Bilag 5. Hydrauliske parametre - Repræsentativitet DJF: Ole Hørye Jacosen, Bo Vangsø Iversen, Cristen Børgesen Hydraulisk ledningsevne I dataaser findes der kun meget egrænsede data vedrørende ydrauliske parametre. Derfor kan man ikke ud fra målingerne i projektet udtale sig direkte om repræsentativiteten. De ydrauliske parametre i Ap-orisonten er i øj grad styret af jordens indold af organisk stof. I de underliggende orisonter er det i øjere grad partikelstørrelsesfordelingen, der er estemmende. En analyse af repræsentativiteten af tekstur og umusindold giver derfor et godt fingerpeg om repræsentativiteten af de ydrauliske parametre. Ap-orisont B-orisont,,,,,,5,,,,,,5 vandindold [cm /cm ] C-orisont Yoldia Alluvial Proximal Distal Bakkeø MS Bakkeø DS Weicsel MS, Djurs. Weicsel MS, Vends.,,,,,,5 vandindold [cm /cm ] Figur 5. viser vandretentionsmålinger for de forskellige landskaselementer målt i Ap-, B- og C-orisonten. Sammenligner man de tre orisonter er der en tydelig tendens til, at jo dyere man kommer ned i profilen desto mere afviger de tre landskaselementer relaterende til Weicsel morænesand sig Figur 5.. Vandretentionsmålinger for de forskellige landskaselementer. De enkelte punkter er middelværdier for samtlige målinger i Ap-, B- og C-orisonterne fra ver af de tre lokaliteter, der knytter sig til vert landskaselement. A er muldorisonten, Ap er den del af muldorisonten som udgør pløjelaget, B er udfældningsorisonten under muldlage. Under B ligger den relativt upåvirkede C orisont. fra landskaselementerne relaterende til smeltevandssand. Det samme gør sig til dels gældende for målingerne fra Yoldiafladen. I Ap-orisonten er det øje indold af organisk stof med til at udviske effekten af forskellene i teksturfordelingen mellem de forskellige landskaselementer. I C-orisonten træder teksturfordelingen mellem landskaselementerne tydeligt Bilag side 89
frem. De dårligt sorterede morænesandjorde ar en jævn afdræning svarende til en ligelig porestørrelsesfordeling i jorden. De tre landskaselementer på edesletten (Alluvial, Proximal og Distal) samt smeltevandssand på akkeø ar en kraftig afdræning til omkring pf,7, vilket svarer til et øjt indold af grovporer (>6 µm) i jorden. Den finsandede, velsorterede Yoldiajord afdrænes markant mellem pf,7 og pf, svarende til en meget ligelig porestørrelsesfordeling i området mellem og 6 µm (ækvivalent porediameter). I B-orisonten (udfældningsorisonten) er tendensen til en adskillelse mellem smeltevandssand, morænesand og Yoldiafladen knap så udtalt som i C-orisonten, vilket sandsynligvis forklares ved et moderat indold af organisk stof i disse orisonter. Ap-orisont B-orisont,,,,,,5 C-orisont,,,,,,5 vandindold [cm /cm ] Yoldia Hedeslette Bakkeø MS/DS Weicsel MS,,,,,,5 vandindold [cm /cm ] Figur 5.. Vandretentionsmålinger for forskellige landskaselementer i relation til kvadratnetsprofilerne. De enkelte punkter er middelværdier for målinger i Ap-, B- og C-orisonterne. Hedeslette indeolder landskaselementerne Proximal, Distal og Alluvialkegle. For vandretentionsmålinger fra kvadratnetsprofil punkterne (figur 5.) er forskellen mellem de forskellige orisonter knap så markant. Der ses dog en svag tendens til at målinger for Yoldiafladen samt Weicsel morænesand afviger mere fra edesletten jo dyere man kommer ned i profilet. Figur 5. viser værdierne for den mættede ydrauliske ledningsevne (K s ) for de forskellige landskaselementer målt i Ap-, B- og C-orisonten på projektets lokaliteter. Billedet svarer meget til vandretentionsmålingerne med en mere markant forskel mellem landskaselementerne ørende til morænesand og landskaselementerne ørende til smeltevandssand jo dyere, man komme ned i profilet. I C-orisonten skiller Weicsel MS og Bakkeø MS sig tydeligt ud fra Alluvialkegle samt Proximal og Distal edeslette. Samtidig er der en tendens til at variailiteten mellem målingerne på morænesandslokaliteterne stiger med dyden, vorimod variailiteten mellem de tilsvarende målinger på edesletten falder. Bilag side 9
