SahysMod

SahysMod

Вкладка ввода снимка экрана
Разработчики)	Институт мелиорации и улучшения земель (ILRI)
Написано в	Delphi
Операционная система	Майкрософт Виндоус
Доступно в	английский
Тип	Статистическое программное обеспечение
Лицензия	Проприетарное Бесплатное ПО
Интернет сайт	SahysMod

SahysMod - это компьютерная программа для прогнозирования засоленности почвенной влаги, грунтовых и дренажных вод, глубины водоема и дренажного стока на орошаемых сельскохозяйственных землях с использованием различных гидрогеологических условий и условий водоносного горизонта , различных вариантов управления водными ресурсами, включая использование грунтовых вод для орошения и несколько графиков севооборота, в которых пространственные вариации учитываются через сеть полигонов. ^[1]

Ссылки на приложения: ^{[2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] »}

Обоснование [ править ]

Существует потребность в компьютерной программе , с которой проще работать и которая требует более простой структуры данных, чем большинство доступных в настоящее время моделей. Поэтому программа SahysMod была разработана с учетом относительной простоты эксплуатации, чтобы облегчить использование полевыми техниками, инженерами и проектировщиками вместо специализированных геогидрологов .
Он направлен на использование общедоступных входных данных, 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 этом руководстве.

SahysMod - й цель состоит в предсказание долгосрочной гидрологической солености с точкой зрения общих тенденций , а не прийти точные предсказания , как, например, ситуация была бы на первом апреля в течение десяти лет с этим момента.
Кроме того, SahysMod дает возможность повторного использования дренажной и колодезной воды (например, для орошения ) и может учитывать реакцию фермеров на заболачивание , засоление почвы , нехватку воды и перекачку из водоносного горизонта . Также есть возможность ввести подземный дренаж.системы на разной глубине и с разной производительностью, чтобы их можно было оптимизировать . Другие возможности SahysMod описаны в следующем разделе.

Методы [ править ]

Расчет состояния водоносного горизонта в полигонах [ править ]

Модель рассчитывает уровни грунтовых вод, а также входящие и исходящие потоки грунтовых вод между полигонами путем численного решения известного уравнения Буссинеска . Уровни и потоки взаимно влияют друг на друга. Ситуация с грунтовыми водами дополнительно определяется вертикальной подпиткой грунтовых вод, которая рассчитывается на основе агрономического водного баланса . Они снова зависят от уровня грунтовых вод .

При пол локализованного водоносных присутствуют, сопротивление вертикального потока в медленно проницаемом верхнем слое и избыточное давление в водоносном слое, если таковой имеется, принимается во внимание.

Гидравлические граничные условия задаются как гидравлические напоры во внешних узлах в сочетании с гидравлической проводимостью между внутренними и внешними узлами. Если кто-то желает наложить условие нулевого потока на внешних узлах, проводимость можно установить равной нулю.

Кроме того, для внутренних узлов могут быть заданы условия потока водоносного горизонта . Они необходимы, когда на дне водоносного горизонта присутствует геологический разлом или когда поток возникает между основным водоносным горизонтом и более глубоким водоносным горизонтом, разделенным полуограниченным слоем.

Предполагается, что глубина водного зеркала , количество осадков и концентрация солей в более глубоких слоях одинаковы по всему полигону. Остальные параметры могут быть в пределах полигонов в зависимости от типа культур и графика севооборота.

Сезонный подход [ править ]

Модель основана на сезонных входных данных и возвращает сезонные выходные данные. Количество сезонов в году можно выбрать от минимум одного до максимум четырех. Можно выделить, например, сухой, влажный, холодный, жаркий, поливной или паровой сезоны. Причины отказа от использования меньших периодов ввода / вывода:

1. краткосрочные (например, ежедневные) вводы потребуют большого количества информации, которая на больших территориях может быть недоступна;
2. краткосрочные результаты приведут к огромным выходным файлам, которыми будет сложно управлять и интерпретировать;
3. эта модель специально разработана для прогнозирования долгосрочных тенденций, а прогнозы на будущее более надежны на сезонной (долгосрочной), чем на ежедневной (краткосрочной) основе, из-за высокой изменчивости краткосрочных данных ;
4. хотя точность прогнозов на будущее может быть ограничена, многое можно получить, когда тренд достаточно ясен. Например, это не должно быть серьезным препятствием для разработки соответствующих мер по контролю засоления почвы, когда определенный уровень засоления, прогнозируемый SahysMod через 20 лет, в действительности будет достигнут через 15 или 25 лет.

