A Kovács-féle retenciós függvény továbbfejlesztése

László Koncsos; Gábor Murányi

doi:10.59258/hk.14996

Koncsos László Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék, 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3. https://orcid.org/0000-0001-9714-6820
Murányi Gábor Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék, 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3. https://orcid.org/0000-0003-0882-9262

Kulcsszavak: Víztartóképesség-görbe, telítetlen zóna, van Genuchten modell, Kovács modell, talaj hidrofizikai tulajdonság adatbázis

Absztrakt

A telítetlen talajzónában a telítettség és a szívási potenciál közti kapcsolat leírásában fontos szerepe van a retenciós függvénynek. Ennek leírására számos függvénykapcsolat létezik, a legelterjedtebb a van Genuchten-féle retenciós görbe. A görbe paramétereinek meghatározásához laboratóriumi vizsgálatok szükségesek. A Kovács-féle retenciós függvény előnye, hogy paraméterei fizikai jellegűek és független mérések révén előállíthatók. Hátránya, hogy alacsonyabb szívási tartományban túlbecsüli a talaj telítettségét. A kutatás célja volt, hogy a Kovács-féle összefüggés továbbfejlesztésével kiküszöböljük ezt a hibát és a 3D Soil Hydraulic Database of Europe v1.0 adatbázis segítségével összehasonlítsuk a van Genuchten-féle leírással. Az összevetéshez a két módszer eredményeinek eltéréséből számított négyzetes középérték hibát (RMSE) számítottuk, a kalibráció során a paraméterek optimalizálásával minimalizáltuk. A javítást a szívómagasságra bevezetett korrekciós függvénnyel valósítottuk meg. A van Genuchten és az eredeti Kovács retenciós függvény közt számított RMSE átlaga 0,0613, addig a van Genuchten és a módosított Kovács függvény között az RMSE átlaga 0,0145. Tehát a módosítással 4,3-szeres javítást sikerült elérni. A módosított szívómagasság korrekciós tényezőjének értékei és az átlagos kapilláris emelőmagasság értékei közt polinomiális kapcsolatot mutattunk ki, mellyel a módosított összefüggés számítása egyszerűsíthető, a paraméterek száma redukálható. Az egyszerűsítés bevezetésével az RMSE átlaga 0,0150 értékűre adódott, amely ugyan 3%-os romlást jelent, de az eredeti Kovács függvényhez képest a javítás még így is jelentős maradt. A számításokat több, mint 600 monitoring kútra végeztük el, ezen túl az optimalizáláshoz 30 darab véletlenszerűen kiválasztott monitoring kútra összehasonlító elemzést végeztünk a kutak fúrásminta adataiból származtatható és a 3D Soil Hydraulic Database of Europe v1.0 adatbázis van Genuchten retenciós görbe paramétereiből számítható átlagos kapilláris emelőmagasságokra. A kétféle módon meghatározott átlagos kapilláris emelőmagasság értékek közt az összefüggés gyengének bizonyult, a korreláció R² <0,25. Az összevetés rávilágított, hogy az adatbázis további finomítása szükséges, melyhez az új, javított Kovács-féle összefüggés alkalmasnak mutatkozik pedotranszfer (talajtani kutatások során kapott becslő) függvényként.

Szerző életrajzok

Koncsos László, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék, 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3.

KONCSOS LÁSZLÓ egyetemi tanár, a BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék korábbi vezetője. 1981-ben szerzett építőmérnöki diplomát, 1989-ben egyetemi doktori címet, 1997-ben PhD fokozatot és 2009-ben habilitált. Kutatási területei: hidrológiai, hidrodinamikai és vízminőségi folyamatok – utóbbin belül pedig különösen a nem-pontszerű szennyezések – modellezése; döntéstámogató rendszerek és optimalizációs módszerek fejlesztése, valamint légszennyezések transzmissziója. Tagja a Magyar Hidrológiai Társaságnak és a Nemzetközi Vízszövetségnek (International Water Association).

Murányi Gábor, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék, 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3.

MURÁNYI GÁBOR okleveles infrastruktúra-építőmérnök, MSc diplomáját 2019-ben a BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszéken szerezte. Jelenleg a Vízi Közmű és Környezetmérnöki tanszék negyedéves doktorandusz hallgatója. Kutatási témája az alternatív árvízvédelmi megoldások stratégiai lehetőségeinek tudományos megalapozása. A Magyar Hidrológiai Társaság és a Magyar Víz- és Szennyvíztechnikai Szövetség, valamint a BME Zielinski Szilárd Építőmérnöki Szakkollégium Vízépítő Tagozatának senior tagja.

