Analiza porównawcza dokładności wybranych modeli przepływu wody w glebie na podstawie oceny wilgotności uzyskanej w badaniach terenowych

Zasoby wody w glebie w istotny sposób wpływają na plonowanie roślin. Do oceny wzajemnego oddziaływania warunków termicznych i opadowych często stosuje się modelowanie matematyczne. Biorąc to pod uwagę, w celu oceny wzajemnych relacji między podstawowymi procesami, takimi jak: opad atmosferyczny, parowanie terenowe i poziom wód gruntowych, decydujących o rozkładzie wilgotności w profilu glebowym w krótkim czasie, jakim jest np. doba, przeprowadzono analizę porównawczą poprawności stosowania różnych metod modelowania matematycznego. W tym celu wykonano aproksymacje parametrów i symulacje przepływu na podstawie pomiarów uwilgotnienia gleby na sześciu głębokościach, pomiarów opadów atmosferycznych oraz stanów wód gruntowych na terenie Obserwatorium Agro- i Hydrometeorologicznego Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu z okresu od 1 lipca do 30 września 2006 r. Rozpatrywano cztery modele przepływu wody w ośrodku porowatym. Pierwsze dwa opracowano, stosując uogólnione równanie Richardsa, natomiast dwa pozostałe na podstawie równania dyfuzji (Fokkera-Plancka). Kształt parametrów funkcyjnych, charakteryzujących przepływ wody w ośrodku porowatym, przyjęto w pierwszej symulacji w postaci pięcioparametrowej rodziny funkcji, zaproponowanej przez van Genuchtena, a opracowanej na podstawie teorii Mualema. W drugiej i trzeciej symulacji kształt funkcji pF oraz funkcji przewodności hydraulicznej został opracowany na zasadzie 10 bazowych punktów, które determinują kształt tych krzywych.

Soil water reserves, temperature and rainfalls significantly affect plant crops. Mathematical models are used to assess interaction of these factors. To assess the interrelationships between processes (precipitation, field evaporation and the groundwater level) that are decisive for short-term (daily) soil moisture, comparative analysis was made of the correctness of various methods of mathematical modelling. For this purpose, approximation of parameters and simulations were carried out based on measurements from 1 July to 30 September 2006 of soil moisture at six depths, precipitation and groundwater levels, measured in the Agro- and Hydrometeorological Observatory of the Wroclaw University of Environmental and Life Sciences. Four models of water flow in the porous media were examined. Two of them were described with generalized Richards's equation; two other were based on diffusion equation (Fokker-Planck). The shape of functional parameters characterising water flow in the porous media was assumed in the first simulation in the form of five-parameter function by Van Genuchten, worked out on the basis of the Mualem's theory. In the second and third simulation the shape of the pF and hydraulic conductivity function was elaborated on the principle of 10 base points that determine shapes of these curves.