СолтМод
 | |
| Разработчик(и) | Институт мелиорации и улучшения земель (ИЛРИ) |
|---|---|
| Написано в | Дельфи |
| Операционная система | Microsoft Windows |
| Доступно в | Английский |
| Тип | Статистическое программное обеспечение |
| Лицензия | Проприетарное бесплатное ПО |
| Веб-сайт | СолтМод |
SaltMod - компьютерная программа для прогнозирования засоленности почвенной влаги , грунтовых и дренажных вод , глубины залегания грунтовых вод и дренажного стока (гидрологии) на орошаемых сельскохозяйственных землях с использованием различных (гео)гидрологических условий, различных управления водными ресурсами вариантов , включая использование грунтовых вод для орошения и несколько севооборота графиков . Варианты управления водными ресурсами включают орошение, дренаж и использование подземных дренажных вод из дренажных труб, канав или колодцев для орошения.
Модели засоления почвы
[ редактировать ]Большинство доступных компьютерных моделей переноса воды и растворенных веществ в почве (например, Swatre, [ 1 ] ДрейнМод [ 2 ] ) основаны на дифференциальном уравнении Ричарда для движения воды в ненасыщенной почве в сочетании с дифференциальным уравнением дисперсии солености . Модели требуют ввода характеристик почвы, таких как соотношение между содержанием ненасыщенной влаги в почве, натяжением воды, гидравлической проводимостью и дисперсностью.
Эти отношения сильно различаются от места к месту, и их нелегко измерить. В моделях используются короткие временные шаги и необходима как минимум ежедневная база данных о гидрологических явлениях. В целом это делает применение модели в довольно крупном проекте задачей команды специалистов, обладающих достаточными возможностями.
Упрощенная модель солености: SaltMod
[ редактировать ]Литературные ссылки (хронологические) на тематические исследования после 2000 года: [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]
Более старые примеры применения можно найти в:
Обоснование
[ редактировать ]Существует потребность в компьютерной программе, с которой было бы проще работать и которая требует более простой структуры данных , чем большинство доступных в настоящее время моделей. Поэтому программа SaltModod была разработана с учетом относительной простоты эксплуатации, чтобы облегчить ее использование полевым техникам, инженерам и планировщикам проектов, а не специализированным геогидрологам .
Он направлен на использование входных данных, которые обычно доступны, или которые можно оценить с достаточной точностью, или которые можно относительно легко измерить. Хотя расчеты выполняются численно и их приходится повторять много раз, окончательные результаты можно проверить вручную, используя формулы в руководстве.
Целью SaltMod является прогнозирование долгосрочной гидросолености с точки зрения общих тенденций , а не получение точных прогнозов того, как, например, ситуация будет первого апреля 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 , нехватку воды и чрезмерную откачку из водоносного горизонта . Также это дает возможность внедрить системы подземного дренажа на различной глубине и с различной производительностью, чтобы их можно было оптимизировать . Другие возможности Saltmod описаны в следующем разделе.
Принципы
[ редактировать ]Сезонный подход
[ редактировать ]Метод расчета Saltmod основан на сезонных водных балансах сельскохозяйственных земель. Можно выделить четыре сезона в году, например, сухой, влажный, холодный, жаркий, ирригационный или паровой сезоны. Количество сезонов (Ns) может быть выбрано от минимум одного до максимум четырех. Чем больше становится количество сезонов, тем больше требуется входных данных. Продолжительность каждого сезона (Ts) выражается в месяцах (0 < Ts < 12). Суточные водные балансы не учитываются по нескольким причинам:
- ежедневная работа потребует большого количества информации, которая может оказаться недоступной;
- метод специально разработан для прогнозирования долгосрочных, а не ежедневных тенденций, и прогнозы на будущее более надежно делаются на сезонной (долгосрочной), чем на ежедневной (краткосрочной) основе, из-за высокой изменчивости краткосрочные данные;
- хотя точность прогнозов на будущее все еще может быть не очень высокой, многого можно добиться, когда тенденция достаточно ясна; например, не должно быть серьезным ограничением разработка соответствующих мер по контролю за засолением почвы , когда определенный уровень засоления, который, по прогнозам Saltmod, наступит через 20 лет, в действительности произойдет через 15 или 25 лет.