Ap Horisont B C K s [cm/d] Yoldia Alluvial Proximal Distal Bakkeø MS Bakkeø DS Weicsel MS, Djurs. Weicsel MS, Vends. Figur 5.. Mættet ydraulisk ledningsevne (K s ) for de forskellige landskaselementer målt på store kolonner (68 cm ). Punkterne er middelværdier for samtlige målinger i Ap-, B- og C- orisonterne fra de tre lokaliteter, der knytter sig til vert landskaselement. Fejllinierne er ± standard afvigelse. De målte retentionskurver, samt mættet og umættet ydraulisk ledningsevne er optimeret i et neuralt netværk for at finde sammenængen mellem de simple jordegenskaer og målte ydrauliske data. Der er optimeret for forskellige kominationer af jordegenskaer for at finde de der er mest etydningsfulde (mindste Root Mean Square Error). Den edste forklaring med færrest mulige parametre lev opnået ved at enytte retentionskurve, kornstørrelsesfordeling, volumenvægt, organisk kulstofindold, dyde og landskaselement. I det følgende forklares disse inputparametre til det neurale netværk. De ydrauliske forold i jorden er i projektet eskrevet ved de ydrauliske funktioner foreslået af Jarvis, (99) aseret på Brooks and Corey, (96) og Mualem, (976). Funktionsudtrykkene eskriver et doeltdomæne. Retentionskurven eskrives ved θ θ r ( ) = θ θ r S e= θ θ ( ) = θ s θ λ > Bilag side 9
vor S e er effektiv mætning, θ er volumetrisk vandindold, er trykpotentialet og λ er en porestørrelsesfordelingsfaktor. Suskripterne r, s og står for residual, mættet og grænsen mellem de to domæner. Hydraulisk ledningsevne eskrives ved k( S e )= k +( k s - k k (S )(S e e ) ) n n* > vor k er den umættede ydrauliske ledningsevne [cm day - ], n =+½ og n* er en empirisk parameter (sat til 5 som foreslået af Jarvis, (99)). I figur 5. vises vor godt parametrene lev optimeret. Resultatet ser tilfredsstillende ud for de fleste parametre. Residual vandindold er ikke særligt godt estemt, men da pesticidudvaskning kun foregår, når jorden er fugtig er det eller ikke den vigtigste. For nogen af parametrene er der ret stor usikkered på målingerne og således vil variationsintervallet på outputtet fra det neurale netværk være mindre end de fittede målte data. Desuden er parametrene indyrdes korreleret således at når den ene parameter er lav er en korreleret parameter måske lidt øjere og kompenserer for det. Det ses da også af figur 5.5 at vi for langt de fleste målte orisonter ar en meget lav Root Mean Square Error. Bilag side 9
,,,8,6,, A,,5,,5 B,,,,,6,8,,,,,5,,5,,6 C,5 D,5,,,,,,,5,6,,,,,5,,8 E,6,,,,,,,6,8, F G fittet fittet Figur 5.. Hydrauliske modelparametre. Figuren viser sammenængen mellem parametrene fittede til målte data fra KUPA-profilerne og de tilsvarende parametre ved neurale netværk. A: porestørrelsefordelingskoefficient (λ); B: reciprokke grænsetension mellem mikroog makroporer (/ ); C: porøsitet (θ s ); D: vandindold ved tension (θ ); E: residualt vandindold (θ r ); F: mættet ydraulisk ledningsevne (k s ); G: ydraulisk ledningsevne ved tension (k ). Bilag side 9
,6,, RMSE, m m -,,8,6,, Figur 5.5. Root Mean Square Error mellem de målte retentionsdatapunkter og de som er prædikterede med neuralt netværk plottede i stigende rækkefølge. Referencer Brooks, R. H. and Corey, A. T., 96: Hydraulic properties of porous media. Hydraulic Paper #, Colorado State University, Ft. Collins, Co., Jarvis, N., 99: MACRO - A Model of Water Movement and Solute Transport in Macroporous Soils. Swedis University of Agricultural Sciences. Department of Soil Sciences. Reports and Dissertations 9. Mualem, Y., 976: A new model for predicting te ydraulic conductivity of unsaturated porous media. Water Resour. Res. :5-5