Comparison of simulated soil moisture on the field scale with in situ measured and remotely sensed soil moisture in the Pinios hydrologic observatory
Creators: name: Χατζή, Αννα Ευστρατίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Υδρολογικό μοντέλο mGROWA
Υδρολογικές προσομοιώσεις
Εδαφική υγρασία
Hydrological model mGROWA
Water budget simulations
Soil moisture

description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται μια περιπτωσιολογική μελέτη για την υπολεκάνη της Αγιάς, η οποία ανήκει στην λεκάνη του ποταμού Πηνειού, στην κεντρική Ελλάδα. Στόχος της διατριβής ήταν η εφαρμογή προσομοιώσεων με χρήση του υδρολογικού μοντέλου mGROWA (Herrmann, et al., 2013) και η εκτίμηση των αποτελεσμάτων της. Πολλές εφαρμοσμένες προσομοιώσεις, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν για τα έτη 2015-2019, στόχευαν στην βελτίωση των εισαγόμενων παραμέτρων. Ως εκ τούτου, ποικίλες παράμετροι αποτέλεσαν αρχικά παραδοχές και τροποποιήθηκαν μέχρι τον τελικό προσδιορισμό τους. Η τελική εφαρμογή του μοντέλου πρόκειται να αποτελέσει μια βάση δεδομένων για μελλοντικές έρευνες στη περιοχή. Για το προσδιορισμό των εδαφικών παραμέτρων και των παραμέτρων χρήσης γης, οι οποίες εισήχθησαν τελικά στην προσομοίωση, πραγματοποιήθηκε μια δειγματοληψία εδάφους στις αρχές του Ιουνίου του 2019. Τα δείγματα που συλλέχτηκαν ανήκαν κυρίως σε αγροτεμάχια χειμερινού σιταριού, καθώς αποτελεί την κύρια ετήσια καλλιέργεια της λεκάνης. Στη συνέχεια, αυτά τα δείγματα αναλύθηκαν στο εργαστήριο του Ινστιτούτου Εδαφοϋδατικών Πόρων (ΙΕΥΠ) (06.06.2019 – 12.07.2019) ώστε να καθοριστεί η εδαφική υγρασία, η μηχανική σύσταση του εδάφους και άλλες υδρολογικές παράμετροι του εδάφους. Μερικές εδαφικές παράμετροι υπολογίσθηκαν επίσης με διαφορετικές μεθοδολογίες (μέσω συναρτήσεων ή γραφημάτων), και έπειτα από σύγκριση επιλέχτηκαν οι τιμές που παρουσίασαν τα καλύτερα αποτελέσματα. Επιπροσθέτως, πολλές παράμετροι που αφορούσαν την τοπολογία ανακτήθηκαν από υπάρχουσες βάσεις δεδομένων, ενώ τα αντίστοιχα κλιματικά δεδομένα συλλέχτηκαν από ένα μετεωρολογικό σταθμό που εγκαταστάθηκε και λειτουργεί από το Ινστιτούτο Εδαφοϋδατικών Πόρων και είναι τοποθετημένος βόρεια της πόλης της Αγιάς. Όλα τα παραπάνω δεδομένα συνέθεσαν την τελική διάταξη της προσομοίωσης του μοντέλου mGROWA. Ορισμένοι χάρτες εδαφικής υγρασίας για το έτος 2018 ανακτήθηκαν από το ερευνητικό κέντρο Theia French Land Data Center. Για τον υπολογισμό των τιμών της εδαφικής υγρασίας των συγκεκριμένων αγροτεμαχίων σιτηρών της υπολεκάνης της Αγιάς εφαρμόστηκε ένας ανάστροφος αλγόριθμος. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων του μοντέλου mGROWA συγκρίθηκαν με τα τηλεπισκόπικα δεδομένα εδαφικής υγρασίας για το υδρολογικό έτος 2018 και με τις επί τόπου μετρημένες εδαφικές υγρασίες που προήλθαν από την δειγματοληψία εδάφους τον Ιούνιο του 2019 στην περιοχή μελέτης, ώστε να επαληθεύσουν την καλή απόδοση του μοντέλου. Κάποια αναπόφευκτα λάθη επισημάνθηκαν και αιτιολογήθηκαν. Εν κατακλείδι, τα αποτελέσματα της εφαρμογής του υδρολογικού μοντέλου mGROWA στην περιοχή μελέτης κρίνονται ικανοποιητικά, παρόλες τις δυσκολίες που προέκυψαν κατά τη διαδικασία της δειγματοληψίας. Οι αβεβαιότητες που προέκυψαν θα μπορούσαν να διαλευκανθούν μέσω περισσότερων μετρήσεων με στόχο την βελτίωση της προσομοίωσης. Επιπροσθέτως, συνεχείς παρατηρήσεις εδαφικής υγρασίας θα μπορούσαν να συνεισφέρουν στη βελτιστοποίηση της προσομοίωσης. Τα τελικά αποτελέσματα ενδέχεται να αποτελέσουν μια βάση δεδομένων για βελτιωμένη μελλοντική εφαρμογή του μοντέλου σε ευρύτερη κλίμακα
description: In this master thesis, a case study for the Agia’s sub-basin, which belongs to the River Pinios Basin, in central Greece is presented. The aim of this thesis was to perform water budget simulations for the study area using the hydrological model mGROWA (Herrmann, et al., 2013). Many simulations, which were conducted for the years 2015-2019, aimed at the improvement of the inserted parameters. Hence, many parameters were assessed and modified until the intended determination of them. The final performance is going to form a database for future researches in the area. For the determination of the soil and land-use parameters which were finally inserted in the simulation, a soil sampling survey in early June 2019 was conducted. The samples which were collected belonged mainly to winter wheat parcels. Afterwards, these samples were analyzed in the laboratory of Soil and Water Resources Institute (SWRI) (06.06.2019 – 12.07.2019) in order to monitor soil moisture, soil texture and hydraulic parameters of the soil. Some soil parameters were also calculated with different methodologies (functions or graphs) and through the comparison, the best values were chosen. In addition, many parameters concerning the topography were obtained from existing databases, while the corresponding climatic data were collected by a climate observation station operated by the SWRI located south of the city of Agia. All these data composed the final setup of mGROWA model simulations. Some soil moisture maps were obtained from the Theia French Land Data Center for the year 2018 and an inversion algorithm for estimating soil moisture was applied for some agricultural plots of summer crops in Agia’s sub-basin. mGROWA simulations’ results were compared with the remote sensing soil moisture data for the hydrological year of 2018 and with in situ measured soil moisture resulted from the sampling survey in June of 2019 in the study area, in order to verify model’s good performance. Some unavoidable errors were pointed out and justified. In summary, it can be claimed that the application of mGROWA indicated satisfactory results with regard to the simulation of the water budget in the study area, despite the difficulties encountered in sampling soil survey. More measurements could clarify the uncertainties, in order to improve the simulation’s methodology. In addition, an increased number of continuous soil moisture observations could contribute to an optimization of the soil moisture simulation. The obtained results may serve as a supplementary base for an improved future model performance in the study area