Гидрологические данные
[ редактировать ]В качестве входных данных метод использует сезонные компоненты водного баланса. Они связаны с гидрологией поверхности (например , осадки , испарение , орошение, использование дренажных и колодезных вод для орошения, сток ) и водоносного горизонта гидрологией (например, восходящая просачивание, естественный дренаж, откачка из колодцев). Остальные компоненты водного баланса (такие как нисходящее просачивание , восходящий капиллярный подъем , подземный дренаж ) представляют собой выход.
Количество дренажных вод на выходе определяется двумя коэффициентами интенсивности дренажа для дренажа выше и ниже уровня дренажа соответственно (задается вместе с входными данными), коэффициентом уменьшения дренажа (для моделирования ограниченной работы дренажной системы) и высоту уровня грунтовых вод, полученную на основе рассчитанного водного баланса. Варьирование коэффициентов интенсивности дренажа и коэффициента снижения дренажа дает возможность моделировать действие различных вариантов дренажа.
Сельскохозяйственные данные
[ редактировать ]
Входные данные по орошению , испарению и поверхностному стоку задаются по сезонам для трех видов агроприемов, которые могут быть выбраны по усмотрению пользователя:
- А: орошаемые земли с культурами группы А.
- Б: орошаемые земли с культурами группы Б
- U: неорошаемые земли с богарными посевами или залежь.
Группы, выраженные в долях общей площади, могут состоять из комбинаций культур или только из одного вида культур. Например, в качестве культур типа А можно указать малоорошаемые культуры, а в качестве типа Б — более обильно орошаемые, например сахарный тростник и рис . Но можно также принять А за рис, а за Б — сахарный тростник или, возможно, деревья и фруктовые сады . Культуры A, B и/или U можно использовать по-разному в разные сезоны , например, A = пшеница + ячмень зимой и A = кукуруза летом, тогда как 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 можно составить комбинацию.
Кроме того, необходимо указать сезонную ротацию различных видов землепользования на всей площади, например, полная ротация, отсутствие ротации вообще или неполная ротация. Это происходит с индексом вращения. Ротация осуществляется по сезонам в течение года. Для получения ротации по годам целесообразно ввести ежегодные изменения затрат.
Когда фракция A1, B1 и/или U1 в первом сезоне отличается от фракций A2, B2 и/или U2 во втором сезоне, поскольку режимы орошения в сезонах различаются, программа обнаружит, что происходит определенная ротация. Если вы хотите избежать этого, можно указать одни и те же доли для всех сезонов (A2=A1, B2=B1, U2=U1), но урожайность и объемы орошения, возможно, придется корректировать пропорционально.
Графики севооборота сильно различаются в разных частях мира. Творческие комбинации долей площади, индексов севооборота, объемов орошения и ежегодных изменений затрат могут соответствовать многим типам сельскохозяйственных практик.
Варьирование долей площадей и/или режима севооборота дает возможность моделировать влияние различных агроприемов на водно-солевой баланс.
Почвенные пласты
[ редактировать ]
Saltmod принимает четыре разных резервуара, три из которых находятся в профиле почвы:
- поверхностный резервуар
- верхний (неглубокий) почвенный резервуар или корневая зона
- промежуточный почвенный резервуар или переходная зона
- глубокий резервуар или водоносный горизонт .
Верхний резервуар почвы определяется глубиной почвы, из которой вода может испаряться или поглощаться корнями растений. Оно может быть равно 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 резервуар почвы можно будет разделить на две равные части, чтобы обнаружить тенденцию вертикального распределения солености.)
