SEMINAR ANALIZA VODNE BILANCE Z MODELOM SIMPEL

SEMINAR ANALIZA VODNE BILANCE Z MODELOM SIMPEL Avtorica: Manca Štrajhar Mentorja: prof. Lučka Kajfež Bogataj in Andrej Ceglar Ljubljana, april 2009 POVZETEK V seminarju je predstavljem model SIMPEL in njegova uporaba. Na začetku je opisan vodni krog in s tem predstavljeni pojmi, ki so ključni za razumevanje modela. Sledi teoretična predstavitev modela SIMPEL, nato pa sem se osredotočila na izračune vodne bilance z modelom SIMPEL za Mursko Soboto. Najprej sem naredila izračune za mokro in suho leto, da vidimo kako se model obnaša v različnih pogojih. V zadnjem delu seminarja sem za leti 2007 in 2006 modelske izračune primerjala z meritvami vode v tleh na meteorološki postaji v Murski Soboti.

KAZALO UVOD... 1 VODNI KROG... 1 MODEL SIMPEL... 2 PENMAN-MONTEITHOVA METODA... 3 MERJENJE KOLIČINE VODE V TLEH... 5 IZRAČUN VODNE BILANCE Z MODELOM SIMPEL ZA MURSKO SOBOTO... 7 LETI 2003 IN 2004 - SUHO IN MOKRO LETO... 7 PRIMERJAVA MERITEV IN MODELSKIH VREDNOSTI KOLIČINE VODE V TLEH ZA MUSKO SOBOTO ZA LETO 2007...10 PRIMERJAVA MERITEV IN MODELSKIH VREDNOSTI KOLIČINE VODE V TLEH ZA MUSKO SOBOTO ZA LETO 2006...15 ZAKLJUČEK...16 LITERATURA...16

UVOD V zadnjih letih se zaradi klimatskih sprememb pojavlja vedno večje število ekstremnih dogodkov. Med te ekstremne dogodke nedvomno spada tudi suša. Problem suše se pojavlja skoraj po celem svetu, njene posledice pa lahko omilimo na več načinov. Na primer, v kmetijstvu je priporočena uporaba namakalnih sistemov, vendar moramo za večjo učinkovitost poznati stanje vode v tleh in ostale meteorološke spremenljivke, ki določajo sušo; zaželena pa je tudi kratkoročna in sezonsko napoved vremena za področje, ki ga obravnavamo. Za sušo obstaja veliko definicij, vendar jo splošno lahko opredelimo kot stanje primanjkljaja vode take stopnje, da ima neugoden vpliv na rastline, živali in ljudi na obsežnem območju [1]. VODNI KROG Povezavo med padavinami in odtokom vode na zemlji lahko predstavimo s hidrološkim krogom ( Slika 1). Padavine lahko padejo na rastline, na tla ali na vodna telesa, tako se začne proces odtoka. Del padavin pronica v tla. V zgornjih, deloma zasičenih plasteh tal se voda, ki je s pronicanjem prišla v tla, začasno shranjuje. Ta voda lahko na različne načine potuje naprej: lahko se zaradi kapilarnosti vrača na površje, lahko odteka pod površjem v drugo vodno telo ali pa pronica do podtalnice. Del padavin, ki ne pronica, odteka po površju do vodotoka, ki je kombinacija površinskega toka, padavin, toka direktno pod površjem in toka vode iz podtalnice. Slika 1: Vodni krog [2] 1

