SaltMod

редактировать
SaltMod
SahysModScreenshotInput.png
Разработчик (и) Институт мелиорации и улучшения земель (ILRI)
Написано наDelphi
Операционная система Microsoft Windows
Доступно наанглийском
Типе Статистическое программное обеспечение
Лицензия Собственное Бесплатное ПО
Веб-сайтSaltMod

SaltMod - это компьютерная программа для прогнозирования засоленности влажности почвы, грунтовых вод и <58.>дренаж воды, глубина водоема и дренаж сток (гидрология) на орошаемых сельскохозяйственных землях, используя различные (гео) гидрологические условия, различные варианты управления водными ресурсами, включая использование грунтовых вод для орошения, и несколько графиков севооборота. Варианты управления водными ресурсами включают орошение, дренаж и использование подземных дренажных вод из водостоков, канав или колодцев для орошения.

Содержание

  • 1 Модели засоления почвы
  • 2 Упрощенная модель засоления: SaltMod
  • 3 Обоснование
  • 4 Принципы
    • 4.1 Сезонный подход
    • 4.2 Гидрологические данные
    • 4.3 Сельскохозяйственные данные
    • 4.4 Слои почвы
    • 4.5 Водный баланс
    • 4.6 Дренаж, колодцы и повторное использование
    • 4.7 Баланс солей
    • 4.8 Ответ фермеров
    • 4.9 Годовые изменения ввода
    • 4.10 Выходные данные
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Модели засоления почвы

Большинство компьютерных моделей, доступных для переноса воды и растворенных веществ в почве (например, Swatre, DrainMod), основаны на по дифференциальному уравнению Ричарда для движения воды в ненасыщенной почве в сочетании с уравнением дисперсии разной солености . Модели требуют ввода характеристик почвы, таких как соотношение между ненасыщенной влажностью почвы, напряжением воды, гидравлической проводимостью и дисперсностью.

Эти отношения сильно различаются от места к месту, и их нелегко измерить. В моделях используются короткие временные шаги и требуется, по крайней мере, ежедневная база данных о гидрологических явлениях. В целом это превращает применение модели в довольно крупный проект в задачу группы специалистов с широкими возможностями.

Компоненты Saltmod

Упрощенная модель солености: SaltMod

Литературные ссылки (в хронологическом порядке) на тематические исследования после 2000 г.:. Более старые примеры применения можно найти в:

  1. Соленость в дельте Нила
  2. Интеграция управления ирригацией и дренажом

Обоснование

Существует потребность в компьютерной программе, с которой проще работать и которая требует более простой структуры данных, чем большинство доступные на данный момент модели. Поэтому программа SaltModod была разработана с учетом относительной простоты эксплуатации, чтобы облегчить использование полевыми техниками, инженерами и проектировщиками вместо специализированных геогидрологов.

. Она нацелена на использование общедоступных исходных данных, или которые можно оценить с разумной точностью, или которые можно измерить с относительной легкостью. Хотя расчеты выполняются численно и должны повторяться много раз, окончательные результаты можно проверить вручную, используя формулы, приведенные в руководстве.

Цель SaltMod - прогнозировать долгосрочную гидросоленость с точки зрения общих тенденций, а не приходить к точным прогнозам того, как, например, ситуация будет в первой из Апрель через десять лет.

Кроме того, SaltMod дает возможность повторного использования дренажной и колодезной воды (например, для орошения) и может учитывать реакцию фермеров на заболачивание, засоление почвы, нехватка воды и перекачка из водоносного горизонта. Также предлагается возможность внедрения подземных дренажных систем на различных глубинах и с переменной производительностью, чтобы их можно было оптимизировать. Другие возможности Saltmod описаны в следующем разделе.

Принципы

Сезонный подход

Метод расчета Saltmod основан на сезонных водных балансах сельскохозяйственных земель. Можно выделить четыре сезона в году, например сухой, влажный, холодный, жаркий, орошаемый период пара. Количество сезонов (Ns) можно выбрать от минимум одного до максимум четырех. Чем больше становится количество сезонов, тем больше требуется входных данных. Продолжительность каждого сезона (Ts) указывается в количестве месяцев (0 < Ts < 12). Day to day water balances are not considered for several reasons:

  1. ежедневные входные данные потребуют большого количества информации, которая может быть недоступна;
  2. метод специально разработан для долгосрочного прогнозирования, а не повседневные тенденции и прогнозы на будущее более надежны на сезонной (долгосрочной) основе, чем на ежедневной (краткосрочной) основе, из-за высокой изменчивости краткосрочных данных;
  3. даже несмотря на то, что точность прогнозов на будущее может быть все еще не очень высокой, многое получается, когда тренд достаточно ясен; например, нет необходимости быть основным ограничением для разработки соответствующего контроля засоления почвы измеряет, когда определенный уровень солености, прогнозируемый Saltmod через 20 лет, на самом деле произойдет через 15 или 25 лет.

