ソルトモッド

開発者	土地改良研究所 (ILRI)
書かれた	デルファイ
オペレーティング·システム	マイクロソフトウィンドウズ
利用可能	英語
タイプ	統計ソフトウェア
ライセンス	独自のフリーウェア
Webサイト	ソルトモッド

SaltModは、さまざまな(地質) 水文学的条件、地下水の灌漑への利用を含むさまざまな水管理オプション、およびいくつかの輪作スケジュールを使用して、灌漑農地の土壌水分、地下水および排水の塩分濃度、地下水面の深さ、排水量 (水文学)を予測するためのコンピュータ プログラムです。水管理オプションには、灌漑、排水、およびパイプ排水管、溝、または井戸からの地下排水の灌漑への利用が含まれます。

土壌中の水と溶質の移動に利用できるコンピュータモデルの大部分（例：Swatre、^[1] DrainMod ^{[2] ）は、}不飽和土壌中の水の動きに関するリチャードの微分方程式と微分塩分分散方程式の組み合わせに基づいています。これらのモデルでは、不飽和土壌水分含有量、水張力、透水係数、分散性の関係など、土壌特性を入力する必要があります。

これらの関係は場所によって大きく異なり、測定は容易ではありません。モデルは短い時間ステップを使用し、少なくとも毎日の水文学的現象のデータベースを必要とします。全体として、かなり大規模なプロジェクトにモデルを適用するには、十分な設備を備えた専門家チームの仕事が必要になります。

2000年以降の事例研究に関する文献参照（年代順）: ^{[3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [ 13 ] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21]}

以前のアプリケーションの例は次の場所にあります:

1. ナイル川デルタの塩分濃度^[22]
2. 灌漑と排水管理の統合^[23]

現在利用可能なほとんどのモデルよりも操作が簡単で、より単純なデータ構造を必要とするコンピュータ プログラムが求められています。そのため、SaltModod プログラムは、専門の地質水文学者ではなく、現場の技術者、エンジニア、プロジェクト プランナーが簡単に使用できるように、操作が比較的簡単であることを考慮して設計されました。

一般的に利用可能な入力データ、妥当な精度で推定できる入力データ、または比較的簡単に測定できる入力データを使用することを目的とします。計算は数値的に行われ、何度も繰り返す必要がありますが、最終結果はマニュアルの式を使用して 手動で確認できます。

SaltMod の目的は、一般的な傾向の観点から長期的な塩分濃度を予測することであり、たとえば 10 年後の 4 月 1 日に状況がどうなるかを正確に予測することではありません。

さらに、SaltMod は排水や井戸水の再利用 (灌漑用など) のオプションを提供し、浸水、土壌の塩分、水不足、帯水層からの過剰汲み上げに対する農家の反応を考慮することができます。また、さまざまな深さとさまざまな容量の地下排水システムを導入して最適化することもできます。Saltmod のその他の機能については、次のセクションを参照してください。

Saltmod の計算方法は、農地の季節ごとの水収支に基づいています。1 年のうち 4 つの季節、たとえば乾季、雨季、寒季、暑季、灌漑または休耕期を区別できます。季節の数 (Ns) は、最小 1 から最大 4 の間で選択できます。季節の数が多くなるほど、必要な入力データの数も多くなります。各季節の期間 (Ts) は、月数で指定します (0 < Ts < 12)。日々の水収支は、いくつかの理由により考慮されません。

1. 日々の入力には多くの情報が必要となり、それがすぐに入手できるとは限らない。
2. この方法は、日々の予測ではなく長期的な予測のために特別に開発されたもので、短期データの変動性が高いため、将来の傾向や予測は、日々の短期的な予測よりも季節的な長期的な予測の方が信頼性が高い。
3. 将来予測の精度はまだそれほど高くないかもしれませんが、傾向が十分に明確であれば多くのことが得られます。たとえば、Saltmod によって 20 年後になると予測された特定の塩分レベルが、実際には 15 年後または 25 年後になる場合でも、適切な土壌塩分制御対策を設計する上で大きな制約にはなりません。

この方法では、季節的な水収支コンポーネントを入力データとして使用します。これらは、表面水文学（降雨量、蒸発、灌漑、灌漑用の排水と井戸水の使用、流出など）と帯水層 水文学（上向きの浸透、自然排水、井戸からの汲み上げなど）に関連しています。その他の水収支コンポーネント（下向きの浸透、上向きの毛細管上昇、地下排水など）は、出力として提供されます。
出力としての排水水の量は、それぞれ排水レベルより上と下の排水に対する 2 つの排水強度係数（入力データとともに提供）、排水削減係数（排水システムの制限された動作をシミュレートするため）、および計算された水収支から得られる地下水面の高さによって決まります。排水強度係数と排水削減係数を変化させることで、さまざまな排水オプションの効果をシミュレートする機会が得られます。

