Ανάπτυξη και αξιολόγηση πεδοσυναρτήσεων με λειτουργικά κριτήρια στην πεδιάδα Θεσσαλονίκης
Creators: name: Μουσουλιώτης, Ανδρέας Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2008
Subjects: Πεδοσυναρτήσεις
Λειτουργική αξιολόγηση
Ακόρεστη ροή
GMDH
SWBACROS
Pedotransfer functions
Unsotuvated flow

description: Η εκτίμηση των υδραυλικών ιδιοτήτων του εδάφους είναι μια ιδιαίτερα πολύπλοκη και χρονοβόρα διαδικασία. Για παράδειγμα ο υπολογισμός της χαρακτηριστικής καμπύλης του εδαφικού νερού απαιτεί διαδικασίες που μπορεί να διαρκέσουν περισσότερο και από δύο μήνες. Για το λόγο αυτό γίνονται πολλές προσπάθειες για τον υπολογισμό σχέσεων που να περιγράφουν τις υδραυλικές ιδιότητες του εδάφους από ευκόλως μετρήσιμες εδαφολογικές πληροφορίες όπως για παράδειγμα η μηχανική σύσταση, η περιεχόμενη οργανική ουσία, το φαινόμενο ειδικό βάρος και το pH. Οι σχέσεις αυτές αναφέρονται στη βιβλιογραφία ως πεδοσυναρτήσεις (pedotransfer functions). Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η ανάπτυξη πεδοσυναρτήσεων, που μπορούν να περιγράψουν τις υδραυλικές ιδιότητες του εδάφους στην πεδιάδα Θεσσαλονίκης και η αξιολόγησή τους με λειτουργικά κριτήρια.Τα πειραματικά δεδομένα στα οποία στηρίχθηκε η παρούσα διατριβή προέρχονται από μετρήσεις στην πεδιάδα Θεσσαλονίκης, οι οποίες έγιναν στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος «Περιβάλλον - Πυθαγόρας - Ενίσχυση Ερευνητικών ομάδων στο Πανεπιστήμιο» και για τις ανάγκες του υποέργου «Εξοικονόμηση αρδευτικού νερού μέσω ορθολογικού προγραμματισμού των αρδεύσεων» με την ευθύνη του Εργαστηρίου Γενικής και Γεωργικής Υδραυλικής της Γεωπονικής Σχολής του ΑΠΘ. Τα πειραματικά αυτά δεδομένα, χρησιμοποιήθηκαν αρχικά για την αξιολόγηση πεδοσυναρτήσεων της βιβλιογραφίας. Αποδείχτηκε ότι οι πεδοσυναρτήσεις αυτές είναι ανεπαρκείς στην περιγραφή των υδραυλικών ιδιοτήτων στην περιοχή που ελήφθησαν τα πειραματικά δεδομένα. Για το λόγο αυτό κρίθηκε αναγκαία η δημιουργία νέων πεδοσυναρτήσεων.Οι νέες πεδοσυναρτήσεις παρήχθησαν με τις μεθόδους της GMDH (Group Method of Data Handling) (η οποία χρησιμοποιεί τη μη γραμμική παλινδρόμηση) και της γραμμικής παλινδρόμησης. Ακολούθησε σύγκριση όλων των πεδοσυναρτήσεων, δηλαδή τόσο των πεδοσυναρτήσεων της βιβλιογραφίας αλλά και εκείνων που δημιουργήθηκαν στα πλαίσια της διατριβής. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκαν ως δείκτες διάφορα στατιστικά κριτήρια και επιλέχθηκαν οι πεδοσυναρτήσεις της μεθόδου GMDH, ως οι πιο ακριβείς για να εισαχθούν στο μαθηματικό μοντέλο SWBACROS. Ακολούθησαν εκτελέσεις του μοντέλου για δύο αγρούς, ζαχαρότευτλων και βαμβακιού. Εκτελέσεις έγιναν τόσο με τις μετρημένες τιμές των υδραυλικών ιδιοτήτων αλλά και με τις υπολογισμένες από τις πεδοσυναρτήσεις τιμές και για τις δύο αγρούς. Στη συνέχεια ακολούθησαν συγκρίσεις. Οι συγκρίσεις αφορούν τη λειτουργική αξιολόγηση των πεδοσυναρτήσεων. Την εισαγωγή δηλαδή των πεδοσυναρτήσεων σε ένα μαθηματικό μοντέλο υπολογισμού του υδατικού ισοζυγίου ενός καλλιεργούμενου εδάφους και τη σύγκριση των αποτελεσμάτων (προσομοιωμένη εδαφική υγρασία, προσομοιωμένη πραγματική εξατμισοδιαπνοή, προγραμματισμός άρδευσης) με αυτά που προκύπτουν, όταν αντί των μετρημένων τιμών των υδραυλικών παραμέτρων χρησιμοποιούνται οι τιμές των υδραυλικών παραμέτρων οι οποίες ήταν αποτέλεσμα των πεδοσυναρτήσεων.Από τις προσομοιώσεις του μοντέλου, φάνηκε ότι το μοντέλο SWBACROS μπορεί να προβλέπει πολύ ικανοποιητικά την υγρασιακή κατάσταση του εδάφους, δίνοντας χαμηλό RMS για την καλλιέργεια των ζαχαροτεύτλων και αρκετά χαμηλότερο για την καλλιέργεια του βαμβακιού.