Data modell fusion for studying the combined effects of different land use and climate change scenarios on water regime and soil erosion  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
101065
Type K
Principal investigator Farkas, Csilla
Title in Hungarian Különböző földhasználati rendszerek és klímaváltozási forgatókönyvek hatásának vizsgálata a vízforgalomra és a talajerózióra adat-modell szintézis alkalmazásával
Title in English Data modell fusion for studying the combined effects of different land use and climate change scenarios on water regime and soil erosion
Keywords in Hungarian földhasználat-váltás, klímaváltozás, vízforgalom, erózió, tábla lépték, vízgyűjtő lépték, dinamikus modellezés, adat-modell szintézis
Keywords in English land use change, climate change, water regime, erosion, field scale, catchment scale, dynamic modelling, data-model fusion
Discipline
Hydrology, Hydrogeology (Council of Complex Environmental Sciences)90 %
Ortelius classification: Hydrogeology (Geophysics)
Meteorology, atmospheric physics and dynamics (Council of Complex Environmental Sciences)10 %
Ortelius classification: Climatology
Panel Earth sciences 1
Department or equivalent Institute for Soil Sciences (Centre for Agricultural Research)
Participants Bakacsi, Zsófia
Bánszegi, Oxána
Benő, András
Dencső, Márton
Födelmesi, Zoltán
Fodor, Nándor
Gelybó, Györgyi
Horel, Ágota
Hubainé Tóth, Eszter
Kása, Ilona
Kocsis, Mihály
Kovács, József
László, Péter
Molnár, Sándor
Molnár, Sándor
Potyó, Imre
Sisák, István
Takács, Katalin
Starting date 2012-02-01
Closing date 2017-01-31
Funding (in million HUF) 39.637
FTE (full time equivalent) 11.21
state closed project
Summary in Hungarian
A projekt célja egy olyan integrált, több léptékű módszertan kidolgozása, mely alkalmas a szélsőséges hidrológiai helyzetek vízforgalomra, valamint erózióra gyakorolt hatásának integrált jellemzésére. Célunk, hogy adat-modell szintézis alkalmazásával integráljuk a tábla, illetve vízgyűjtő szintű víz -és talajszemcse áramlással kapcsolatos adatokat és ismereteinket, valamint becsüljük a különböző földhasználatok és klíma szcenáriók vízháztartásra és talajerózióra kifejtett hatását. Kutatásainkat a Balaton vízgyűjtőjének három referencia részvízgyűjtőjére végezzük. A vízgyűjtők területén adatgyűjtést végzünk, valamint szelvény léptékű dinamikus modellt illesztünk olyan, reprezentatívnak tekinthető parcellákra, melyeket a terepviszonyok, a földhasználat és talaj szempontjából választunk ki. Ezt a modellt kapcsoljuk össze vízgyűjtő szintű INCA-SED modellel. Az INCA-SED modell szimulálja a felszíni elfolyást és a talajveszteséget a vízgyűjtő területén. A földhasználatban és klímában bekövetkező változások leírása céljából szcenárió mátrixot hozunk létre. Szcenárióanalízis keretében futtatjuk az összekapcsolt, szelvény- és vízgyűjtő-szintű modell olyan módszerek kidolgozása céljából, melyek alkalmasak a változó körülmények esetleges káros hatásainak csökkentésére. A projekt eredményeként új, értékes mérési és monitoring adatokat hozunk létre, továbbá vizsgáljuk különböző földhasználati és klímaváltozási forgatókönyvek hatását a vízforgalomra és az eróziós folyamatokra. A módszer előnye az, hogy az adaptációs stratégiákat tábla és vízgyűjtő szinten egyaránt optimalizáljuk, megkönnyítve ezzel mind a Vízkeret Irányelv, mind a Talajvédelmi Stratégia haza alkalmazását.
Summary