Kot lahko razberemo iz zgornje slike (Slika1) so glavni procesi znotraj vodnega kroga padavine, evaporacija in transpiracija (skupaj je to evapotranspiracija) ter transport vodne pare. Bilanca globalnega vodnega kroga nam pove koliko vode imamo na razpolago za pitno vodo, industrijsko vodo, za namakanje, za pridobivanje energije, za porabo v gospodinjstvih in za zaščito ugodnega stanja ekosistemov. Evaporacija ali izhlapevanje vode je direktno izhlapevanje vode s površine in vegetacije. Pri transpiraciji pa rastlina s pomočjo koreninskega sistema črpa vodo iz zemlje, jo uporabi pri lastnih procesih in jo nato skozi listne reže odda v atmosfero. Večino vode, ki jo rastlina črpa iz zemlje, preko rastline direktno preide v atmosfero. Manj kot 1% te vode rastlina porabi za rast in fotosintezo. Oba zgoraj opisana procesa združimo v pojmu evapotranspiracija. Enota zanjo je mm, kar predstavlja debelino vodne plasti, ki izhlapi. V obdobju, ko ni padavin, se vlaga v zemlji neprestano spreminja in v tem obdobju je proces evapotranspiracije zelo pomemben. Poznamo tudi izraz potencialna evapotranspiracija, ki nam pove kakšno je največje možno izhlapevanje, če je na razpolago dovolj vode. Referenčna evapotranspiracija pa je povezana z izhlapavanjem pri referenčni rastlini. V začetnem obdobju rasti posamezne rastline prevladuje proces evaporacije, v kasnejšem obdobju pa transpiracija. MODEL SIMPEL Model SIMPEL je nemški model, ki je brezplačno dostopen na internetu (Ecosystem Research Center, Germany [3]). Napisan je v programu Microsoft Excel in je uporabniku zelo prijazen, saj je kljub svoji kompleksni zgradbi precej preprost za uporabo. Uporabljala sem Simpel Version 2, ki ima ločeno datoteko za vhodne podatke, datoteko za računanje evapotranspiracije in datoteko z modelom vodne bilance. Slika 2: Shema modela SIMPEL [3] Slika 3 nam prikazuje poenostavljeno shemo modela SIMPEL. Na začetku potrebujemo podatke o padavinah (NS) in podatke o potencialni evapotranspiraciji (Etp). Nato pa s pomočjo podatkov o rastlini in tleh določimo prispevke k dejanski evapotranspiraciji (Eta), to so: intercepcija, transpiracija in evaporacija. Da dobimo količino vode v tleh (Soil), moramo določiti še površinski odtok (Surface runoff) in podtalni odtok (To groundwater). 2

Model za izračun vodne bilance potrebuje kar nekaj vhodnih podatkov. Meteorološki podatki, katerih dnevne vrednosti potrebuje so: povprečna dnevna temperatura zraka, temperatura ob 14-h, količina padavin, trajanje sončnega obsevanja, globalno sevanje, povprečna relativna vlaga, relativna vlažnost ob 14-h in povprečna velikost vetra. Potrebuje tudi nekatere fenološke podatke : višina rastlin, spreminjanje indeksa listne površine skozi leto, debelina koreninskega sistema, zračna in površinska upornost in albedo rastlin. Pedološki podatki, ki jih potrebuje so poljska kapaciteta, točka venenja, začetek redukcije, faktor sušenja in nekatere druge. Poljska kapaciteta je količina vode, ki so jo tla sposobna zadržati. Točka venenja pa je količina vode v tleh pod katero rastlina ne more več črpati vode. Kot podatek potrebujemo tudi povprečno letno vrednost pritiska, geografsko širino in nadmorsko višino. Določiti je potrebno tudi nakaj koeficientov, kjer pa se lahko pojavijo večje težave. Pri modelu SIMPEL lahko izbiramo s pomočjo katere metode izračunamo potencialno evapotranspiracijo. Metode so sledeče: Haude, Thornthawaite, Blaney-Criddle, Turc, Penman-Wendling, Makkink, Wendling (obala), Penman-Monteith (iglasti gozd) in EPIC Penman-Monteith [3]. V izračunih sem uporabljala le metodo EPIC Penman-Monteith, katera je tudi najbolj kompleksna in za izračune na področju Slovenije najbolj primerna. Na koncu program izračuna količino vode v tleh in nam rezultate poda v obliki tabele ter grafa. PENMAN-MONTEITHOVA METODA Referenčno evapotranspiracijo (ETo) lahko računamo na veliko različnih načinov. Ti načini se delijo glede na odvisnosti s katerimi so zapisane enačbe. Tako poznamo temperaturni način, ki povezuje referenčno evapotranspiracijo in temperaturo, radiacijski način, ki upošteva odvisnost od radiacije, ter kombinirane načine, ki povezujejo več meteoroloških spremenljivk. Kot sem že omenila je za področje Slovenije najbolj primerna Penman-Monteithova metoda, ki pa v zadnjem času postaja tudi splošni standard za računanje referenčne evapotranspiracije. Ker je uporaba te metode v precej široki uporabi se pojavlja tudi veliko različic enačbe s katero se računa referenčna evapotranspiracija. Ogledali si bomo kratko izpeljavo ene izmed enačb, ki predstavlja Penman-Monteithovo metodo. Leta 1948 je Penman zapisal enačbo za rešitev vodnih izgub pri rastlinah [4]. Enačba je opisovala ohranitev energije in vodni transport. To je bila torej povezava s temperaturo, nato pa je leta 1965 Monteith dodal teoretično osnovo z upoštevanjem zgradbe listov rastlin in načinov kako preko listov rastline izgubljajo vodo. Leta 1981 so Jarvis, Edwards in Talbot podrobno pregledali enačbo, ki sta jo zapisala Penman in Monteith, ter potrdili njeno uporabnost. Ogledala sem si izpeljavo, ki jo je zapisal Jarvis (1981). Najprej zapišemo kakšna je razpoložjiva energija (A). Razpoložljiva energija je enaka vsoti neto sevanja toplotne kondukcije v ali iz tal in je na voljo za izhlapevanje vode (latentne toplote (λe)) ter ogrevanje zraka s pomočjo zaznavne toplote (C). Torej lahko zapišemo enačbo, ki nam opisuje ravnovesje energij, v takšni obliki: A=λE+C (1) 3