Вычислительные временные шаги [ править ]

Многие факторы водного баланса зависят от уровня грунтовых вод , который снова зависит от некоторых факторов водного баланса. Из-за этих взаимных влияний в течение сезона могут происходить нелинейные изменения. Поэтому компьютерная программа выполняет ежедневные вычисления. Для этого сезонные коэффициенты водного баланса, указанные вместе с входом, автоматически приводятся к суточным значениям. Рассчитанные сезонные коэффициенты водного баланса, представленные в выходных данных, получены путем суммирования суточных расчетных значений. Уровни грунтовых вод и соленость почвы ( переменные состояния ) в конце сезона находятся путем суммирования ежедневных изменений запасов воды и соли.

В некоторых случаях программа может обнаружить, что временной шаг должен быть меньше 1 дня для большей точности. Необходимые настройки производятся автоматически.

Требования к данным [ править ]

Полигональная сеть [ править ]

Модель допускает максимум 240 внутренних и 120 внешних многоугольников с минимум 3 и максимум 6 сторонами каждый. Разделение области на многоугольники, на основе узловых точек с известными координатами , следует руководствоваться характеристиками распределения сельхозкультур , оросительных , дренажных и грунтовых характеристик по исследуемой области.

Узлы необходимо пронумеровать, что можно сделать по желанию. Индекс указывает, является ли узел внутренним или внешним. Узлы могут быть добавлены и удалены по желанию или изменены с внутренних на внешние или наоборот. Другой индекс указывает, имеют ли внутренние узлы неограниченный или полуограниченный водоносный горизонт. Это также можно изменить по желанию.

Узловые сетевые отношения должны быть заданы с указанием номеров соседних многоугольников каждого узла. Затем программа вычисляет площадь поверхности каждого многоугольника, расстояние между узлами и длину сторон между ними, используя принцип Тиссена.

Гидравлическая проводимость может изменяться для каждой стороны многоугольников.

Предполагается, что глубина водного зеркала , количество осадков и концентрация солей в более глубоких слоях одинаковы по всему полигону. Остальные параметры могут быть в пределах полигонов в зависимости от типа культур и графика севооборота.

Гидрологические данные [ править ]

В качестве входных данных в методе используются сезонные составляющие водного баланса. Они связаны с гидрологией поверхности (например, осадки, возможное испарение , орошение , использование дренажной и колодезной воды для орошения, сток ) и гидрологией водоносного горизонта (например, откачка из колодцев ). Другие компоненты водного баланса (например, фактическое испарение, нисходящая просачивание , восходящий капиллярный подъем , подземный дренаж , поток грунтовых вод ) представлены как выходные данные.

Количество дренажной воды на выходе определяется двумя коэффициентами интенсивности дренажа для дренажа выше и ниже уровня дренажа соответственно (указывается с входными данными) и высотой уровня грунтовых вод над заданным уровнем дренажа. Эта высота является результатом вычисленного водного баланса. Кроме того, может применяться коэффициент уменьшения дренажа для моделирования ограниченной работы дренажной системы. Варьирование коэффициентов интенсивности дренажа и коэффициента уменьшения дренажа дает возможность моделировать влияние различных вариантов дренажа.

Для обеспечения точности вычислений расхода грунтовых вод (раздел 2.8), фактического испарения и капиллярного подъема компьютерные расчеты выполняются ежедневно. Для этого сезонные гидрологические данные делятся на количество дней в сезоне для получения суточных значений. Ежедневные значения добавляются для получения сезонных значений.

Образцы обрезки / повороты [ править ]

Входные данные по орошению, испарению и поверхностному стоку должны быть указаны за сезон для трех видов сельскохозяйственных приемов, 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 культурами или залежные земли.

Группы, выраженные в долях от общей площади, могут состоять из комбинаций культур или только из одного вида культур. Например, в качестве 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 плюс ячмень зимой и A = кукуруза летом, а 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, должна быть дана спецификация сезонной ротации различных видов землепользования на всей площади, например, полная ротация, отсутствие ротации вообще или неполная ротация. Это происходит с индексом вращения. Ротации производятся по сезонам в течение года. Чтобы получить ротации по годам, рекомендуется вводить ежегодные изменения ввода, как описано.

Когда фракция A1, B1 и / или U1 отличается от фракции A2, B2 и / или U2 в другом сезоне, потому что режим орошения меняется в разные сезоны, программа обнаружит, что происходит определенная ротация. Если кто-то хочет избежать этого, можно указать одни и те же фракции для всех сезонов (A2 = A1, B2 = B1, U2 = U1), но урожай и количество орошения могут быть разными и, возможно, потребуется пропорциональная корректировка. Можно даже указать орошаемую землю (A или B) с нулевым орошением, что аналогично неорошаемой земле (U).