Гидрологические данные

В методе в качестве входных данных используются сезонные компоненты водного баланса. относящиеся к поверхности гидрологии (например, осадки, испарение, орошение, использование дренажа и колодезная вода для орошения, сток ), и водосборная среда гидрология (например, восходящая фильтрация, естественный дренаж, откачка из колодцев). Другие компоненты водного баланса (например, нисходящая просачивание, восходящее капиллярное поднятие, подземный дренаж ) выдаются как выходные данные.. Количество дренажной воды, как выход определяется двумя факторами интенсивности дренажа для дренажа выше и ниже уровня дренажа соответственно (должны быть предоставлены с входными данными), коэффициентом уменьшения дренажа (для моделирования ограниченной работы дренажной системы) и высотой воды таблица, полученная из расчетного водного баланса. Варьирование коэффициентов интенсивности дренажа и коэффициента уменьшения дренажа дает возможность имитировать влияние различных вариантов дренажа.

Сельскохозяйственные данные

Орошаемые земли

Входные данные по орошению, испарению и поверхностному стоку должны быть указаны в сезон для трех видов агротехники, которые могут быть выбраны по усмотрению пользователя:

  1. A: орошаемые земли с культурами группы A
  2. B: орошаемые земли с культурами группа B
  3. U: неорошаемые земли с богарными культурами или залежные земли

Группы, выраженные в долях от общей площади, могут состоять из комбинаций культур или только одного единственный вид урожая. Например, в качестве сельскохозяйственных культур типа A можно указать слабо орошаемые культуры, а в качестве типа B - более интенсивно орошаемые, такие как сахарный тростник и рис. Но можно также принять A как рис и B как сахарный тростник или, возможно, деревья и сады. Культуры A, B и / или U могут быть взяты по-разному в разные сезоны, например. A = пшеница + ячмень зимой и A = кукуруза летом, B = овощи зимой и B = хлопок. летом.. Неорошаемые земли можно указать двумя способами: (1) как U = 1 − A − B и (2) как A и / или B с нулевым орошением. Также может быть выполнено сочетание.. Кроме того, необходимо указать сезонную ротацию различных землепользований по всей площади, например полное вращение, полное отсутствие вращения или неполное вращение. Это происходит с индексом вращения. Ротации производятся по сезонам в течение года. Чтобы получить ротации по годам, рекомендуется вводить годовые изменения входных данных.. Когда доля A1, B1 и / или U1 в первом сезоне отличается от долей A2, B2 и / или U2 во втором сезоне, потому что Режимы полива по сезонам различаются, программа определит, что происходит определенный севооборот. Если кто-то хочет избежать этого, можно указать одни и те же фракции для всех сезонов (A2 = A1, B2 = B1, U2 = U1), но количество культур и поливы, возможно, придется скорректировать пропорционально.. Графики севооборота сильно различаются в разных частях мира. Творческие комбинации долей площадей, индексов севооборота, количества орошения и изменения ежегодных затрат могут приспособить многие типы сельскохозяйственных методов. Варьирование долей площадей и / или графика севооборота дает возможность моделировать влияние различных методов ведения сельского хозяйства на водно-солевой баланс.

Слои почвы

Водоносный горизонт может играть важную роль в засолении почвы

Saltmod принимает четыре разных резервуара, три из которых находятся в профиле почвы:

  1. поверхностный резервуар
  2. верхний (неглубокий) резервуар почвы или корневая зона
  3. промежуточный резервуар почвы или переходная зона
  4. глубокий резервуар или водоносный горизонт.