This project aims to develop an integrated multi-scale approach to monitor, model and evaluate occurrences of extreme hydrological situations and their effects with respect to floods, droughts and soil erosion. Applying data-model fusion, we intend to integrate knowledge on plot- and catchment scale description of water and soil particle transport and to evaluate the combined effects of different land use and climate change scenarios on water regime and soil erosion. The study will be carried out on three reference watersheds around Lake Balaton. Plot- and catchment scale characteristics will be monitored. Within each catchment, a profiled-based dynamic model (PBM) will be calibrated for selected representative (for terrain, land use and soils) plots. The PBM will be coupled to the catchment level INCA-SED model. The INCA-SED will be calibrated to simulate runoff and soil losses from the catchments. Combined land use and climate change scenario matrix will be constructed. Management options, mitigating the possible harmful effects of climate change and extreme weather event will be developed based on scenario analyses. We offer new monitoring data, advanced data evaluation and performance of a complex climate- and land use change scenario analysis, based on a multi-scale modelling approach. The adaptation strategies will be optimised at plot and catchment scales thus, facilitate the implementation of both, Water Framework Directive and Soil Protection Strategy.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Tábla- és vízgyűjtő szintű adatgyűjtést és monitorozást végeztünk három Balaton környéki vízgyűjtő területén a hidrológiai folyamatokra és a talajerózióra vonatkozó ismereteink bővítése céljából. Statisztikai, GIS-alapú és matematikai modelleket adaptáltunk a klímaváltozásnak és eltérő földhasználati rendszereknek a lefolyásra és a talajerózióra gyakorolt hatásának becslése céljából. Elvégeztük a tábla-léptékű SWAP és a vízgyűjtő szintű PERSiST és INCA-P modellek kalibrációját a mintaterületre. Tanulmányoztuk a kalibrált modellparaméterek és a konnektivitást jellemző változók közötti összefüggést, hogy a későbbiekben a monitorhálózattal nem rendelkező vízgyűjtőkre is adaptálhassuk a modelleket. Hely-specifikus klímaváltozási adatsorokat generáltunk a LARS időjárás generátor segítségével. Kombinált klíma -és földhasználat változást leíró szcenárió mátrixot teszteltünk a hidrológiai és az eróziós folyamatokban várhatóan bekövetkező változások becslése céljából. Megállapítottuk, hogy alkalmazkodási eljárások bevezetése nélkül a jövőben számítanunk kell az eróziós veszteségek a felszíni vizek terhelésének növekedésére, ezért olyan integrált, a vízgyűjtő minden lefolyást formáló elemét érintő megoldásokat kell keresni, melyek elősegítik a víz-visszatartást és csökkentik a talajdegradáció és a vízszennyezés kockázatát. Erőfeszítéseink ellenére sem sikerült minőségi, hosszú mért talajnedvesség-adatsorokat előállítani, így ennek hiánya korlátozó tényezőként merült fel.
Results in English
In the frame of the Project plot- and catchment level data collection and monitoring was carried out in three reference catchments of the Lake Balaton watersheds also focusing on extreme precipitation events. We used statistical, GIS-based and process-based modelling techniques, linking of plot- and catchment level data and hydrological models in order to evaluate the combined effects of land use and climate changes on hydrological processes and soil erosion. The plot-scale SWAP and the catchment level PERSiST and INCA-P models were calibrated for the study area. The relationship between the calibrated model parameters and GIS-derived connectivity characteristics was studied to evaluate the possibilities of further model parameterisation for watersheds, where no monitoring data is available. Site-specific climate change scenarios were derived, using the LARS Weather Generator. A combined land use and climate change scenario matrix was introduced and used for scenario analyses. We concluded that without adaptation, the predicted climate change would lead to an increase in soil losses. Therefore, complex measures, implemented at all the elements of the catchment are needed to prevent soil degradation and water pollution. We also found, that despite all the efforts it was not possible to obtain long time series of good quality soil water content data and further developments are needed to overcome this constrain.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=101065
Decision
Yes





