Ideális interpolációs módszer keresése a talajvízszint ingadozás talajfejlődésre gyakorolt hatásának térinformatikai vizsgálatához Dr. Dobos Endre, Vadnai Péter
Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Földrajz Intézet XIV. Bányászati, Kohászati és Földtani Konferencia 2012. Március 31.
A World Reference Base for Soil Resources (WRB) nemzetközileg elfogadott diagnosztikai szemléletű talajosztályozási rendszer, mely megfigyelhető, és mérhető diagnosztikai szinteket, tulajdonságokat, és anyagokat különít el és rendel a talajtípusokhoz (Reference Soil Groups). A WRB egyik diagnosztikai tulajdonsága az úgynevezett gleyic colour pattern, amely arra utal, hogy az adott talajban valahol a felső 100 cm-ben talajvíz hatására kialakult glejesedés figyelhető meg. A glejesedés a talajrétegek időszakos vagy állandó vízborítottsága miatt alakul ki, amikor is a reduktív környezetben a talajoldatokban található vas- és mangánvegyületek vegyértékváltása játszódik le. Talajvízglej esetében a szürke mátrixban vörös márványozottság figyelhető meg . A kutatás célja annak vizsgálata, hogy talajvízszint adatok segítségével mennyire becsülhető a glejes rétegek megjelenése a talajokban.
A vizsgálatokhoz a mintaterületen található 880 merőállomás adatait használtuk fel. Ebből az adatbázisból 140 véletlenszerűen kiválogatott pontot kivettünk a későbbi ellenőrzések céljára, és a felszín interpolációkhoz csak a maradék 740 pontot használtuk. Mivel a mért adatok pontosságának megőrzése a vizsgálat szempontjából kulcsfontosságú, az elkészítendő felszínekhez olyan interpolációs módszert kell találnunk, amellyel a mintaterületünk esetében a meglévő, mért adataink felhasználásával, azok értékeit legjobban közelítő felszínt tudunk létrehozni. Az alkalmazott szoftver: ESRI ArcMap 9.3 A felhasznált közelítő eljárások a következők voltak: Spline with Barriers, Topo to Raster, Inverse Distance Weighting, Radial Basis Functions, Ordinary Kriging, Simple Kriging, Universal Kriging, valamint a Regression Kriging
A vizsgált interpolációs módszerekkel készült felszínek összehasonlító statisztikái Interpolation method Spline With Barriers
R
R2
RMSE
Min
Max
Mean
Sum
0,979
0,958
2,949
-9,355
15,723
-0,017
-2,324
Topo to Raster Inverse Distance Weighting Radial Basis Functions
0,972
0,945
3,434
-14,420
18,941
-0,180
-25,182
0,972
0,945
3,433
-9,713
21,075
0,009
1,263
0,977
0,955
3,093
-11,590
16,826
-0,081
-11,405
Ordinary Kriging
0,970
0,941
3,508
-14,041
18,660
-0,214
-30,002
Simple Kriging
0,974
0,949
3,301
-13,248
17,908
-0,138
-19,269
Universal Kriging Regression Kriging with Texture Regression Kriging Regression Kriging Terrain
0,935
0,874
5,250
-13,714
21,864
-0,474
-66,410
0,987
0,974
2,361
-8,353
8,177
0,094
13,203
0,987
0,974
2,286
-8,325
8,225
0,126
17,625
0,992
0,984
1,865
-9,072
6,909
-0,026
-3,634
Regression Kriging A regresszióhoz a vizsgált mintaterület 90m -es SRTM domborzatmodelljét, valamint az ebből származtatott domborzati tényezőket (Lejtőszög, Relief) használtuk fel. Ezekkel készítettünk egy a mért nagyvíz értékeket közelítő felszínt lineáris regresszióval, majd a becsült, és mért értékek közti különbségekből (residual) Ordinary Kriging –gel különbségfelszínt hoztunk létre, amit a regressziós felszínhez hozzáadva jóval pontosabb végeredményt kapunk. Mivel a durvább, és finomabb fizikai féleségű talajok eltérő kapillárisvíz-emelő tulajdonságokkal rendelkeznek, ezért próbaképp a Regression Kriginget módszert nem csak egyben alkalmaztuk a teljes területre, készítettünk egy textúra szerint differenciált változatot is, ahol egy osztályba kerültek az agyag, agyagos-vályog, illetve vályog területek, és egy másik osztályba az ettől durvább szemcseméretűek. Ez azonban nem hozott jelentős javulást a felszínek pontosságában. A terepmagasságot is Regression Kriging –gel közelítettük a mérőállomások magasság adatai alapján. A későbbi statisztikai vizsgálatokat a nagyvíz terepmagasságtól mért távolságára, a két felszín különbségére készítettük el.