Переходная зона также может быть насыщенной, ненасыщенной или частично насыщенной. Все потоки в этой зоне вертикальные, за исключением потока в подземные дрены.
Если имеется система горизонтального подземного дренажа , ее необходимо разместить в переходной зоне, которая затем делится на две части: верхнюю переходную зону (выше уровня дрена) и нижнюю переходную зону (ниже уровня дрена).
При желании выделить верхнюю и нижнюю часть переходной зоны при отсутствии подземного дренажа можно указать во входных данных дренажную систему с нулевой интенсивностью.
Водоносный горизонт имеет преимущественно горизонтальное течение. Насосные скважины, если они есть, получают воду только из водоносного горизонта.
Водные балансы
[ редактировать ]
Водные балансы рассчитываются для каждого водоема отдельно, как показано в статье Гидрология (сельское хозяйство) . Излишек воды, выходящий из одного резервуара, преобразуется в поступающую воду для следующего резервуара.
Трем почвенным резервуарам можно присвоить различную толщину и коэффициенты хранения, которые будут заданы в качестве входных данных.
В конкретной ситуации наличие переходной зоны или водоносного горизонта не обязательно. Затем ему необходимо придать минимальную толщину 0,1 м.
Глубину зеркала грунтовых вод , рассчитанную по водным балансам, предполагается одинаковой для всей территории. Если это предположение неприемлемо, территорию необходимо разделить на отдельные единицы.
В определенных условиях высота уровня грунтовых вод влияет на составляющие водного баланса. Например, подъем уровня грунтовых вод к поверхности почвы может привести к увеличению испарения , поверхностного стока и подземного дренажа или уменьшению потерь на просачивание из каналов. Это, в свою очередь, приводит к изменению водного баланса, что опять же влияет на высоту уровня грунтовых вод и т. д.
Эта цепочка реакций является одной из причин, по которой Saltmod превратился в компьютерную программу. Чтобы найти правильное равновесие водного баланса, требуется ряд повторных расчетов ( итераций ), что было бы утомительной работой, если бы ее выполняли вручную. Другие причины заключаются в том, что компьютерная программа облегчает расчеты для различных вариантов управления водными ресурсами в течение длительных периодов времени (с целью моделирования их долгосрочных последствий) и для пробных запусков с различными параметрами.
Стоки, колодцы и повторное использование
[ редактировать ]Подземный дренаж может быть осуществлен через дрены или насосные колодцы .
Подземные дрены характеризуются глубиной дренирования и коэффициентом дренажной способности . Дренажи расположены в переходной зоне. Устройство подземного дренажа может применяться в естественных или искусственных дренажных системах. Функционирование искусственной дренажной системы можно регулировать с помощью коэффициента регулирования дренажа .
При отсутствии дренажной системы установка дрен нулевой пропускной способности дает возможность получить отдельные водно-солевые балансы для верхней и нижней части переходной зоны.
Накачиваемые скважины расположены в водоносном горизонте. Их функционирование характеризуется дебитом скважин.
Дренажную и колодезную воду можно использовать для орошения за счет коэффициента повторного использования . Это может повлиять на солевой баланс и эффективность или достаточность орошения.
Солевой баланс
[ редактировать ]Солевой баланс рассчитывается для каждого водоёма отдельно. Они основаны на водном балансе с использованием концентрации солей в поступающей и выходящей воде. Некоторые концентрации должны быть указаны в качестве входных данных, например, начальные концентрации солей в воде в различных почвенных резервуарах, в оросительной воде и в поступающих грунтовых водах в водоносный горизонт.
Концентрации выражаются через электропроводность (EC в дСм/м). Когда концентрации известны в г соли/л воды, можно использовать эмпирическое правило: 1 г/л -> 1,7 дСм/м. Обычно концентрацию солей в почве выражают в ECe — электропроводности экстракта насыщенной почвенной пасты (экстракта насыщения). В Saltmod концентрация соли выражается как ЕС влажности почвы при ее насыщении в полевых условиях. Как правило, можно использовать коэффициент конвертации EC : ECe = 2 : 1.