Верхний резервуар почвы определяется почвой глубина, с которой вода может испаряться или поглощаться корнями растений. Он может быть равен корневой зоне.. Корневая зона может быть насыщенной, ненасыщенной или частично насыщенной, в зависимости от водного баланса. Все движения воды в этой зоне вертикальные, вверх или вниз, в зависимости от водного баланса. (В будущей версии Saltmod верхний пласт почвы может быть разделен на две равные части для выявления тенденции вертикального распределения засоленности.). Переходная зона также может быть насыщенной, ненасыщенной или частично насыщенной. Все потоки в этой зоне являются вертикальными, за исключением потока в подземные дрены.. Если присутствует горизонтальная подземная дренажная система , она должна быть размещена в переходной зоне, которая затем делится на две части: верхняя переходная зона (выше уровня дренажа) и нижняя переходная зона (ниже уровня дренажа).. Если кто-то желает различать верхнюю и нижнюю часть переходной зоны при отсутствии системы подземного дренажа, можно указать в исходные данные - дренажная система с нулевой интенсивностью.. Водоносный горизонт имеет преимущественно горизонтальный поток. Насосные колодцы, если они есть, получают воду только из водоносного горизонта.

Водный баланс

Коэффициенты водного баланса в верхнем слое почвы

Водный баланс рассчитывается для каждого водоема отдельно, как показано в статье Гидрология (сельское хозяйство). Избыточная вода, выходящая из одного резервуара, преобразуется в поступающую воду для следующего резервуара.. Трем почвенным резервуарам можно назначить разную толщину и коэффициенты накопления, которые будут заданы в качестве входных данных.. В конкретной ситуации переход зоны или водоносного горизонта не обязательно. Затем ему должна быть придана минимальная толщина 0,1 м.. Глубина уровня грунтовых вод, рассчитанная на основе водного баланса, предполагается одинаковой для всей территории. Если это предположение неприемлемо, территорию необходимо разделить на отдельные единицы.. При определенных условиях высота уровня грунтовых вод влияет на составляющие водного баланса. Например, повышение уровня грунтовых вод по направлению к поверхности почвы может привести к увеличению испарения, поверхностного стока и подземного дренажа или к уменьшению просачивания потери от каналов. Это, в свою очередь, приводит к изменению водного баланса, что снова влияет на высоту уровня грунтовых вод и т. Д.. Эта цепочка реакций является одной из причин, по которым Saltmod был разработан в компьютерную программу. Требуется несколько повторных вычислений (итераций ), чтобы найти правильное равновесие водного баланса, что было бы утомительной работой, если бы выполнялось вручную. Другие причины заключаются в том, что компьютерная программа облегчает вычисления для различных вариантов управления водными ресурсами в течение длительных периодов времени (с целью моделирования их долгосрочных эффектов) и для пробных запусков с различными параметрами.

Дренаж, колодцы и повторное использование

Подземный дренаж может осуществляться с помощью дренажа или закачивания скважин.. Подземные дрены характеризуются глубиной дренажа и коэффициентом дренажной способности. Дрены расположены в переходной зоне. Устройство подземного дренажа может применяться как в естественных, так и в искусственных дренажных системах. Функционирование искусственной дренажной системы можно регулировать с помощью коэффициента регулирования дренажа.. Когда дренажная система отсутствует, установка дренажей с нулевой пропускной способностью дает возможность получить отдельные водные и солевые балансы для верхней и нижней части перехода. зона.. Насосные скважины находятся в водоносном горизонте. Их функционирование характеризуется сбросом из колодца.. Дренажная и колодезная вода может использоваться для орошения за счет коэффициента повторного использования. Это может повлиять на солевой баланс и эффективность или достаточность орошения.

Кривые выщелачивания, калибровка эффективности выщелачивания

Балансы солей

Балансы солей рассчитываются для каждого коллектора отдельно. Они основаны на их водном балансе с использованием концентрации солей в входящей и исходящей воде. Некоторые концентрации должны быть указаны в качестве исходных данных, например, начальные концентрации солей в воде в различных почвенных резервуарах, в оросительной воде и поступающих грунтовых водах в водоносный горизонт.

.

Графическое представление тенденций засоления почвы

Концентрации выражены в единицах электропроводности (ЕС в дСм / м). Когда концентрации известны в г соли / л воды, можно использовать практическое правило: 1 г / л ->1,7 дСм / м. Обычно концентрация солей в почве выражается в ECe, электропроводности экстракта насыщенной почвенной пасты (насыщенного экстракта). В Saltmod концентрация соли выражается как ЕС влажности почвы при насыщении в полевых условиях. Как правило, можно использовать коэффициент пересчета EC: ECe = 2: 1.. Концентрации солей в исходящей воде (либо из одного резервуара в другой, либо за счет подземного дренажа) рассчитываются на основе солевых балансов с использованием различных Эффективность выщелачивания или смешивания солей должна быть указана во входных данных. Эффекты различной эффективности выщелачивания можно моделировать, варьируя их входные значения.