Nato uporabimo enačbe za prenos energije z elementa tal, ki jo je leta 1975 zapisal Thom: λe=(c p ρ/γ)(p s (T l )-p a )g w (2) kjer je c p specifična toplota zraka pri stalnem tlaku, ρ gostota zraka, γ psihrometrična konstanta, p s (T l ) nasičen parni tlak vodne pare pri temperaturi lista T l, p a dejanski tlak vodne pare zraka ter g w člen prevodnosti lista za vodno paro. C=c p ρ(t l -T a )g h (3) kjer je c p specifična toplota zraka pri stalnem tlaku, ρ gostota zraka,t l temperatura lista, T a je temperatura zraka, g h je člen prevodnosti lista za zaznavno toploto. Razmerje med spremembo temperature in nasičenim parnim tlakom označimo z s in zapišemo z enačbo: s= dp s /dt (4) Če je sprememba temperature med zrakom in listom majhna, lahko zapišemo: p s (T l )-p s (T a ) s(t l -T a ) (5) sedaj lahko zapišemo: p s (T l )-p a =p s (T l )-p s (T a )+p s (T a )-p a s(t l -T a )+p s (T a )-p a (6) To enačbo uporabimo da iz enačbe (2) izrazimo p s (T l )-p a, potem pa uporabimo enačbo (3) da zamenjamo T l -T a v končni enačbi. Nato iz enačbe (1) izrazimo C in tako dobimo enačbo za λe dobimo v obliki: # E sa + c " [ p ( T ) $ p ] p s a a h = (7) gh s +! g če lahko ocenimo da je list moker ter če je transfer vodne pare enak zaznavni toploti (g h =g w ) lahko zgornjo enačbo (enačbo (7) )zapišemo v obliki: sa + c # E = p " w [ p ( T ) $ p ] s a s +! Za moker list, poti transfreja vodne pare vsebujejo gibanje vn iz nadomestnih jamic na površini lista (prevodnost g c ) in nato tudi transfer z listne površine skozi mejno plast (prevodnost g a ), tako da lahko zapišemo: 1 g w c a a g g h (8) 1 1 = + (9) g g 4