Hivatkozások

Aubertin, M., Mbonimpa, M., Bussière, B., Chapuis, R.P. (2003). A model to predict the water retention curve from basic geotechnical properties. Canadian Geotechnical Journal. 40(6). pp. 1104-1122. https://doi.org/10.1139/t03-054

Darcy, H. (1856). Les Fontaines publiques de la ville de Dijon: Paris, Victor Dalmont, p. 647. plus 28 plates.

Hengl, T., Mendes de Jesus, J., Heuvelink, G.B.M., Ruiperez Gonzalez, M., Kilibarda, M., Blagotić, A. (2017). SoilGrids250m: Global gridded soil information based on machine learning. PLoS ONE 12(2): e0169748. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0169748

Koncsos L., Schütz, E., Windau, U. (1995). Application of a comprehensive decision support system for the water quality management of the river Ruhr, Germany. In: Simonovic, S.P., Kundzewicz, Z., and Rosbjerg D. (ed.) Modelling and Management of Sustainable Basin-Scale Water Resources Systems. ISBN 0-947571-59-0. Wallingford, United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland. IAHS Press (1995) p. 434. pp. 97-106.

Kovács Gy. (1968). Characterization of Molecular Forces Influencing Seepage by Means of the pF Curve. Agrokémia és talajtan, 17 (sup). pp. 1-12.

Kovács Gy. (1981). Seepage Hydraulics. Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam; Oxford, New York. p. 730.

Mbonimpa, M., Aubertin, M., Bussière, B. (2006). Predicting the unsaturated hydraulic conductivity of granu-lar soils from basic geotechnical properties using the modified Kovács (MK) model and statistical models. Ca-nadian Geotechnical Journal. 43(8). pp. 773-787. https://doi.org/10.1139/t06-044

Monod, J. (1949). The growth of bacterial cultures. Annual Review of Microbiology. 3. pp. 371–394. https://doi.org/10.1146/annurev.mi.03.100149.002103

MTA TAKI (1991). Magyarország Agrotopográfiai Adatbázisa. Magyar Tudományos Akadémia Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet. Budapest.

Pásztor L., Laborczi A., Szatmári G., Takács K., Illés G., Szabó J. (2017). Mi várható a megújult hazai talaj téradat infrastruktúrától? In: Balázs B. (ed.) Az elmélet és a gyakorlat találkozása a térinformatikában VIII. ISBN 978-963-318-638-1. Debreceni Egyetemi Kiadó, Debrecen. http://giskonferencia.unideb.hu/arch/GIS_Konf_kotet_2017.pdf. pp. 277-285. Letöltve: 2023.08.17.

Richards, L.A. (1931). Capillary conduction of liquids through porous mediums. Journal of Applied Physics. 1 (5). pp. 318–333. https://doi.org/10.1063/1.1745010

Too, V., Omuto, C., Biamah, E., Obiero, J. (2014). Review of Soil Water Retention Characteristic (SWRC) Models between Saturation and Oven Dryness. Open Journal of Modern Hydrology, 4. pp. 173-182. doi: https://doi.org/10.4236/ojmh.2014.44017

Tóth B., Weynants, M., Nemes A., Makó A., Bilas G., Tóth G. (2015). New generation of hydraulic pedotrans-fer functions for Europe. Eur J Soil Sci, 66. pp. 226-238. https://doi.org/10.1111/ejss.12192

Tóth B., Weynants, M., Pásztor L., Hengl, T. (2017). 3D Soil Hydraulic Database of Europe at 250 m resolu-tion. Hydrol. Process. https://doi.org/10.1002/hyp.11203

van Genuchten, M.T. (1980). A Closed-form Equation for Predicting the Hydraulic Conductivity of Unsatu-rated Soils. Soil Science Society of America Journal, 44. pp. 892-898. https://doi.org/10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x

Várallyay Gy., Szőcs L., Murányi A., Rajkai K., Zilahy P. (1979). Magyarország termőhelyi adottságait meg-határozó talajtani tényezők 1:100.000 méretarányú térképe I. Agrokémia és Talajtan 28. pp. 363-384. ISSN 0002-1873

Várallyay Gy., Szőcs L., Murányi A., Rajkai K., Zilahy P. (1980). Magyarország termőhelyi adottságait meg-határozó talajtani tényezők 1:100.000 méretarányú térképe II. Agrokémia és Talajtan 29. pp. 35-76. ISSN 0002-1873