Naslov
Primjena numeričkog modeliranja u procjeni kretanja vode i koncentracije nitrata u uvjetima hidromorfnih tala
(Numerical modeling application in water flow and nitrate concentration assessment in hydromorfic soil conditions)

Autori
Filipović, Vilim

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Agronomski fakultet

Mjesto
Zagreb

Datum
19.09

Godina
2012

Stranica
175

Mentor
Petošić, Dragutin ; Nakić Zoran

Ključne riječi
numeričko modeliranje; tok vode; nitrati; procjedni lizimetri; podzemna voda; poljoprivreda; hidromorfna tla
(numerical modeling; water flow; nitrate; zero tension lysimeters; groundwater; agriculture; hydromorfic soils)

Sažetak
Tok vode u tlima ključan je proces koji utječe na količinu vode i njezinu kvalitetu u prirodi. Kako je transport onečišćivala u tlu usko povezan s kretanjem vode vrlo je važno na pravilan način procijeniti navedene procese u stvarnim (poljskim) uvjetima. Razvojem novih tehnologija sve veća pozornost posvećuje se korištenju numeričkih modela za procjenu onečišćenja podzemnih voda uzrokovanog poljoprivrednom proizvodnjom. U cilju povećanja proizvodnje na poljoprivrednim površinama u današnje vrijeme koriste se znatne količine dušičnih gnojiva koje biljke ne mogu u potpunosti usvojiti. Kako nitrati, kao produkti razgradnje dušičnih gnojiva, nemaju mogućnost vezanja na adsorpcijski kompleks tla, najčešće dolazi do njihovog ispiranja u podzemne vode. Ciljevi ovog doktorskog rada bili su: (i) utvrditi stupanj procjeđivanja oborinskih voda i raspodjelu koncentracija nitrata u podzemlju na lokaciji Biđ polja ; (ii) utvrditi procese koji utječu na tok vode i transport nitrata, s težištem na nesaturiranu zonu tla u realnim hidropedološkim i hidrogeološkim uvjetima hidromorfnih tala ; (iii) procijeniti pouzdanost numeričkih modela (u poljskim uvjetima) posredstvom procjednih lizimetara te procijeniti učinak gnojidbe na kakvoću podzemne vode ; (iiii) numerički procijeniti razliku između monolitnih (HYDRUS-1D) i procjednih lizimetara (HYDRUS-2D). Istraživanje je provedeno na području Biđ polja gdje prevladavaju hidromorfna tla težeg teksturnog sastava. Za primjenu numeričkih simulacija korišten je program HYDRUS-1D/2D koji rješava tok vode pomoću Richardsove jednadžbe. Transport nitrata u tlu opisan je jednadžbama advekcije i disperzije, dok se parcijalne diferencijalne jednadžbe, koje opisuju procese toka vode i transporta onečišćivala u nesaturiranoj zoni, rješavaju pomoću Galerkinovog tipa linearne metode konačnih elemenata. Rezultati istraživanja kakvoće podzemne vode ukazuju da je u podzemnoj vodi na istraživanom području značajnija pojava onečišćenja nitratima (>50 mg L-1) utvrđena na 3 piezometra ; P-24, P-37 i P-42. Visoke koncentracije nitrata na ovim lokacijama mogu se povezati sa točkastim izvorima onečišćenja (nezbrinuta odlagališta organskog gnojiva). U podzemnoj vodi dubokih piezometara (15 m) koji zahvaćaju šljunkoviti vodonosnik, nisu utvrđene povećane koncentracije nitrata, što se može povezati s utjecajem anoksičnih uvjeta u dubljim slojevima te prisutnošću slabopropusnih horizonata soluma tla na dubini 3 – 4 m koji uvjetuju zadržavanje onečišćivala. Analizom intenziteta oborina na području istraživanja ustanovljeno je da uslijed pojave znatnih količina oborina (>75 mm mjesečno) nastupa smanjenje koncentracije nitrata u podzemnoj vodi. Ova pojava utvrđena je na 77% istraživanih piezometara, a vezana je za procese razrjeđenja. Vertikalna vodopropusnost istraživanih pedosistematskih jedinica tala je klasificirana kao umjereno mala (semiglej pseudoglejni, močvarno glejno hipoglejno i močvarno glejno humoglejno tlo) do vrlo mala (močvarno glejno amfiglejno tlo) i kreće se u solumu do 1 m, u rasponu od 3, 64E-05 cm s-1 do 1, 74E-04 cm s-1, dok se u solumu od 2 – 4 metra dubine kreće u rasponu od 1, 27E-04 cm s-1 do 1, 97E-04 cm s-1. Usporedbom vertikalne s horizontalnom vodopropusnošću istraživanih tala utvrđena je značajna anizotropija, što ukazuje na prisutnost slabopropusnih horizonata u stratigrafiji tala istraživanog područja. Korelacijski koeficijenti između simuliranih vrijednosti toka vode dobivenih numeričkim modelom i izmjerenih vrijednosti količine procjedne vode putem lizimetara kretali su se za jednodimenzionalni model u rasponu od 0, 57 do 0, 98, dok su za dvodimenzionalni model bili u rasponu 0, 53 do 0, 96. Korelacijski koeficijenti između simuliranih vrijednosti koncentracija nitrata u procjednoj vodi dobivenih numeričkim modelom i izmjerenih vrijednosti koncentracije nitrata u procjednoj vodi iz lizimetara kretali su se za jednodimenzionalan model u rasponu od 0, 55 do 0, 96, dok su za dvodimenzionalni model bili u rasponu 0, 57 do 0, 98. Dobivene vrijednosti korelacijskih koeficijenata, u uvjetima hidromorfnih tala, posebice na istraživanom području Biđ polja, ukazuju na visoku podudarnost i dobru pouzdanost verificiranih modela. Primjenom numeričkih simulacija u dvodimenzionalnoj aksisimetričnoj ravnini pomoću programa HYDRUS-2D utvrđen je utjecaj okolne nesaturirane zone na tok vode i pronos nitrata u tlu. Utjecaj je primjetniji u zonama rubova i ispod samog lizimetra, a znatno manji u solumu tla iznad lizimetra do površine tla (0 – 50 cm dubine). Procjedni lizimetri pokazuju varijabilnost u dobivenim vrijednostima procjeđene vode – perkolata. Posebice je to utvrđeno u sušnijem periodu godine. U hidromorfnim uvjetima i kod tala s velikom retencijskom sposobnošću (teža tla s visokim udjelom gline) procjedni lizimetri mogu biti pouzdano sredstvo za procjenu toka vode i pronosa nitrata predstavljajući realne poljske uvjete.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Poljoprivreda (agronomija)

POVEZANOST RADA