Emeritaatsviering Prof. Dr. Ir. Jan Feyen Ingenieur, wetenschapper en visionair Prof. Harry Vereecken, Agrosphere, Forschungszentrum Jülich
De hoofdonderzoeksgebieden van Jan Feyen • Irrigatie en drainage • De digitalisatie en interpretatie van de bodemkaart, pedotransferfuncties • Bodemwater, stoftransport, gewasgroeien nutriëntenmodellering
Basis: ISI
Waarom irrigatie en drainage? • Enorme betekenis voor de mensheid • Typische ingenieursdiscipline • Integratief onderzoeksdomein
Water op aarde Total water: 1400 Million km3 Fresh water: 43 Million km3 (3 %) Lakes and rivers 0,3 %
Soil moisture, swamps, permafrost 0,9 %
UN: The water resources of the Earth will decline by 25% in the next 10 years.
clean groundwater 30 %
Water demand will increase by 40% in 2025: 30 % will exhibit water stress (< 1700 m3/year), 7% water scarcity (< 1000 m3/year)
Gletscher and permanent ice 69 %
Voeding van de wereldbevolking tegen 2030 • vereist
een stijging van de agrarische productie met 1.5 to 2%
Maar … • productie is beperkt tot de huidige oppervlakte en men verwacht eerder een daling • diversificatie in het landgebruik (e.g. energieproductie) • ecologische aspecten worden belangrijker • intensificatie van de produktie (water, voedingsstoffen, pesticides) • irrigatielandbouw verzorgt 40% van de wereldvoedselproductie
Groundwater abstraction as percentage of average annual recharge
0.07 ha produceert voldoende voedsel voor 1 persoon (maar hoofdzakelijk vegetarisch!) Jan Feyen heeft vroeg erkend dat water in de landbouw één van de belangrijkste uitdagingen van de 21ste eeuw is. (zie ook Paul Kennedy: Preparing for the twenty-first century, Yale University, 1994)
Irrigatie en drainage: uitdaging „The biggest challenge in irrigation management is to improve the efficiency and productivity of water use in existing systems“ (World bank, 2009) -
Inefficient operations and maintenance inadequate service delivery low water productivity poor cost recovery degradation of soil and water
Oplossing: modernisering, uitbouw van profitabele klein- to mediumschalige irrigatiesystemen, opleiding en „skilled Staf“
Waarom Jan Feyen en irrigatie en drainage?
Jan Feyen studeerde Landbouw met specialisatie Landtechniek
Hij was vooral ingenieur Dat kon beter!
Excellent
Hij had interesse in de „warme landen“
Algemene Landbouw van de warme landen
Waterhuishouding stond op het voorplan
Thesis: algemene studie aangaande de waterhuishouding van het stroomgebied van de kleine ???
Jan Feyen‘s doktoraat: integratief onderzoek
Winterrogge, veldbeemd- en rood zwenkgras, appel
Irrigatie en drainage vereist een goede kennis van planten
van bodems
van de „micrometeorlogie“
.. direkt een Engelse samenvatting
Belangrijke bijdragen van Jan Feyen in irrigatie en drainage
Transfer van kennis • Irrigation Engineering: 1981-1994 • Interuniversity Programme in Water Resources Engineering (IUPWARE): 1994-1995 in samenwerking met Interuniversity Programme in Hydrology van de VUB • > 750 studenten over de ganse wereld
De Doctoraten: > 50 waarvan ongeveer de helft in irrigatie en drainage
1 2 3 3-5
6
=23
De expertmissies: > 100
1 2 3 3-5
>5
Handleidingen voor studenten en onderzoekers
Wetenschappelijke output: meer dan 70 ISI publicaties
Zoekcriterium: irrigation OR drainage
De hoofdonderzoeksgebieden van Jan Feyen • Irrigatie en drainage • De digitalisatie en interpretatie van de Bodemkaart, pedotransferfuncties (Top tien ISI papers) • Bodemwater, stoftransport, gewasgroeien nutrietenmodellering
De digitalisatie en interpretatie van de bodemkaart, pedotransferfuncties Bodemwater en gewasgroeimodellen Swatrer (Belmans et al., 1983) Swatnit (Vereecken et al., 1988) Wave (Vanclooster et al., 1994)
Input?
