Water flow estimation in soils with different hydraulic characteristics

Tok vode u tlima se odvija pod utjecajem klimatskih parametara, karakteristika tla te ostalih faktora kao što su nagib terena, biljni pokrov, sustavi odvodnje itd. Hidrauličke karakteristike tla su rezultat mehaničkog sastava tla, strukture tla i ostalih fizikalnokemijskih karakteristika (npr. sadržaj humusa). Modeli toka vode u tlu pri varijabilno saturiranim uvjetima se mogu pouzdano koristiti za procjenu toka vode u tlu. Cilj rada je uz pomoć terenskih i laboratorijskih istraživanja i numeričkog modeliranja procijeniti tok vode u tlima s različitim hidrauličkim karakteristikama. U svrhu određivanja hidrauličkih karakteristika tla, neporušeni uzorci od 250 cm3 su prikupljeni s pet različitih lokacija na području grada Zagreba. Na navedenim uzorcima su određene retencijske i hidrauličke krivulje tla na temelju kojih su dobivene vrijednosti hidrauličkih parametara (npr. količina vode u tlu, hidraulička provodljivost tla). Provedena mjerenja hidrauličkih parametara tla pokazala su visoku podudarnost procijenjenih retencijskih i hidrauličkih krivulja temeljenih na van Genuchten-Mualemovom modelu (R2 i RMSE vrijednosti) što ukazuje na pouzdanost primijenjenih metoda (RMSE < 0.01 cm3/cm3 i RMSE < 0,6 cm/d). Iako se na svim lokacijama radilo o istom tipu tla (Rendzina) uočene se velike razlike u hidrauličkim karakteristikama što ukazuje na veliku heterogenost istraživanih tala. Numeričko modeliranje toka vode na lokacijama istraživanja je ukazalo na važnost procjene svih hidrauličkih parametara jer uz hidrauličku vodljivost nesaturiranog tla i ostali (npr. retencija vode) parametri utječu na ponašanje i tok vode u nesaturiranoj zoni tla.Water flow in soils is under the influence of climatic parameters, soil characteristics, and other factors such as terrain slope, plant cover, drainage systems, etc. Soil hydraulic parameters are the result of soil texture composition, soil structure, and other physicochemical properties (e.g., organic matter content). Water flow models in variably saturated conditions can be reliably used to estimate the water flow in the soil. The thesis aims to assess the water flow in soils with different hydraulic characteristics using laboratory methods and numerical modeling. To determine the hydraulic characteristics of the soil, undisturbed samples of 250 cm3 were collected from five different locations in the city of Zagreb. The samples were used to determine retention and hydraulic conductivity curves of the soil based on which the values of hydraulic parameters will be obtained (e.g., the amount of water in the soil, hydraulic conductivity). The objectives of this thesis were to determine the hydraulic characteristics of the soil in individual locations and to perform numerical modeling of the water flow based on experimentally determined soil hydraulic parameters. The performed measurements of hydraulic soil parameters showed high relevance of the estimated retention and hydraulic curves based on the van Genuchten-Mualem model (R2 and RMSE values), which indicates the reliability of the applied methods (RMSE <0.01 cm3/cm3 and RMSE