Διερεύνηση της δυναμικής του εδαφικού νερού με μαθηματικό μοντέλο επιλεκτικής ροής σε καλλιεργούμενο και μη αγρό:
Creators: name: Κολοτούρος, Χρήστος Αθανασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: έδαφος
επιλεκτική ροή
μακροπορώδη ροή
soil
preferential flow
macroflow

description: Το φαινόμενο της επιλεκτικής ροής στο έδαφος ευνοεί τη μεταφορά επικίνδυνων για τον άνθρωπο και το περιβάλλον ουσιών προς τους υπόγειους υδροφορείς καθότι μειώνεται σημαντικά ο χρόνος για την αλληλεπίδραση ουσιών με το χημικά και βιολογικά ενεργό επιφανειακό στρώμα του εδάφους. Στην εργασία αυτή γίνεται ανασκόπηση των διαφόρων μοντέλων που έχουν αναπτυχθεί και θεωρούν την ύπαρξη μακρορροής στο έδαφος, για να εξεταστεί αναλυτικά στη συνέχεια το μοντέλο διπλής διαπερατότητας MACRO το οποίο περιγράφει την κίνηση του νερού και των ουσιών στις δύο φάσεις του εδάφους. Εν συνεχεία γίνεται εφαρμογή του μοντέλου MACRO για διάφορες τιμές του ορίου δημιουργίας μακρορροής καθώς και του συμβατικού μοντέλου WANISIM που δεν θεωρεί φαινόμενα μακρορροής σε δύο πειραματικούς αγρούς. Ο πρώτος πειραματικός αγρός αφορά καλλιέργεια καλαμποκιού σε πηλώδες έδαφος υπό συνθήκες ανεπάρκειας νερού και ο δεύτερος αναφέρεται σε γυμνό πηλώδες έδαφος κατά την υγρή χειμερινή περίοδο. Σχετικά με την καλλιέργεια καλαμποκιού και τα δύο μοντέλα δίνουν ικανοποιητικά αποτελέσματα σε σχέση με τις μετρημένες τιμές υγρασίας. Συγκριτικά, το μοντέλο MACRO για και δίνει καλύτερα αποτελέσματα εν συγκρίσει με τα μοντέλα WANISIM και MACRO χωρίς μακρορροή. Αναφορικά με την προσομοίωση σε γυμνό έδαφος σε συνθήκες κοντά στον κορεσμό, το μοντέλο MACRO δίνει πολύ καλή συσχέτιση με τις μετρημένες τιμές υγρασίας, με το μοντέλο υπό την θεώρηση μακρορροής να δίνει και πάλι βελτιωμένα αποτελέσματα σε σχέση με τα αντίστοιχα αποτελέσματα χωρίς μακρορροή. Σχετικά με το φαινόμενο της μακρορροής σύμφωνα με τις θεωρήσεις του μοντέλου MACRO, αυτό δεν παρατηρήθηκε σε καμία περίπτωση για την καλλιέργεια καλαμποκιού ακόμα και όταν εφαρμόστηκε θεωρητικό σενάριο άρδευσης ώστε να υπάρχει πλήρης κάλυψη των δυναμικών αναγκών εξατμισοδιαπνοής. Αντίθετα στο γυμνό έδαφος κατά τις χειμερινές συνθήκες, παρατηρήθηκε το φαινόμενο της μακρορροής σε σημαντικό βαθμό και για μεγάλο χρονικό διάστημα τόσο με τον κορεσμό του εδάφους στα βαθύτερα στρώματα όσο και απευθείας από την επιφάνεια του εδάφους. Και ενώ ο πρώτος μηχανισμός δημιουργίας μακρορροής μπορεί να μην κρίνεται σημαντικός καθ΄ότι η δημιουργία μακρορροής στα βαθύτερα εδαφικά στρώματα δεν έχει σημαντική ποσοτική και ποιοτική διαφορά από τη συμπεριφορά του κορεσμένου μικροπορώδους, η δημιουργία μακρορροής απευθείας από την επιφάνεια του εδάφους κρίνεται σημαντική για την ποιότητα των υπογείων νερών. Αυτό συμβαίνει διότι μειώνεται σημαντικά ο χρόνος αλληλεπίδρασης των ουσιών με το χημικά και βιολογικά ενεργό επιφανειακό στρώμα του εδάφους και έτσι οι διάφορες ρυπογόνες ουσίες μεταφέρονται απευθείας σε βάθη όπου υπό άλλες συνθήκες δεν θα ήταν αναμενόμενη η ύπαρξή τους.
description: Preferential flow in soil favors contaminant transport, both for environment and human, to groundwater without interaction with the chemically and biologically reactive upper layer of soil. This paper reviews the most common models of preferential flow in order to focus afterwards in the model MACRO which is a dual-permeability model that describes water and solute transport in the two domains of soil. It follows the application of the MACRO model for various values of the parameter which represents the initiation of preferential flow and the application of the WANISIM model, which ignores preferential flow, in two experimental fields. The first plot is referred to corn-crop in a loamy soil under inadequacy of water and the second plot is referred to a loamy bare soil during the wet hydrological conditions of winter. About the corn-crop, both models, MACRO and WANISIM give very well results in relevance to the measured data. Comparably, MACRO model for and give better results from the WANISIM model and MACRO without the consideration of preferential flow. The above differences are focused in the differences between models in depths above . As it concerns the simulation in bare soil under wet conditions, MACRO model shows very good correlation with the measured soil water content. Again, simulation in two domains with the MACRO model gave improved results in comparison with the simulation in one flow domain. Relatively to preferential flow according to the MACRO model approaches, the specific phenomenon did not took place at all at the corn-crop even when a hypothetical scenario of irrigation was applied so that the potential evapotranspiration was fully covered. Reversely, macroflow was calculated at great extent as a result of saturation of the deeper zones and of surface infiltration straight to the macropores at the bare soil during the winter time conditions. Preferential flow as a result of saturation in the deeper zones does not considered of special interest because it has the same behavior at the water and solute balance as the saturated micropores but preferential flow straight from the topsoil is of great interest. This is because water bypasses the first soil layers which are chemically and biologically active and so pollutants are transported rapidly downwards in the soil at points where they should not be expected.