To vstavimo v enačbo (7) in dobimo izraz: [ p ( T )' p ] sa + cp) s a a gh * E = (10) & 1 1 # s + ( g $ +! h % gc ga " Še malo preoblikujemo in dobimo končno enačbo: [ p ( T )- p ] sa + cp0 s a E = &, g $ + * + a / s. 1 % + gc a )# '! (" g a (11) s razmerje med spremembo nasičenega parnega tlaka in spremembo temperature zraka [PaK -1 ] A razpoložljiva energija [Jm -2 s -1 ] c p specifična toplota zraka pri stalnem tlaku [Jkg -1 K -1 ] ρ gostota zraka [kgm -3 ] p s (T a )-p a deficit vodne pare[pa], p s (T a ) je nasičen parni tlak vodne pare pri temperaturi zraka T a, p a pa je dejanski tlak vodne pare zraka g a prevodnost mejne plasti [ms -1 ] λ latentna toplota evaporacije vode [Jkg -1 ] γ psihrometrična konstanta [PaK -1 ] g c prevodnost rastlinskega pokrova c P psihrometrična konstanta je definerana z enačbo: # = p, kjer je P totalni tlak atmosfere "! [Pa] in ε razmerje molekularne teže vodne pare in zraka (0.622). MERJENJE KOLIČINE VODE V TLEH V seminarski nalogi sem izračune modela SIMPEL primerjala z izmerjenimi vrednostmi količine vode v tleh, zato je smiselno da si pogledamo kako potekajo te meritve. Meritve za področje Slovenije izvaja Agencija RS za okolje. Poznanih je veliko različnih metod merjenja količine vode v tleh. Meritve lahko potekajo v laboratorijih ali na terenu. V laboratoriju dobimo zanesljive meritve z gravimetrično metodo. Gravimetrično vsebnost vode v tleh dobimo preko enačbe: w ( m! m ) s = (12) m kjer je m masa vzorca zemlje in m s masa istega vzorca zemlje posušenega na 105ºC. Pri meritvah na polju ima ta metoda veliko pomankljivosti. Vzorčenje je lahko precej nepraktično in z njim lahko uničimo merilno območje (mesto, kjer merimo), vzorci so velikokrat premajhni, zgodi pa se tudi da se nekaj vode izgubi pri prenosu vzorcev v laboratorij. Vse opisane težave povzročijo velika odstopanja izmerjenih vrednosti količine vode v tleh od dejanskih vrednosti. s 5

Da bi se izognili težavam, ki so opisane pri laboratorijskih meritvah, so razvili veliko število posrednih načinov meritev. Posredne metode temeljijo na merjenju rezličnih spremenljivk, ki jih lahko povežemo s količino vode v tleh. Tako so razvili metode, kjer določamo količino vode v tleh s pomočjo merjenja električne upornosti, merjenja oddane toplote segrete sonde, merjenja zmanjševanja gama in nevtronske radiacije, ter merjenja dielektrične konstante. Razvitih je bilo tudi nekaj radarskih metod, ki pokrivajo merjenje na večih območjih kot ostale metode. Danes je najbolj v uporabi metoda TDR (time domain reflectrometry), s katero podajamo volumetrično vsebnost vode merjenega polja (območja). Hitrost potovanja visokofrekvenčnih električnih signalov v različnih medijih je podan z enačbo: 2L " = = t c! (13) kjer je ε dielektrična konstanta, c je hitrost svetlobe v vakuumu, L dolžina merilne palice inštrumenta (sondi), t čas potovanja po merilni palici inštrumenta (po sondi naprej in nazaj). Elektronski inštrument je zmožen meriti čas, ki je potreben da se električni signal prenese z dna sonde, ki je zakopana v zemlji, do konice ter nazaj. Čas, ki je potreben za opisano pot je običajno nekaj nanosekund. Tako lahko s pomočjo enačbe (13) izračunamo dielektrično konstanto ε, ki je močno odvisna od materiala, ki je v okolici sonde. Vrednost dielektrične konstante za zrak je 1, za zemljo od 2 do 5, za vodo 80 (to je v nizkofrekvenčnem območju). Večja je vsebnost vode v tleh, počasneje potuje električni signal. Zapišemo lahko tudi empirično enačbo za kalibriranje. Spodaj zapisana enačba je ena izmed mnogoh oblik kalibracijskih enačb, zapisal jo je Topp (θ predstavlja volumetrično vsebnost vode). Na sliki 4 pa lahko vidimo grafični prikaz te enačbe. θ= -0.053 + 0.0291ε 5.5*10-4 ε 2 + 4.3*10-6 ε 3 (14) Slika 3: Volumska vsebnost vode v odvisnosti od dielektrične konstante. [5] 6