Концентрация солей в выходящей воде (либо из одного резервуара в другой, либо посредством подземного дренажа) рассчитывается на основе солевых балансов с использованием различных коэффициентов выщелачивания или смешивания солей, которые должны быть указаны вместе с входными данными. Эффекты различной эффективности выщелачивания можно моделировать, варьируя их входные значения.
Если для орошения используется дренажная или колодезная вода, метод рассчитывает концентрацию солей в смешанной оросительной воде с течением времени и последующее влияние на засоленность почвы и грунтовых вод, что опять же влияет на концентрацию солей в дренаже и колодце. вода. Варьируя долю используемой дренажной или колодезной воды (указанную во входных данных), можно смоделировать долгосрочный эффект различных фракций.
Растворение осаждение твердых минералов почвы или химическое малорастворимых солей не включены в метод расчета, но в некоторой степени могут быть учтены с помощью входных данных, например, путем увеличения или уменьшения концентрации солей в оросительной воде или поступающая вода в водоносный горизонт.
Ответы фермеров
[ редактировать ]реакцию фермеров на заболачивание и засоление почвы При необходимости можно автоматически учитывать . Метод может постепенно уменьшаться:
- количество поливной воды, подаваемой при уровня грунтовых вод ; уменьшении
- доля орошаемых земель при недостатке оросительной воды;
- доля орошаемых земель при повышении засоления почвы; для этого солености придается стохастическая интерпретация.
Ответ (1) различен для культур затопленного (погружного) риса (риса) и культур с «сухими ногами».
Реагирующие реакции влияют на водно-солевой баланс, что, в свою очередь, замедляет процесс заболачивания и засоления. В конечном итоге будет достигнута равновесная ситуация.
Пользователь также может представить ответы фермеров, вручную изменив соответствующие входные данные. Возможно, будет полезно сначала изучить автоматические реакции фермеров и их эффект, а затем решить, какими будут ответы фермеров с точки зрения пользователя.
Реакция влияет на водно- солевой баланс , что, в свою очередь, замедляет процесс заболачивания и засоления. В конечном итоге равновесная будет достигнута ситуация.
Пользователь также может представить ответы фермеров, вручную изменив соответствующие входные данные. Возможно, будет полезно сначала изучить автоматические реакции фермеров и их эффект, а затем решить, какими будут ответы фермеров с точки зрения пользователя.
Ежегодные изменения ввода
[ редактировать ]Программа может работать с фиксированными входными данными в течение количества лет, определяемого пользователем. Этот вариант можно использовать для прогнозирования будущих событий на основе долгосрочных средних входных значений, например, количества осадков, поскольку будет сложно оценить будущие значения входных данных из года в год. Программа также предлагает возможность отслеживать исторические записи с ежегодно меняющимися входными значениями (например, количество осадков, ирригация, методы ведения сельского хозяйства), расчеты должны производиться из года в год. Если выбрана эта возможность, программа создает файлы передачи, в 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, выбранные случайным образом из известного распределения вероятностей осадков , и получить стохастический прогноз результирующих выходных параметров.
Если расчеты производятся с ежегодными изменениями, то не все входные параметры могут быть изменены, в частности, мощность почвенных резервуаров и их общая пористость, поскольку это приведет к нелогичным сдвигам водно-солевого баланса.
Выходные данные
[ редактировать ]Выходные данные Saltmod предоставляются для каждого сезона любого года в течение любого количества лет, указанного во входных данных. Выходные данные включают гидрологические аспекты и аспекты солености.
Данные сохраняются в виде таблиц, которые можно просматривать напрямую или дополнительно анализировать с помощью программ для работы с электронными таблицами .