Графики севооборота сильно различаются в разных частях мира. Креативные комбинации долей площадей, индексов севооборота, количества орошения и изменения ежегодных затрат могут приспособить многие типы сельскохозяйственных практик.

Вариация долей площадей и / или графика севооборота дает возможность моделировать влияние различных методов ведения сельского хозяйства на водно-солевой баланс.

Толщина почвы, тип водоносного горизонта [ править ]

SahysMod принимает четыре различных резервуара, три из которых находятся в профиле почвы:

s: поверхностный резервуар,

r: верхний (неглубокий) резервуар почвы или корневая зона,

x: промежуточный почвенный резервуар или переходная зона,

q: глубокий резервуар или основной водоносный горизонт .

Верхний резервуар почвы определяется глубиной почвы, из которой вода может испаряться или поглощаться корнями растений. Его можно принять равным корневой зоне. Он может быть насыщенным, ненасыщенным или частично насыщенным, в зависимости от водного баланса. Все движения воды в этой зоне вертикальные, вверх или вниз, в зависимости от водного баланса. (В будущей версии Sahysmod верхний пласт почвы может быть разделен на две равные части для выявления тенденции в вертикальном распределении засоленности.)

Переходная зона также может быть насыщенной, ненасыщенной или частично насыщенной. Все потоки в этой зоне горизонтальные, за исключением потока в подземные дрены, который является радиальным. Если имеется 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 желательно различать верхнюю и нижнюю часть переходной зоны при отсутствии системы подземного дренажа, можно указать во входных данных дренажную систему с нулевой интенсивностью.

Водоносный горизонт имеет в основном горизонтальный поток. Насосные колодцы , если они есть, получают воду только из водоносного горизонта. Расход в водоносном горизонте определяется в зависимости от пространственно меняющейся глубины водоносного горизонта, уровней грунтовых вод и гидравлической проводимости .

SahysMod позволяет вводить фреатические ( неограниченные ) и полузамкнутые водоносные горизонты. Последний может создавать повышенное или пониженное гидравлическое давление ниже медленно проницаемого верхнего слоя ( водоупора ).

Балансы воды в сельском хозяйстве [ править ]

Водные балансы сельского хозяйства рассчитываются для каждого почвенного резервуара отдельно, как показано в статье Гидрология (сельское хозяйство) . Избыточная вода, покидающая один резервуар, превращается в поступающую воду для следующего резервуара. Этим трем почвенным резервуарам можно присвоить различную толщину и коэффициенты накопления, которые будут использоваться в качестве исходных данных. Когда в конкретной ситуации переходная зона или водоносный горизонт отсутствуют, им должна быть придана минимальная толщина 0,1 м.

Глубина уровня грунтовых вод в конце предыдущего временного шага, рассчитанная на основе водных балансов , предполагается одинаковой в пределах каждого многоугольника . Если это предположение неприемлемо, область необходимо разделить на большее количество полигонов.

При определенных условиях высота уровня грунтовых вод влияет на составляющие водного баланса. Например, подъем уровня грунтовых вод к поверхности почвы может привести к увеличению капиллярного подъема, фактическому испарению и подземному дренажу или уменьшению потерь на просачивание. 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, почему Sahysmod был разработан в компьютерную программу , в которой вычисления делаются изо дня в день, чтобы с достаточной степенью точности учесть цепочку реакций .

Сливы, колодцы и повторное использование [ править ]

Подземный дренаж может осуществляться через дренажные системы или откачиваемые колодцы.

Подземные стоки, если таковые имеются, характеризуются глубиной и дренажной способностью . Водостоки расположены в переходной зоне. Устройство подземного дренажа может применяться как в естественных, так и в искусственных дренажных системах. Функционирование системы искусственного дренажа можно регулировать с помощью коэффициента регулирования дренажа.

Установив дренажную систему с нулевой пропускной способностью, можно получить отдельные водно-солевые балансы на переходе выше и ниже уровня дренажа.

Перекачиваемые скважины , если таковые имеются, находятся в водоносном горизонте. Их функционирование характеризуется сбросом из скважины .

Дренажная и колодезная вода может использоваться для орошения за счет (повторного) использования . Это может повлиять на водный и солевой баланс, а также на эффективность или достаточность орошения.

Солевой баланс [ править ]

В остатках соли рассчитываются для каждого резервуара почвы отдельно. Они основаны на их водном балансе с использованием концентрации солей в поступающей и исходящей 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.(ЭК 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. В Sahysmod концентрация соли выражается как EC влажности почвы при насыщении в полевых условиях. Как правило, можно использовать коэффициент пересчета EC: ECe = 2: 1. Используемые принципы соответствуют описанным в статье « Контроль засоления почвы» .