Slika 4: Primer merilnega inštrumenta za metodo TDR. [6] IZRAČUN VODNE BILANCE Z MODELOM SIMPEL ZA MURSKO SOBOTO Naredila sem nekaj izračunov vodne bilance v tleh z modelom SIMPEL za Mursko Soboto. Najprej sem pogledala kako se model obnaša v sušnem in mokrem obdobju, nato pa sem naredila primerjavo modelskih izračunov in meritev za leto 2007. Ker sem ugotovila, da se meritve in modelske vrednosti ne ujemajo najbolje sem poskušala umeriti model. Na koncu pa sem pogledala kako se modelski izračuni in meritve ujemajo za leto 2006. LETI 2003 IN 2004 - SUHO IN MOKRO LETO Z modelom SIMPEL sem naredila izračune količine vode v tleh za Mursko Soboto za dve leti, eno sušno in drugo mokro, saj me je najprej zanimalo kako se model obnaša v različnih okoliščinah. Na podlagi podatkov z meteorološke postaje v Murski Soboti, ki sem jih vnesla v model, sem narisala dva grafa, ki vsebujejeta rezultate o količini vode v tleh v Murski Soboti za leti 2003 in 2004. Kot vhodne podatke sem torej uporabila podatke zapisane v tabeli 1. 7

Tabela 1: Vhodni podatki [1] postaja geografska širina [ ] nadmorska višina [m] poljska kapaciteta točka venenja globina korenin Murska Sobota 46,65 188 51 mm 34% 25,5 mm 28,9% 15 cm (travinje) Znano je, da s tem modelom dobimo slabše rezultate v primeru ko imamo nagnjeno površino, težko prepustno zemljino in če imamo velika dnevna nihanja temperature. Ker sem izbrala postajo v Murski Soboti lahko predvidevam, da sem se na ta način izognila težavam z nagnjenostjo površine in težavam s slabo prepustno zemljino. Pri pregledu podatkov pa tudi lahko hitro opazimo da nimamo večjih dnevnih nihanj temperature, tako da lahko predvidevamo da so rezultati, ki jih dobimo s pomočjo modela dobri. Slika 5: Graf prikazuje količino padavin in količino vode v tleh za leto 2003 8

Slika 6: Graf prikazuje količino padavin in količino vode v tleh za leto 2004 Opazimo, da krivulja, ki prikazuje količino vode v tleh, sledi histogramu padavin, se pravi da je dinamika modela pravilna. Prihaja le do manjšega zamika, kar je razumljivo saj se dejanske padavine ne odražajo takoj kot sprememba vode v tleh. Do spremembe vode v tleh pride približno en dan po padavinah, kadar pa padavine daljše obdobje izostanejo pa se količina vode v tleh postopno zmanjšuje. Vidimo, da je bilo v letu 2003 (v obdobju za katerega smo delali analizo) malo padavin in zaradi tega so tudi nihanja v količini vode v tleh večja kot pa v primeru za leto 2004. Za leto 2003 lahko določimo več sušnih obdobij, za leto 2004 pa lahko rečemo da je bilo samo v juliju obdobje z majhno količino padavin. Poleg samega delovanja modela nas zanima tudi kaj posamezna situacija pomeni za določeno vrsto rastlinja, saj je to tisto zaradi česar delamo analize vodne bilance v tleh. Pri tem kako sušno obdobje vpliva na posamezno vrsto rastlinja je pomembno v kateri fazi je rastlina v času ko nastopi suša oz. v katerem obdobju rasti je rastlina izpostavljena sušnemu stresu. V Sloveniji je poleg pšenice najbolj pogosta kultura koruza, za katero na primer velja, da je najbolj občutljiva v času cvetenja (sredina junija). Če je rastlina v tem času izpostavljena sušnemu stresu potem se podaljša njeno obdobje cvetenja, kar se pozna tudi pri končnem pridelku. Zanimivo pa je da če sušni stes nastopi v času ko koruza zori, se rastlina prilagodi 9