Τα αποτελέσματα των συγκρίσεων δείχνουν ότι, σε μικρότερα βάθη οι πεδοσυναρτήσεις υπερεκτιμούν τις μετρημένες τιμές υγρασίας ενώ σε μεγαλύτερα βάθη προσεγγίζουν καλύτερα τις μετρημένες τιμές. Επιπλέον, οι πεδοσυναρτήσεις υπερεκτιμούν την υδατοϊκανότητα. Η υπερεκτίμηση αυτή έχει ως συνέπεια, η ποσότητα του αρδευτικού νερού, όπως και η πραγματική εξατμισοδιαπνοή των καλλιεργειών που υπολογίζονται με βάση τις υπολογισμένες από τις πεδοσυναρτήσεις τιμές, να είναι αρκετά αυξημένες.Για την καλύτερη αξιολόγηση των πεδοσυναρτήσεων της πεδιάδας απαιτείται η συγκέντρωση περισσότερων δεδομένων πεδίου καθώς με μικρό πλήθος δεδομένων δεν αντικατοπτρίζεται επαρκώς η μεταβλητότητα των ιδιοτήτων σε μια περιοχή μελέτης.
description: The evaluation of the hydraulic properties of the soil is a complicated and time consuming process. For example the procedure for the estimation of the soil water retention curves very often requires more than two months. For this reason there is a lot of work in the literature involving the definition of relationships, which estimate the soil hydraulic properties by easily obtained field data, such as the mechanic composition of the soil, the organic carbon content, the soil bulk density and the pH. These relationships are called pedotransfer functions. The aim of this work is the development of pedotransfer functions that estimate the hydraulic properties of the Thessaloniki plain and their evaluation using functional criteria. The field data used in this thesis, were obtained under the research programme "Irrigation water saving through rational irrigation scheduling", which was conducted under the responsibility of the Laboratory of General and Agricultural Hydraulics and Land Reclamation of the Faculty of Agriculture of Aristotle University of Thessaloniki, Greece. This data set was used for the evaluation of a number of pedotransfer functions obtained from the literature. It was shown that none of the these functions is sufficient for the description of the hydraulic properties in the Thessaloniki plain. As a result, the development of new pedotransfer functions was considered essential.New pedotransfer functions were derived using the GMDH (Group Method of Data Handling) and the linear regression methodologies. Furthermore, a comparison was carried out between the pedotransfer functions of the bibliography and the pedotransfer functions developed in this thesis. Using various statistical criteria GMDH pedotransfer functions were selected as the most precise ones. These functions were imported in the mathematical model SWBACROS. Simulations were carried out in two fields: one cultivated with sugar beets and one with cotton. Simulations used the measured values of hydraulic properties and also the calculated pedotransfer functions for the two fields. The comparisons concern the functional evaluation of pedotransfer functions, i.e. the results obtained by a water balance mathematical model when the hydraulic properties of the soil are computed by the pedotranfer functions instead of using the measured values. The results show that the mathematical model SWBACROS predicts the soil moisture regime of cultivated soils very satisfactorily. The RMS value is very low in the sugar beets crop and even lower in the cotton crop. Comparing to the measured values, the pedotransfer functions overestimate the moisture content of the soil in shallow depths. Overestimation is smaller in deeper depths. Moreover pedotransfer functions overestimate the field capacity. This over-estimation results in the computation of bigger amounts of irrigation water and also in higher values of the estimated evapotranspiration. More field data are required for a better evaluation of the developed pedotransfer functions.