Поскольку засоленность почвы сильно варьируется от места к месту (рисунок слева), SaltMod включает в выходные данные частотные распределения. Рисунок сделан с помощью программы CumFreq [13] .
Программа предлагает возможность разработать множество отношений между различными входными данными, результирующими результатами и временем.
Однако, поскольку невозможно предусмотреть все возможные варианты использования, программа предлагает лишь ограниченное количество стандартной графики .
Программа предназначена для использования программ электронных таблиц для детального анализа результатов, в которых отношения между различными входными и выходными переменными могут быть установлены в соответствии со сценарием, разработанным пользователем.
Хотя вычисления требуют множества итераций , все конечные результаты можно проверить вручную, используя уравнения, представленные в руководстве.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сватре
- ^ Drainmod. Архивировано 23 июня 2007 г. в Wayback Machine.
- ^ Сингх, Ман; Бхаттачарья, АК; Сингх, АК; Сингх, А. (2002). «Применение SALTMOD в прибрежной глинистой почве в Индии». Ирригационные и дренажные системы . 16 (3): 213–231. дои : 10.1023/А:1021261707322 . S2CID 114400386 .
- ^ Ширастава, ПК и др. (2003). Проверка и применение модели Saltmod в зоне управления малым каналом Сегва . В: Дренаж для безопасной окружающей среды и снабжения продовольствием, 9-й Международный семинар по дренажу, 10–13 сентября 2003 г., Утрехт, Нидерланды. Отчет Альтерра-ILRI ISSN 1566-7197 , Вагенинген, Нидерланды. На линии: [1]
- ^ Шринивасулу, А.; Суджани Рао, Ч.; Лакшми, Г.В.; Сатьянараяна, ТВ; Бунстра, Дж. (2004). «Модельные исследования баланса соли и воды на пилотном участке Конанки, Андхра-Прадеш, Индия». Ирригационные и дренажные системы . 18 : 1–17. дои : 10.1023/B:IRRI.0000019405.64105.c9 . S2CID 110600680 .
- ^ Бахчечи, Идрис; Динч, Назми; Тари, Али Фуат; Агар, Ахмет И.; Сёнмез, Бюлент (2006). «Исследования водного и солевого баланса с использованием SaltMod для улучшения конструкции подземного дренажа на равнине Конья-Чумра, Турция». Управление водными ресурсами в сельском хозяйстве . 85 (3): 261–271. Бибкод : 2006AgWM...85..261B . дои : 10.1016/j.agwat.2006.05.010 .
- ^ Саранги, А.; Сингх, Ман; Бхаттачарья, АК; Сингх, АК (2006). «Исследование характеристик подземного дренажа с использованием моделей SALTMOD и ANN». Управление водными ресурсами в сельском хозяйстве . 84 (3): 240–248. Бибкод : 2006AgWM...84..240S . дои : 10.1016/j.agwat.2006.02.009 .
- ^ Бахчеч??, Идр??с; Накар, А. Суат (2007). «Оценка засоленности корневой зоны с использованием SaltMod в засушливом регионе Турции». Орошение и дренаж . 56 (5): 601–614. дои : 10.1002/ird.330 . S2CID 111070686 .
- ^ Идрис Бахчечи и др. (2008). Оценка влияния контролируемого дренажа на засоленность почвы и эффективность орошения на Харранской равнине с использованием SaltMod . В: Турк. Дж. Агрик. Для. 32 (2008) 101-109. На линии: [2]
- ^ М. Мадяка (2008). Пространственное моделирование и прогноз засоления почв с помощью SaltMod в среде ГИС . Диссертация, Международный институт геоинформатики и наблюдения Земли (ITC), Энсхеде, Нидерланды. На линии: [3]
- ^ МВЭртсен и Мария Алькарес Боска (2008). «Щепотка соли или фунт лекарства», моделирование засоления и дренажных процессов в ирригационной системе Рио-Дульсе. В: Материалы 10-го Международного семинара по дренажу, Хельсинки/Таллинн, 6–11 июля 2008 г. Публикация Хельсинкского технологического университета по водным ресурсам 16, стр. 218-229. На линии: [4]
- ^ Сингх, Аджай (2012). «Проверка SaltMod для полузасушливой части северо-запада Индии и некоторые варианты борьбы с заболачиванием». Управление водными ресурсами в сельском хозяйстве . 115 : 194–202. Бибкод : 2012AgWM..115..194S . дои : 10.1016/j.agwat.2012.09.007 .