+ Profielbeschrijving en bodemeigenschappen: Textuur, bodemdichtheid, koolstof Basis: 1 boring/ha
Water- en stofhuishouding
De digitalisatie en interpretatie van de Bodemkaart, pedotransferfuncties Bodemwaterbeweging: Richardsvergelijking (1930)
∂h ⎤ ∂h ∂ ⎡ Cw (h) = ⎢ K (h) + 1⎥ ∂t ∂z ⎣ ∂z ⎦
h: drukhoogte, z: coordinaat in de verticale richting Cw(h): dh/dθ θ: watergehalt
Waterretentiefunktion:
θ (h ) =
θs −θr
(1 + (α h ) )
n m
+ θr
Van Genuchten et al., 1980 Hydraulische Geleidbaarheidsfunktie:
K (h) = Ksat /(1 + (α h ) ) ng
Gardner, 1958
van Genuchten model (m=1) en Gardner model zijn de beste functies om de pF-Kurve en de waterdoorlatendheid voor Belgische bodems te beschrijven
Pedotransferfunkties voor de Belgische bodems: waterretentie en doorlatenheid Waterretentiecurve (Vereecken, Maes, Darius en Feyen, Soil Science, 1990)
θs = 0.81 - 0.23*ρb + 0.001*klei θr = 0.015 + 0.005*klei +0.014*OC ln(α) = -2.486 + 0.025*zand – 0.351*OC –2.617*ρb – 0.023*klei ln(n) = 0.053 – 0.009*zand – 0.013*klei + 0.00015*zand² (m = 1, zand, klei, OC: in %, ρb: [g cm−3], α: [cm−1 ]) Doorlatendheid (Vereecken, Maes and Feyen, Soil Science, 1990) Log(b)= 1.186- 0.194*log(klei)- 0.0489*log(leem) Log(n)= -2.64 – 0.019*zand + 0.05*klei + 0.056*log(Ksat) (leem: in gewichtspercent, Ksat: gemeten waarde)
Pedotransferfunkties voor de Belgische bodems: waterretentie en doorlatenheid
Vereecken, Maes, Darius and Feyen, Soil Science, 1989 Vereecken, Maes and Feyen, Soil Science, 1990
Het bodeminformatiesysteem Aardewerk Integratie van 50.000 gegevens Over belgische bodemhorizonten Van Orshoven, Maes, Vereecken, Feyen, Dudal: a structured database of Belgian soil profile data= Une banque de données structurée des profils pédologiques belges, 1988, Pedologie Van Orshoven, Feyen, Maes, Vereecken, A procedure for the statistical characterization of the units of the Belgian soil map, 1991, Pedologie
Belangrijk voor het onderzoek naar klimaatsverandering en bodemkoolstof (Zie citaties in Scopus)
De digitalisatie en interpretatie van de bodemkaart, pedotransferfuncties
• Primeur in Belgie, eerste conferentie • Op gelijke voet met Wageningen • Top 5% in de wereld
De hoofdonderzoeksgebieden van Jan Feyen • Irrigatie en drainage • De digitalisatie en interpretatie van de Bodemkaart, pedotransferfuncties • Bodemwater, stoftransport, gewasgroeien nutriëntenmodellering (Top tien ISIpapers van Jan Feyen)
js(t;z = 0)
Stoftransport in bodems
Belangrijk processen: advectie, dispersie en „preferential transport“
Dirac pulse: M0 δ(t)
t=0
t
TDR Instrument
From: Robinson et al. 2003
Mallants et al., 1994.