TIPUS Láptalajok Csernozjom, durva szemű Csernozjom, finom szemű Szikes, durva szemű Szikes, finom szemű Réti, durva szemű Réti, finom szemű
ZONE_CODE COUNT 1
AREA
MAX
RANGE
MEAN
STD
SUM
195121000
-1,304
6,187
7,491
1,173
1,257
28258
2
201829 1634810000
-3,994
13,857
17,851
2,852
1,918
575713
3
546702 4428290000
-2,770
14,374
17,144
2,528
1,734
1382160
170076000
-0,353
3,472
3,825
1,426
0,778
29936
5
402899 3263480000
-1,156
8,664
9,820
1,142
0,653
459942
6
140685 1139550000
-0,396
11,034
11,430
2,269
1,162
319152
7
635714 5149280000
-2,653
9,761
12,415
1,474
0,864
936913
4
24089
MIN
20997
TIPUS
Láptalajok Csernozjom, durva szemű Csernozjom, finom szemű Szikes, durva szemű Szikes, finom szemű Réti, durva szemű Réti, finom szemű
ZONE_CODE COUNT
AREA
MIN
MAX
RANGE
MEAN
STD
SUM
1
14756
119524000
-1,304
1,000
2,304
0,494
0,318
7288
2
21718
175916000
-3,994
1,000
4,993
0,355
0,829
7711
3
71159
576388000
-2,770
1,000
3,770
0,640
0,417
45559
4
6976
56505600
-0,353
1,000
1,353
0,562
0,308
3923
194414 1574750000
-1,156
1,000
2,156
0,633
0,219
123075
135788000
-0,396
1,000
1,396
0,658
0,266
11025
202706 1641920000
-2,653
1,000
3,653
0,664
0,287
134686
5 6 7
16764
A potenciálisan glejes területek aránya a vizsgált Agrotopo poligonok teljes területéhez viszonyítva.
TIPUS
ZONE_CODE
A poligonok teljes területe
COUNT
A potenciálisan glejes terület
A potenciálisan glejes területek aránya (%)
Láptalajok Csernozjom, durva szemű Csernozjom, finom szemű
1
24089
195121000
58036500
29,74385125
2
201582
1632810000
101444000
6,21284779
3
545140
4415630000
178160000
4,034758347
Szikes, durva szemű
4
20997
170076000
38969100
22,91275665
Szikes, finom szemű
5
401824
3254770000
878453000
26,98971049
Réti, durva szemű
6
140685
1139550000
45117000
3,959194419
Réti, finom szemű
7
635714
5149280000
1022950000
19,86588416
További vizsgálatok
Szükséges a becsült felszínek pontosságának vizsgálata terepi kontrol adatok segítségével. Esetleg a nagyvíz helyett más, a glejes rétegek mélységét jobban közelítő talajvíz mélység használata az interpolációhoz. A statisztikai vizsgálatok újbóli elvégzése pontosabb, kisebb méretarányú talajtani adatbázisok segítségével. (Pl. Kreybig)
Köszönetnyilvánítás
„A tanulmány/kutató munka a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0008 jelű projekt részeként – az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.”
Köszönöm a megtisztelő figyelmet!