Концентрации солей в исходящей воде (либо из одного резервуара в другой, либо в результате подземного дренажа) рассчитываются на основе солевых балансов с использованием различных значений эффективности выщелачивания или смешивания солей, которые должны быть предоставлены с входными данными. Эффекты различной эффективности выщелачивания можно моделировать, варьируя их входное значение.

Если для орошения используется дренажная или колодезная вода, метод вычисляет концентрацию соли в смешанной поливной воде с течением времени и последующее влияние на соленость почвы и грунтовых вод, что опять же влияет на концентрацию солей в канализации и колодце. воды. Изменяя долю использованной дренажной или скважинной воды (через вход), можно моделировать долгосрочное влияние различных фракций.

Растворения твердых минералов почвы или химическое осаждение из плохо растворимых солей не входят в методе расчета. Однако, но до некоторой степени, это может быть учтено с помощью входных данных, например, увеличение или уменьшение концентрации солей в оросительной воде или поступающей воде в водоносном горизонте . В будущей версии может быть введено осаждение гипса.

Отзывы фермеров [ править ]

При необходимости реакция фермеров на заболачивание и засоление почвы может быть учтена автоматически. Метод может постепенно уменьшаться:

1. Количество поливной воды, применяемой при понижении уровня грунтовых вод, зависит от вида сельскохозяйственных культур (рис-падди и не рис).
2. Доля орошаемых земель при дефиците доступной поливной воды;
3. Доля орошаемых земель при повышении засоления почвы ; для этого солености дается стохастическая интерпретация;
4. Подземные абстракции путем откачки из скважин , когда уровень грунтовых вод падает.

Реакция фермеров влияет на водный и солевой баланс, что, в свою очередь, замедляет процесс заболачивания и засоления. В конечном итоге возникнет новая 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.

Ежегодные изменения ввода [ править ]

Программа работает либо с фиксированными входными данными в течение количества лет, определяемого пользователем. Эту опцию можно использовать для прогнозирования будущего развития на основе долгосрочных средних входных значений, например, осадков, поскольку будет трудно ежегодно оценивать будущие значения входных данных.

Программа также предлагает возможность отслеживать исторические записи с ежегодно изменяющимися входными значениями (например, количество осадков, орошение, севообороты), расчеты должны производиться из года в год. Если выбрана эта возможность, программа создает файл передачи, в котором конечные условия предыдущего года (например, уровень грунтовых вод и соленость) автоматически используются в качестве начальных условий для последующего периода. Это средство также позволяет использовать различные сгенерированные последовательности дождя, выбранные случайным образом из известного распределения вероятности дождя, и получить стохастическое предсказание результирующих выходных параметров.

Некоторые входные параметры не должны изменяться, такие как узловые сетевые отношения, геометрия системы , толщина слоев почвы и общая пористость , в противном случае возникают нелогичные скачки в водном и солевом балансах. Эти параметры также сохраняются в файле передачи, поэтому любые недопустимые изменения отменяются данными передачи. В некоторых случаях неправильных изменений программа остановится и попросит пользователя скорректировать ввод.

Выходные данные [ править ]

Выходные данные даются для каждого сезона любого года в течение любого количества лет, как указано во входных данных. Выходные данные включают гидрологические аспекты и аспекты солености.
Поскольку засоленность почвы сильно варьируется от места к месту (рисунок слева), SahysMod включает частотные распределения в выходные данные. Рисунок сделан с помощью программы CumFreq [6] .
Выходные данные хранятся в виде таблиц, которые можно просматривать напрямую через меню пользователя, в котором вызываются выбранные группы данных либо для определенного многоугольника с течением времени, либо для определенного сезона по многоугольникам.
Модель включает средства отображения выходных данных. Также в программе есть возможность хранить выбранные данные в электронной таблице.формат для дальнейшего анализа и импорта в программу ГИС .
Разные пользователи могут захотеть установить разные причинно-следственные связи. Программа предлагает лишь ограниченное количество стандартной графики , так как невозможно предвидеть все возможные варианты использования. Это причина, по которой была создана возможность для дальнейшего анализа с помощью программ для работы с электронными таблицами.
Хотя для вычислений требуется много итераций , все конечные результаты можно проверить вручную, используя уравнения, представленные в руководстве.

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки и место загрузки [ править ]

• Местоположение бесплатного скачивания программного обеспечения SahysMod: [7] или: [8]