban, a csökkenő talajvízkészlettel g- (talajvízszintek) fokozatosan növekszik. < A talaj vízállás legalacsonyabb értékénél (1. ábra talajvízállás görbe minimuma) az evapotranszspirációs igény csökkenése miatt, az újra egyensúlyba kerül a talajvíz-utánpótlással (dS / dt = 0 tehát Q ne l = ET X W). Az utánpótlódás (Qnei) ekkor éri el a napon belül maximális értékét. A talajvízállás növekedésének időszakában (1. ábra talajvízállás görbe felszálló ága) a párolgási kényszer tovább csökken és mivel ezt az utánpótlódás már meghaladja, a vízfolyás-menti zóna talaj vízkészlete ismét növekszik majd (dS/dt > 0 tehát Q n e, > ET g w). A késő éjszakai, kora hajnali