 

List of publications

  
Gelybó, Gy., Barcza, Z., Kern, A., Kljun, N.: Effect of spatial heterogeneity on the validation of remote sensing based GPP estimations., Agricultural and Forest Meteorology, in press, 2013
Farkas Cs., Beldring, S., Bechmann M. and Deelstra J.: Soil erosion and phosphorus losses under variable land use as simulated by the INCA-P model., Soil Use and Management (in press), 2013
Tóth E, Gelybó Gy, Bakacsi Zs, Molnár S, Farkas Cs.: A bükki barna erdőtalajok klímaérzékenységének vizsgálata matematikai modell alkalmazásával., Talajvédelem (megjelenés alatt), 2013
Gelybó Gy, Tóth E, Bakacsi Zs, Molnár S, Farkas Cs.: Climate change impacts ont he water regime of abrown forest soil., Proceedings of the 20th International Poster Day, Transport of Water, Chemicals and Energy in the Soil-Plant-Atmosphere System, Bratislava 15.11., 2012
Gelybó Gy, Tóth E, Bakacsi Zs, Molnár S, Farkas Cs.: Climate change impacts ont he water regime of abrown forest soil., Abstracts of the 20th International Poster Day, Transport of Water, Chemicals and Energy in the Soil-Plant-Atmosphere System, Bratislava 15.11.2012., 2012
Tóth E, Gelybó Gy, Farkas Cs, Lagzi I.: Effect of inter-row cultivation on soil CO2 emission in a peach plantation., Abstracts of the European Geosciences Union General Assembly 2012 Vienna, Austria, 22 – 27 April 2012., 2012
Farkas Cs.: Modelling soil erosion and phosphorus losses under changing climate and land use., Előadás, Bioforsk Faglig Forum, 31 October, 2012. Norvégia, 2012
Gelybó, Gy., Barcza, Z., Kern, A., Kljun, N.: Effect of spatial heterogeneity on the validation of remote sensing based GPP estimations., Agricultural and Forest Meteorology, 174-175, pp. 43-53., 2013
Farkas Cs., Beldring, S., Bechmann M. and Deelstra J.: Soil erosion and phosphorus losses under variable land use as simulated by the INCA-P model., Soil Use and Management, 29:124-137., 2013
Tóth E, Gelybó Gy, Bakacsi Zs, Molnár S, Farkas Cs.: A bükki barna erdőtalajok klímaérzékenységének vizsgálata matematikai modell alkalmazásával., Talajvédelem, SI, pp. 521-530. ISBN 978-963-08-6322-3, 2013
Balashov E., Buchkina N., Rizhiya E. and Farkas Cs.: Field validation of DNDC and SWAP models for temperature and water content of loamy and sandy Spodosols., International Agrophysics, 28: 133-142., 2014
Farkas Cs., Gelybó Gy., Bakacsi Zs., Horel Á., Hagyó A., Dobor L., Kása I. and Tóth E.: Impact of expected climate change on soil water regime under different vegetation conditions., Biologia, 69:1510-1519., 2014
Csorba Sz., Raveloson A., Tóth E., Nagy V. and Farkas Cs.: Modelling soil water content variations under drought stress on soil column cropped with winter wheat., Journal of Hydrology and Hydromechanics, 62: 269-276., 2014
A. Horel, E. Toth, Gy. Gelybo, I. Kasa, Zs. Bakacsi and Cs. Farkas.: Effects of Land Use and Management on Soil Hydraulic Properties., Open Geoscience/Central European Journal of Geosciences, Volume: 7(1) pp. 742-754., 2015
Kása I, Horel Á, Gelybó Gy., Bakacsi Zs, Tóth E, Koós S, Dencső M., Farkas Cs.: Investigation of hydrological processes in a small catchment near Lake Balaton., Transport of water, chemicals and energy in the soil-plant-atmosphere system, 95-103. ISBN 978-80-89139-36-1, 2015
Horel A, Kasa I, Gelybo Gy, Bakacsi Zs, Toth E, Sisak I, Koos S, Farkas Cs.: Studying the combined effects of land use and climate change on water regime and soil erosion on three small catchments near Lake Balaton, Hungary., Abstract of presentation on COST Connectivity meeting 2015.09.13-17, Durham University, Durham, Anglia, 2015
Kása, I., Gelybó, Gy., Horel, Á., Bakacsi, Zs., Tóth, E., Koós, S., Dencső, M., Deelstra, J., Farkas, Cs.: Evaluation of three semi-distributed hydrological models in simulating discharge from a small forest and arable dominated catchment., Biologia (accepted for publication), 2017
Horel Á., Bakacsi ZS., Dencső M., Farkas Cs., Gelybó Gy., Kása I., Tóth E., Molnár S., Koós S.: Eső hatása a Csorsza-patak vízgyűjtőjének téli hidrológiai folyamataira., Agrokémia és Talajtan, 66(1):61–77., 2017
Horel Á., Kasa I., Bakacsi Zs., Dencso M., Koos S., Gelybo Gy., Toth E., Farkas Cs.: Investigation of soil water changes under different land use types at a small Balaton catchment in Hungary., GEOPHYSICAL RESEARCH ABSTRACTS 18: 13589 1 p., EGU General Assembly Conference. Bécs, Ausztria, 2016
Kása, I.; Á. Horel, Zs. Bakacsi, S. Koós, Gy. Gelybó, M. Dencső, E. Tóth, Cs. Farkas.: Application of Persist and HBV catchment scale rainfall-runoff model to a small catchment near lake Balaton, Hungary., Plant Biology Europe 2016, Prága, Csehország., 2016
Kása I., Bakacsi Zs., Horel Á., Koós S., Tóth E., Gelybó Gy., Dencső M., Farkas Cs.: A felszíni lefolyás ensemble modellezése egy Balaton környéki vízgyűjtőn., In: Kátai János, Sándor Zsolt, Szász Gabriella (szerk.) Talajtani Vándorgyűlés: "Okszerű talajhasználat - Talajvédelem": Program ; Az előadások és a poszterek összefoglal, 2016
Kása, I.; Á. Horel, Gy. Gelybó, Zs. Bakacsi, E. Tóth, S. Koós, M. Dencső, Cs. Farkas.: A comparison of PERSiST and HBV catchment-based hydrological models for evaluating the runoff from a small catchment., COST Connecteur meeting, Prága, 2016 Csehország, 2016
Farkas Cs, Gelybo Gy, Bakacsi Zs, Horel A, Hagyo A, Dobor L, Kasa I, Tóth E.: Impact of expected climate change on soil water regime under different vegetation conditions., Biologia, 69: 1510–1519., 2014




 

Events of the project

  
2016-08-30 12:40:51
Résztvevők változása
2016-03-31 10:37:58
Résztvevők változása
2014-11-14 11:18:01
Résztvevők változása
2013-04-25 14:29:46
Résztvevők változása



Back »