- ^ Н.Ферджани и др. (2013). Оценка засоления корневой зоны с использованием SaltMod на орошаемой территории Калаат-эль-Андалус (Тунис) . Дж. Агр. наук. Тех. Том. 15: 1461–1477. [5]
- ^ Яо, Ронг-Цзян; Ян, Цзин-Сон; Чжан, Тонг-Цзюань; Хун, Ли-Чжоу; Ван, Мао-вэнь; Ю, Ши-Пэн; Ван, Сян-Пин (2014). «Исследования баланса почвенных вод и солей, а также моделирование сценариев с использованием SaltMod в прибрежных мелиорированных сельскохозяйственных районах восточного Китая». Управление водными ресурсами в сельском хозяйстве . 131 : 115–123. Бибкод : 2014AgWM..131..115Y . дои : 10.1016/j.agwat.2013.09.014 .
- ^ Нгуен Суан Хай, 2015. Оценка воздействия изменения климата на засоление почв сельскохозяйственных угодий в районе Тянь Хай, провинция Тай Бинь. Второй международный семинар. Инициатива 3E Nexus для устойчивого развития в странах Азии. [6]
- ^ Мао, Вэй; Ян, Цзиньчжун; Чжу, Ян; Йе, Мин; Ву, Цзинвэй (2017). «Слабосвязанный SaltMod для моделирования динамики грунтовых вод и соли при совместном орошении из каналов колодцев в полузасушливых районах». Управление водными ресурсами в сельском хозяйстве . 192 : 209–220. Бибкод : 2017AgWM..192..209M . дои : 10.1016/j.agwat.2017.07.012 .
- ^ Варадараджан. Н., Пурандара. БК, 2017. Применение SaltMod для оценки засоления корневой зоны на подконтрольной территории. РМЗ – Материалы и геосреда. 64:01-09.
- ^ Сингх А. 2018. Альтернативные варианты управления засолением и заболачиванием, вызванным ирригацией, в различных климатических условиях. Экологические показатели. 90:184-192.
- ^ Сингх А. 2018. Оценка различных стратегий решения проблем водных ресурсов орошаемого земледелия. Управление водными ресурсами в сельском хозяйстве, 208:187-192.
- ^ Сяоминь Чангет и др. (2019). Моделирование долгосрочной динамики засоления почвы с использованием SaltMod в ирригационном районе Хэтао, Китай. В: Elsevier, Компьютеры и электроника в сельском хозяйстве 156 (2019)> [7]
- ^ Хуэй Ву и др. (2020). Оптимизационный водно-солевой динамический пороговый анализ корневой зоны хлопчатника в засушливых районах. В: Вода 2020, 12(9), 2449; [8]
- ^ Р. Дж. Остербан и М. Абу-Сенна, 1990. Использование SaltMod для прогнозирования дренажа и солености в дельте Нила, Египет . В: Годовой отчет за 1989 год, с. 63-74. Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. См. «Пример из Египта» в руководстве SaltMod, онлайн: [9] или напрямую: [10].
- ^ SaltMod: Инструмент для объединения ирригации и дренажа для контроля солености . В: WBSnellen (ред.), 1997, На пути к интеграции управления ирригацией и дренажем. Специальный отчет ILRI, с. 41-43. Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. Бесплатная загрузка по адресу: [11] или напрямую по адресу [12].