Rtot = Z c
1 + ρ∞ 1 − ρ∞
σ dc =
Kp Rtot
σdc electrische geleidbaarheid Rtot: impedantie Kp: geometrische constante
Stoftransport-TDR • Ontwikkeling van de TDR-methode om opgeloste stoffentransport in bodems te karakterisieren op lokale schaal – Vanclooster, Mallants, Diels, Feyen, Journal of Hydrology, 1993 – Mallants, Vanclooster, Meddahi, Feyen, Journal of Contaminant Hydrology, 1994 – Mallants, Vanclooster, Toride, Vanderborght, van Genuchten, Feyen, 1996, Soil Science Society of America
TDR metingen kunnen gebruikt worden om transportprocessen te onderscheiden
• Meten van opgeloste stoftransport in een meerlagige zandige lysimeter met TDR –
Vanclooster, Mallants, Vanderborght, Diels, Van Orshoven, Feyen, Soil Science Society of America, 1995
Eerste toepassing of veldschaal in Bekkevoort en Krauthausen Analysis of steady state solute transport through two heterogeneous fields. Water Resources Research, Jacques et al. (1998)
Ruimtelijke variabiliteit van hydraulische eigenschappen •
Karakterisatie van de ruimtelijke variabiliteit in een meerlagige bodem (Mallants, Mohanty, Jacques en Feyen, Soil Science,1996)
Ruimtelijk variabiliteit van Ksat in bodems met macroporen (Mallants, Mohanty, Vervoort en Feyen, Soil technology, 1997) Time after application
Log10(f); f for hydraulic conductivity
Heterogeneous K-field
•
Kasteel et al., 2007
Belangrijkste resultaten •
• •
Doormenging (mixing) van opgeloste Stoffen in de belangrijkste Belgische bodems is afhankelijk van morfologische eigenschappen (vertikale tongen, gelaagdheid, macroporen en waterafstotende lagen) De dispersiecoefficient neemt meer als lineair toe met de diepte en aldus is het geen bodenmaterialconstante De verandering van de dispersie met de drainagesnelheid (Leaching rate) was afhankelijk van de hydraulische geleidbaarheid
Vanderborght, Vanclooster, Timmerman, Seuntjens, Mallants, Kim, Jacques, Hubrechts, Gonzalez, Feyen, Diels, Deckers, 2001, Water Resources Research
Internationale workshop in Leuven, 1998
en vele professoren (> 11) • • • • • • • • • • •
Prof. Dr. Diels Prof. Dr. Kim (Korea) Prof. Dr. Raes Prof. Dr. Ragab (Egypt) Prof. Dr. Vanclooster (UCL, Belgie) Prof. Dr. Vandendriessche Prof. Dr. Vanderborght Prof. Dr. Van Orshoven Prof. Dr. Vereecken (Duitsland) Prof. Dr. Wang Zhi (USA) Prof. Dr. Wyseure
Jan Feyen als leermeester en onderzoeker
Nauwgezet en accuraat
Ik stel voor omwille van de uniformiteit dat in de tekst …. Table (6.21) en Fig. (5.1) of Figs. (5.1) to (5.10) zou worden gebruikt. Begint echter de zin met Fig. (5.1) dan wordt dit Figure (5.1). De toelichting bij de tabellen (bovenaan) en bij de figuren (onderaan) wordt steeds getypt met interlinie 1. Begin steeds Als volgt:
Nauwgezet en accuraat
Team player
Mark Verbrugge, Jan Diels, Harry Vereecken, Matthias Vandenbulcke, Jef Maes, Baheri Ahmad, Mahmoud Moussavi, Danny Vandenbroucke, Francois Serneels, Jos Van Orshoven en Jan Feyen
vooruitstrevend en „aanpakker“
Altijd in dienst, bereid, ondersteunend en behulpzaam
Kwantitatief: reeds tijdens het doctoraat
Maar ook in de cursussen
Jan Feyen en papers: >200, > 2400 cites, • Met alle „Groten“ dezer aarde: Beven, Van Genuchten, Jury, Hillel, Nielsen
Jan Feyen en papers: >200, > 2400 cites, • Met alle „Groten“ dezer aarde: Beven, Van Genuchten, Jury, Hillel, Nielsen
Analyse van Jan Feyen‘s werk
Was spät beginnt, hält auch lange!
Histogram van Nobelprijswinnaars (1985-2005) versus h index Jan Feyen
Normalisiering van de H-index op basismet van het vakgebied fysica 2.0
mathematics Computer Sciences Engineering Social Sciences Economics and Business
Materialwissenschaften Agricultural Sciences Plant and Animal Sciences Physics
Vlakke wegen= Vlaanderen?
Hobbelige wegen=Andes?