tako, da skrajša to fazo in prej dozori. To velja če sušno obdobje ni predolgo. V primeru ko pojav suše traja dlje časa, rastlina enostavno nima dovolj vode za svojo rast in oveni. Sedaj lahko z vidika rastlin pogledamo kakšni sta bili leti 2003 in 2004. Suša v letu 2003 je pustila opazne posledice, saj sta se daljši sušni obdobji pojavili spomladi in v začetku poletja, v tem obdobju pa je večina rastlin v najbolj občutljivi fazi. Leta 2004, ki ne velja za posebej sušno, pa je bilo krajše obdobje z majhno količino padavin konec julija. To ni povzročilo velike škode na rastlinah, saj so imele vodne zaloge iz prejšnega obdobja, poleg tega pa tudi niso bile v občutljivi fazi rastja. PRIMERJAVA MERITEV IN MODELSKIH VREDNOSTI KOLIČINE VODE V TLEH ZA MUSKO SOBOTO ZA LETO 2007 Za obdobje od začetka aprila do konca septembra 2007 sem z modelom SIMPEL naredila izračune količine vode v tleh za Mursko Soboto. Te podatke sem primerjala z meritvami količine vode v tleh, ki jih izvajajo na meteorološki postaji v Murski Soboti. Graf na sliki 8 združuje meritve in modelske vrednosti količine vode v tleh ter količino padavin za omenjeno obdobje in postajo. Slika 7: Meritve, model SIMPEL, padavine 10

Na postaji se meritve izvajajo v deset-minutnih intervalih in na različnih globinah v tleh (na 10 cm, 20 cm,...). Opazila sem, da je nekaj meritev manjka. Večinoma je to nekaj zaporednih meritev dnevno, vendar takšnih izpadov meritev ni veliko. V obdobju, ki sem ga obravnavala bi ocenila da je bilo takšnih dni manj kot 10%. Za primerjavo meritev in modelskih vrednosti sem potrebovala dnevna povprečja meritev. Mankajoče meritve sem nadomestila z vrednostmi iz prejšnega termina. To lahko naredimo, saj se vrednosti količine vode v tleh v tako kratkih intervalih ne spremeni bistveno in tako ne naredimo velike napake. Modelski izračuni so narejeni za globino tal 15 cm, meritve pa se izvajajo na 10 cm in 20 cm. Tako sem morala vrednosti meritev preračunati na globino tal 15 cm. Meritve so zapisane v takšni obliki, da meritvam na 10 cm pripadajo dejanske vrednosti na tej globini, za globino 20 cm pa so zapisani samo dodatki, ki jih moramo prišteti količini vode v tleh na 10 cm, da dobimo dejansko vrednost količine vode v tleh na globini tal 20 cm. Dodatke na 20 cm sem najprej razpolovila in nato te vrednosti prištela vrednostim na globini 10 cm ter tako dobila vrednosti količine vode v tleh na globini 15 cm. Modelski izračuni nam podajo dnevne vrednosti količine vode v tleh, meritve pa kot sem že omenila izvajajo v deset-minutnih intervalih, zato sem morala izračunati dnevna povprečja meritev. Na koncu torej iz meritev dobimo dnevne vrednosti količine vode v tleh na globini 15 cm. To pa sedaj lahko primerjamo z modelskimi vrednostmi (Slika 8). Na zgornjem grafu (Slika 8) opazimo, da so modelski izračuni narejeni za obdobje od 1.4.2007 do 30.9.2007, meritve pa se končajo 20.9.2007, saj podatkov kasnejših meritev nisem uspela dobiti. Na grafu na sliki 8 opazimo, da se krivulji meritev in izračunanih podatkov po obliki kar dobro ujemata. Torej je dinamika modela zopet pravilna, na kar kaže tudi dejstvo da model vsa večja nihajna vode v tleh dobro opiše. Model ves čas kaže višje vrednosti količine vode v tleh kot pa so jo pokazale meritve. V začetnem delu obravnavanega obdobja opazimo, da ob daljšem obdobju brez padavin krivulja pri meritvah pada veliko hitreje kot pa krivujla, ki jo določi model. Tudi vrednost, ki jo ob koncu tega prvega sušnega obdobja doseže model je za 10 mm višja kot pa izmerjena vrednost. Sklepamo lahko, da smo v modelu morda za vrednost točke venenja vzeli previsoko vrednost. Na koncu obravnavanega obdobja (v začetku meseca septembra) opazimo, da se meritve in modelske vrednosti zelo dobro ujemajo, kar kaže na to da smo v modelu pravilno postavili vrednost poljske kapacitete. Ob padavinah vidimo, da model kaže manjše zvečanje vrednosti količine vode v tleh kot pa jo pokažejo meritve. Da bi lažje razumela razlike, ki se pojavijo med meritvami in modelskimi vrednostmi, sem narisala graf njune razlike (Slika 9). Na podlagi grafa na sliki 9 lahko rečemo, da ne gre za sistematično napako, saj kot vidimo napaka ni konstantna. Razliko sem izračunala tako, da sem od modelske vrednosti odštela izmerjeno vrednost. Premica pa predstavlja povprečno vrednost razlike. Povprečje razlike je 13,5 mm. Največje razlike so v obdobju od začetka maja do konca avgusta. V prvem in zadnjem mesecu obravnavanega obdobja pa so razlike majhne. 11