. Если для орошения используется дренажная или колодезная вода, метод вычисляет концентрацию солей в смешанной поливной воде с течением времени и последующее влияние на соленость почвы и грунтовых вод, что снова влияет на концентрацию солей в воде. сливная и колодезная вода. Изменяя долю использованной дренажной или скважинной воды (указывается во входных данных), можно моделировать долгосрочное влияние различных фракций.

. растворение твердых минералов почвы или химическое осаждение малорастворимых солей не включены в метод расчета, но в некоторой степени его можно учесть с помощью входных данных, например путем увеличения или уменьшения концентрации солей в оросительной воде или поступающей воде в водоносный горизонт.

Ответы фермеров

При необходимости ответы фермеров на заболачивание и засоление почвы могут быть учтены автоматически. Метод может постепенно уменьшаться:

  1. количество поливной воды, применяемой, когда уровень грунтовых вод становится меньше;
  2. доля орошаемых земель при дефиците доступной поливной воды;
  3. доля орошаемых земель при увеличении засоления почвы; для этой цели засолению дается стохастическая интерпретация.

Ответ (1) отличается для прудовых (погруженных) риса (рисовых полей) и культур с «сухими ногами».

. Отклики влияют на водный и солевой балансы, которые, в свою очередь, замедляют процесс заболачивания и засоления. В конечном итоге будет достигнута равновесная ситуация.

. Пользователь также может представить ответы фермеров, вручную изменив соответствующие входные данные. Возможно, сначала будет полезно изучить автоматические ответы фермеров и их влияние, а затем решить, какие ответы фермеров будут видны пользователю.

. Отклики влияют на водный и солевой баланс, что, в свою очередь, замедляет процесс заболачивания и засоления. В конечном итоге возникнет равновесная ситуация.

. Пользователь также может представить ответы фермеров, вручную изменив соответствующие входные данные. Возможно, сначала будет полезно изучить автоматические ответы фермеров и их влияние, а затем решить, какими будут ответы фермеров в глазах пользователя.

Годовые входные изменения

Программа может работать с фиксированными входными данными в течение количества лет, определяемого пользователем. Эта опция может использоваться для прогнозирования будущего развития на основе долгосрочных средних входных значений, например осадков, так как будет трудно ежегодно оценивать будущие значения исходных данных. Программа также предлагает возможность следить за историческими записями с ежегодно изменяющимися входными значениями (например, осадки, орошение, сельскохозяйственные методы), расчеты должны производиться из года в год. Если выбрана эта возможность, программа создает файлы переноса, с помощью которых конечные условия предыдущего года (например, уровень грунтовых вод и соленость) автоматически используются в качестве начальных условий для последующего периода. Это средство позволяет использовать различные сгенерированные последовательности осадков, взятые случайным образом из известного распределения вероятности дождя, и получить стохастическое прогнозирование результирующих выходных параметров.

. Если вычисления производятся с ежегодными изменениями, не все входные параметры могут быть изменены, особенно толщина почвенных резервуаров и их общая пористость, так как это может вызвать нелогичные сдвиги в водном и солевом балансах.

Влияние глубины дренажа, выход Засоление почвы, выход Кумулятивное частотное распределение засоленности почвы Капиллярный подъем, выход

Выходные данные

Выходные данные Saltmod приведены для каждый сезон любого года в течение любого количества лет, как указано во входных данных. Выходные данные включают гидрологические аспекты и аспекты солености.

Данные хранятся в виде таблиц, которые можно просматривать напрямую или дополнительно анализировать с помощью программ электронных таблиц.

Поскольку засоленность почвы сильно варьируется от места к месту (рисунок слева), SaltMod включает частотные распределения в выходные данные. Рисунок был сделан с помощью программы CumFreq [21].

Программа предлагает возможность разработки множества взаимосвязей между различными входными данными, результирующими выходными данными и временем.. Однако, поскольку это невозможно предвидеть все возможные варианты использования, программа предлагает только ограниченное количество стандартных графиков.

Программа предназначена для использования программ электронных таблиц для подробного анализа вывода, в котором отношения между различными входными и выходными переменными может быть установлен по сценарию, разработанному пользователем.

Хотя для вычислений требуется много итераций, все конечные результаты можно проверить вручную, используя уравнения, представленные в руководстве.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

  • Модель можно бесплатно загрузить по адресу: [22].
  • Руководство находится в свободном доступе из: [23] или непосредственно в виде файла PDF: [24pting.
Последняя правка сделана 2021-06-06 08:38:43
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте