SWAT modelis

Straipsnis iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos.
Peršokti į: navigaciją, paiešką

SWAT modelis (angl. Soil Water Assessment Tool) - vienas iš populiariausių upių baseinų hidrologinių modelių [1]. SWAT modelis yra fiziniais parametrais paremtas, pusiau pasklidųjų parametrų, ilgo laikotarpio periodus dienos laiko žingsniu gebantis modeliuoti, upių baseinų modelis [2]. Pagrindiniai modeliuojami procesai yra hidrologiniai procesai, erozija/sedimendacija, augalų augimas, maistmedžiagių ciklai, pesticidų dinamika, medžiagų pernaša vandens telkiniuose, vandens tarša bakterijomis ir kraštotvarkos įtaka hidrologiniams parametrams[3]. SWAT modelis yra atviro kodo programa aktyviai palaikoma JAV Žemdirbystės departamento, Žemdirbystės tyrimų tarnybos, Pievų, dirvos ir vandens tyrimų laboratorijoje Temple, Teksaso vals., JAV[4].

Trumpa informacija apie modelį[taisyti | redaguoti kodą]

SWAT modelis yra skirtas prognozuoti žemės tvarkymo įtaką vandens telkiniams. Jis leidžia įvertinti sedimentų (erozijos), maistmedžiagių, bakteriologinę, pesticidų, hidrologijos būklę ir jų pokyčius net ir nestebimuose baseinuose [5][6]. Modelis yra atviro kodo, platinamas su viešo naudojimo licenzija. Visą informaciją apie modelį ir patį modelį galima rasti SWAT modelio oficialiame tinklapyje. Modelis gana plačiai naudojamas hidrologinių procesų ir pasklidosios vandens taršos modeliavime.

Modelio sukūrimas[taisyti | redaguoti kodą]

SWAT modelį sukurė dr. Jeff Arnold praeito amžiaus devintame dešimtmetyje Jungtinėse Valstijose. Modelio kūrimo procese buvo integruoti kiti JAV mokslinių institutų sukurti modeliai. Kūrimo procese buvo integruoti pakankamai išvystyti lauko skalės hidrologiniai modeliai. Tai įgalino perkelti lauko skalės modelio galimybes į baseino lygmenį.

SWAT modelio kūrimo etapai [7]

SWAT modelis yra parašytas FORTRAN programavimo kalba. Šis modelis ir toliau aktyviai palaikomas JAV Žemdirbystės departamento, Žemdirbystės tyrimų tarnybos, Pievų, dirvos ir vandens tyrimų laboratorijoje Temple dirbančių mokslininkų. Tačiau šio modelio vystymas pasauliniu mastu taip pat vykdomas nepriklausomų mokslinių centrų, kurie yra sukūrę įvairių SWAT modelio adaptacijų.

Modeliuojami procesai[taisyti | redaguoti kodą]

SWAT modelis modeliuoja ir tarpusavyje susieja įvairius upių baseinuose vykstančius procesus. Modelis apima gana detalų matematinį hidrologinių procesų aprašymą. Hidrologinių procesų aprašymas SWAT modelyje yra plačiai ir įvairiose skalėse patikrintas pasauliniu mastu [8]. Kadangi modelis yra skirtas pasklidajai vandens taršai modeliuoti azoto ir fosforo ciklai yra detaliai aprašomi modelyje. Modelis taip pat apima pesticidų dinamiką, bakterinės taršos, upės vagoje vykstančių procesų, augalų augimo ir kitokius upių baseinuose vykstančius procesus.

Image: 100 pixels
Image: 100 pixels
Image: 100 pixels
Image: 100 pixels
Image: 100 pixels

Reikalingi duomenys[taisyti | redaguoti kodą]

SWAT modeliui pagrindiniai reikalingi duomenys yra skaitmeninio reljefo modelio (angl. Digital Elevation Model) sluoksnis, žemės panaudojimo ar žemės dangos duomenys, dirvožemio ir meteorologinių sąlygų duomenys [9]. Reikalingi meteorologinių sąlygų duomenys yra vėjo greitis, temperatūra, santykinis drėgnumas, saulės radiacija, kritulių kiekis ir rasos taško temperatūra. Kalibruojant modelį reikalingi vandens debito ir hidrocheminių parametrų duomenys. Be to, į SWAT modelį esant poreikiui galima įvesti taškinių šaltinių, pasėlių augimo, tręšimo (tiek mineralinėmis, tiek organinėmis trąšomis), arimo, atmosferinės depozicijos, pesticidų naudojimo, lietaus nuotėkų nuo urbanizuotų teritorijų, rezervuarų, požeminio vandens duomenis.
Kadangi modelis yra procesais paremtas, pusiau pasklidųjų parametrų, tai duomenų ir parametrų poreikis yra didelis. Vis dėlto modelis yra sukurtas taip, kad minimalus duomenų kiekis reikalingas paleisti modelį, dažniausiai yra jau surinktas vyriausybinių agentūrų [10]. Modelis taip pat gali būti panaudotas upių baseinų modeliavimui (priklausomai nuo tikslo) net jei šalyse labai mažai ar visai nėra modelio įvesčiai reikalingų duomenų. Jungtinių Tautų universiteto paruoštas Waterbase projektas (skirtas besivystančioms šalims) leidžia visus modelio paleidimui reikiamus duomenis atsisiųsti iš pasaulinių georeferentinių duomenų bazių.

Modelio parametrų bibliotekos[taisyti | redaguoti kodą]

SWAT modelio panaudojimą palengvina sukurtos SWAT modelio parametrų bibliotekos. SWAT modelis įvairiems procesams modeliuoti reikalauja daug įvairiausių parametrų. Šios bibliotekos gali būti (dažniausi ir yra) panaudotos paruošiant modelį. Modelis apima augalų ir žemės panaudojimo, miestų teritorijų, trąšų, arimo būdų, dirvožemio, pesticidų ir taršos mažinimo priemonių parametrų bibliotekas.

Integracija su GIS programomis[taisyti | redaguoti kodą]

Naudojimo palengvinimui SWAT modelis yra integruotas su GIS programomis. SWAT modelis yra integruotas su ArcGIS ESRI komercine GIS programine įranga ir su Map Windowatviro kodo GIS programine įranga. SWAT modelio versija, kuri skirta dirbti ArcGIS aplinkoje, vadinama ArcSWAT. Versija, kuri skirta dirbti Map Window aplinkoja, vadinama MWSWAT.

SWAT modelio vertinimas[taisyti | redaguoti kodą]

Stipriosos modelio pusės[taisyti | redaguoti kodą]

SWAT modelio stipriosios pusės yra:

  • Išsamus hidrologinis balansas
  • Fizinių parametrų įvestis
  • Išsamus augalų augimo ciklo modeliavimas (rotacija, derliaus nuėmimas ir t. t.)
  • Maistmedžiagių cirkuliacijos dirvožemyje aprašymas
  • Kraštotvarkos praktikų įvertinimas aplinkosauginiais aspektais
  • Lanksti baseino konfiguracija
  • Galimybė modeliuoti vandens permetimą ir nukreipimą į drėkinimo sistemas
  • Maistmedžiagių/pesticidų dinamikos aprašymas
  • Tvenkinių, kūdrų, pelkių poveikio įvertinimas

Silpnosios modelio pusės[taisyti | redaguoti kodą]

  • Nevertina atstumo įtakos teršalų pernešimui pabaseiniuose
  • Negali atlikti simuliacijų mažesnių nei dienos laiko intervalu bei neįvertina ištirpusio deguonies pokyčių paros eigoje
  • Sunkiųjų metalų patekimo įvertinimas įmanomas tik per sutelktuosius taršos šaltinius
  • Tuo pačiu metu galima modeliuoti tik vieno pesticido pernašą vandens telkiniuose
  • Negali nurodyti tikslios vietos trąšų ar pesticidų panaudojimui
  • Vandens telkiniai modeliuojami kaip vienos dimensijos, visiškai susimaišę vandens kūnai
  • Dabartinėje versijoje trūksta modelio išvesties apdorojimo modulio

SWAT modelio naudojimas Lietuvoje[taisyti | redaguoti kodą]

SWAT modelis Lietuvoje yra naudojamas Aplinkos apsaugos agentūros prie Aplinkos ministerijos.

Šaltiniai[taisyti | redaguoti kodą]

  1. Ou, Y., Wang, X., 2008. Identification of critical source areas for non-point source pollution in Miyun reservior watershed near Beijing, China. Water Science & Technology 58(11), 2235-2241.
  2. Neitsch, L. S., Arnold, G. J., Kiniry, R. J., Srinivasan, R., Williams, R. J., 2004. Soil and water assessment tool. Input/Output file documentation. Version 2005. Grassland, Soil and Water Research Laboratory, Agricultural Research Service & Backland Reseach Center, Texas Agricultural Experiment Station.
  3. Arnold, J. G. & Fohrer, N., 2005. SWAT2000: current capabilities and research opportunities in applied watershed modelling. Hydrological Processes 19(3), pp. 563-572.
  4. USDA ARS Grassland Soil and Water Research Laboratory, Temple, Texas
  5. Grassman, W. P., Reyes, R. M., Green, H. C., Arnold, G. J., 2007. The Soil and Water Tool: historical development, applications and future reseach directions. American Society of Agricultural and Biological Engineers 50(4), pp.1211-1250.
  6. Volk, A., Liersch, S., Schmidt, G., 2008. Towards the implementation of the European Water Framework Directive? Lessons learned from water quality simulation in an agricultural watershed. Land Use Policy (2008), doi:10.1016/j.landusepol.2008.08.005.
  7. Gassman, W. P., Reyes, R. M., Green, H. C. and Arnold, G. J., 2007. The Soil and Water Assessment Tool: Historical Development, Applications, and Future Research Directions. Working Paper 07-WP 443. Center for Agricultural and Rural Development, Iowa State University.
  8. Zhang, X., R. Srinivasan, and M. Van Liew. 2008. Multi-Site Calibration of the SWAT Model for Hydrologic Modeling, Transactions of the ASABE. 51(6): 2039-2049.
  9. Neitsch, L. S., Arnold, G. J., Kiniry, R. J., Srinivasan, R., Williams, R. J., 2002 Soil and Water Assessment Tool User's Manual. Version 2000. Grassland, Soil and Water Research Laboratory, Agricultural Research Service & Backland Reseach Center, Texas Agricultural Experiment Station.
  10. Arnold, J., Srinivasan, R., Neitsch, S., George, Ch., Abbaspour, K., Gassman, P., Hao, H. F., Griensven, A., Gosain, A., Debels, P., Kim, W. N., Somura, H., Ella, V., Leon, L., Jintrawet, A., Reyes, M., Sombatpanit, S., 2009. Soil and Water Assessment Tool (SWAT): Global Applications. World Association of Soil and Water Conservation. Special Publication No.4.

Nuorodos[taisyti | redaguoti kodą]