Slika 8: razlika med modelsko vrednostjo in meritvami Določila sem nekaj statističnih parametrov tako za meritve kot za modelske vrednosti (Tabela 2). Tabela 2: Statistični parametri minimalna vrednost maksimalna vrednost povprečna vrednost mediana varianca standardni odklon meritve 10,44 46,51 25,27 23,98 82,41 9,08 model 28,94 49,5 38,95 38,92 24,06 4,91 Boljšo predstavo o tem kako se modelske vrednosti ujemajo z meritvami dobimo z razsevnim grafikonom. Na Sliki 10 imamo narisan tak grafikon. Premica nam predstavlja rezultat idealnega modela, kjer bi se meritve in izmerjene vrednosti popolnoma ujemale. 12

Slika 9: Meritve in modelske vrednosti količine vode v tleh Vidimo, da so točke razporejene okoli premice. Na večje ujemanje med meritvami in modelskimi vrednostmi, bi kazal graf pri katerem bi točke ležale na premici. Kot sem že omenila v komentarju slike 8 se pojavijo dvomi o tem ali sem za točko venenja vzela pravilno vrednost. V zgornjem primeru sem za točko venenja vzela vrednost 25,5 mm. Če na Sliki 8 opazujemo potek grafa meritev lahko vidimo, da doseže minimum pri vrednosti približno 10 mm. Tako sem v drugem primeru v modelu SIMPEL vrednost za točko venenja postavila na vrednost 10 mm (Slika 11). Ker se mi je zdelo da bi s spreminjanjem vrednosti točke venenja lahko dosegli še boljše prileganje modelskih vrednosti izmerjenim vrednostim sem v naslednjem primeru za točko venenja vzela vrednost 15mm (Slika 12). 13

Slika 10: Meritve, model SIMPEL, padavine. Točka venenja je 10 mm. Slika 11: Meritve, model SIMPEL, padavine. Točka venenja je 15 mm. 14

Opazimo da tudi s prilagajanjem točke venenja ne dosežemo najbolšega ujemanja med modelskimi rešitvami in izmerjenimi vrednostmi, hkrati pa pri vseh treh grafih (Slika 9, 10, 11) vidimo da je dinamika modela pravilna, saj se obliki krivulj meritev in modela lepo ujemata, pride le do zamika. Določeni deli porazdelitve so zamaknjeni kar kaže na to da je bilo nekaj narobe z obdelavo podatkov ali pa z meritvami. Ker obstaja možnost, da meritve niso bile izvajane najbolj točno, sem se odločila narediti enako primerjavo tudi za leto 2006. PRIMERJAVA MERITEV IN MODELSKIH VREDNOSTI KOLIČINE VODE V TLEH ZA MUSKO SOBOTO ZA LETO 2006 Za obdobje od začetka aprila do konca septembra 2006 sem z modelom SIMPEL naredila izračune količine vode v tleh za Mursko Soboto. Te podatke sem primerjala z meritvami količine vode v tleh, ki jih izvajajo na meteorološki postaji v Murski Soboti. Primerjava meritev in modelskih izračunov za leto 2006 (Slika 13) nam pokaže, da se krivulji omenjenih vrednosti lepo ujemata. Še vedno prihaja do manjših odstopanj, če gledamo same vrednosti, vendar se v tem primeru večina vrhov in padcev ujema tako časovno kot tudi po vrednostih. Lahko rečemo da v tem primeru dobimo zadovoljivo ujemanje, saj so odstopanja dokaj majhna. Na podlagi primerjave za leto 2006 lahko upravičeno sklepamo, da je bilo leta 2007 nekaj nepravilnosti pri izvajanju meritev. Slika 12: Meritve, model SIMPEL, padavine. 15

ZAKLJUČEK V seminarju sem predstavila model SIMPEL, s katerim računamo koločino vode v tleh. To je nemški model, ki je brezplačno dostopen na internetu. S tem modelom sem naredila nekaj izračunov za področje Murske Sobote. Za leti 2006 in 2007 sem dobljene modelske rezultate primerjala z meritvami, ki jih izvajajo na meteorološki postaji v Murski Soboti. Za leto 2007 se meritve in modelski izračuni ne ujemajo najbolje, vendar vseeno vidimo da je dinamika modela pravilna. Lahko sklepamo, da je prišlo do napak pri meritvah. Za leto 2006 se meritve in modelske vrednosti zadovoljivo ujemajo. Model SIMPEL je primeren za uporabo na področju Slovenije, potrebno ga je le predhodno umeriti. Umerimo ga tako da pogledamo katere meteorološke spremenljivke najbolj vplivajo na končni razultat. Za te spremenljivke torej potrebujemo zelo točne vrednosti. Pri umerjanju modela damo največji poudarek izbiri koeficientov kot so poljska kapaciteta, točka venenja, globina korenin... V praksi se je izkazalo, da so takšni modeli uporabni v kmetijstvu. Uporabni so predvsem pri namakalnih sistemih. Z modelom lahko napovemo kdaj je namakanje resnično potrebno in s tem preprečimo da bi začeli z namakanjem prepozno ali pa prekmalu, kar oboje škoduje rastlinam. Na takšen način lahko zagotovimo optimalen način delovanja namakalnih naprav,prav tako pa njihovo ekonomičnost. LITERATURA [1] Ipavec T. 2007. Obravnava suše z modeloma IRRFIB in SIMPEL. Seminar pri prof. Kajfež-Bogataj. [2] Brilly M., Šraj M. 2005. Modeliranje površinskega odtoka in navodila za program HEC- HMS. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo. [3] Hormann G.,The SIMPEL soil water spreadheets: defining the low and of hydrologic computing, http://www.hydrology.uni-kiel.de/~schorsch/simpel/englisch/low_end_hydrology.pdf (22.4.2009) [4] France J., Thornley J.H.M. 1984., Mathematical Models in Agriculture. [5] Bohne K., An Introduction into Applied Soil Hydrology [6] Van Walt Limited - Groundwater & Soil Sampling, http://www.vanwalt.com/soil_tdr-auger-soil-sample-contamination.htm (22.4.2009) 16