灌漑、蒸発、表面流出に関する入力データは、ユーザーの裁量で選択できる 3 種類の農業慣行について 季節ごとに指定する必要があります。

1. A: グループAの作物を栽培する灌漑地
2. B: グループBの作物を栽培する灌漑地
3. U: 雨水作物または休耕地がある非灌漑地

総面積の割合で表されたグループは、作物の組み合わせ、または単一の種類の作物だけで構成することができます。たとえば、A タイプの作物として、灌漑の少ない栽培作物を指定し、B タイプとして、サトウキビや米などの灌漑の激しい作物を指定できます。ただし、A を米、B をサトウキビ、または木や果樹園とすることもできます。A、B、および/または U の作物は、季節によって異なる方法で指定できます。たとえば、冬はA=小麦+大麦、夏は A=トウモロコシ、冬は B=野菜、夏は B=綿花です。
灌漑されていない土地は、次の 2 つの方法で指定できます。(1) U=1−A−B と指定する方法と、(2) 灌漑なしの A および/または B と指定する方法です。組み合わせることもできます。さらに、総面積にわたるさまざまな土地利用の季節ごとのローテーション
、たとえば完全なローテーション、まったくのローテーションなし、または不完全なローテーション を指定する必要があります。これはローテーション インデックスで行われます。輪作は、1 年のうちの季節ごとに行われます。数年にわたる輪作を得るには、年間の投入量の変化を導入することをお勧めします。 季節ごとの灌漑方式が異なるため、第 1 シーズンの割合 A1、B1、および/または U1 が第 2 シーズンの割合 A2、B2、および/または U2 と異なる場合、プログラムは特定の輪作が発生したことを検出します。これを避けるには、すべての季節で同じ割合 (A2=A1、B2=B1、U2=U1) を指定できますが、作物と灌漑量を比例して調整する必要がある場合があります。 輪作スケジュールは、世界のさまざまな地域で大きく異なります。面積割合、輪作指数、灌漑量、および年間の投入量の変化を創造的に組み合わせることで、多くの種類の農業慣行に対応できます。面積割合や輪作スケジュールを変更することで、さまざまな農業慣行が水と塩分収支に与える影響をシミュレートできます。

Saltmod は 4 つの異なる貯留層を受け入れます。そのうち 3 つは土壌プロファイル内にあります。

1. 表面貯留層
2. 上部（浅い）土壌貯留層または根圏
3. 中間土壌貯留層または遷移帯
4. 深い貯水池または帯水層。

上部土壌リザーバーは、水が蒸発したり植物の根によって吸収される土壌の深さによって定義されます。これは根域と同じになる場合があります。
根域は、水収支に応じて、飽和、不飽和、または部分的に飽和になります。このゾーンのすべての水の動きは、水収支に応じて、上向きまたは下向きに垂直です。(Saltmod の将来のバージョンでは、上部土壌リザーバーを 2 つの等しい部分に分割して、垂直方向の塩分分布の傾向を検出することができます。) 遷移ゾーンも、飽和、不飽和、または部分的に飽和になります。このゾーンのすべての流れは、地下排水溝への流れを除いて垂直です。 水平地下排水システムが存在する場合は、これを遷移ゾーンに配置する必要があります。その後、遷移ゾーンは、上部遷移ゾーン (排水溝レベルより上) と下部遷移ゾーン (排水溝レベルより下) の 2 つの部分に分割されます。地下排水システムがない場合に遷移ゾーンの上部と下部を区別したい場合は、入力データで排水システムを強度ゼロで指定できます。 帯水層は主に水平方向に流れます。揚水井戸がある場合は、帯水層からのみ水が供給されます。

水収支は、記事「水文学（農業）」に示されているように、各貯水池ごとに個別に計算されます。1つの貯水池から出た余剰水は、次の貯水池への流入水に変換されます。3
つの土壌貯水池には、入力データとして指定する異なる厚さと貯留係数を割り当てることができます。
特定の状況では、遷移帯または帯水層が存在する必要はありません。その場合は、最小厚さ0.1 mを指定する必要があります。水収支から計算された地下水位
の深さは、エリア全体で同じであると想定されます。この想定が受け入れられない場合は、エリアを個別のユニットに分割する必要があります。特定の条件下では、地下水位の高さが水収支の要素に影響を及ぼします。たとえば、地下水位が土壌表面に向かって上昇すると、蒸発、表面流出、地下排水 が増加したり、運河からの浸透損失が減少することがあります。これは今度は水バランスの変化につながり、それがまた地下水面の高さなどに影響を及ぼします。 この一連の反応は、Saltmod がコンピュータ プログラムとして開発された理由の 1 つです。水バランスの正しい平衡を見つけるには、何度も繰り返し計算 (反復) する必要があり、手作業で行うと面倒な作業になります。その他の理由としては、コンピュータ プログラムを使用すると、長期間にわたるさまざまな水管理オプションの計算 (長期的な影響をシミュレートする目的) や、さまざまなパラメータを使用した試行の実行が容易になることが挙げられます。

地下排水は、排水溝または揚水井戸によって行うことができます。
地下排水溝は、排水溝の深さと排水容量係数によって特徴付けられます。排水溝は遷移帯にあります。地下排水施設は、自然または人工の排水システムに適用できます。人工排水システムの機能は、排水制御係数によって調整できます。
排水システムが存在しない場合は、容量がゼロの排水溝を設置すると、遷移帯の上部と下部で別々の水と塩分のバランスをとることができます。
揚水井戸は帯水層にあります。その機能は、井戸の排出によって特徴付けられます。排水溝と井戸水は、再利用係数
によって灌漑に使用できます。これは、塩分バランスと灌漑の効率または充足度に影響を与える可能性があります。

塩分バランスは、貯水池ごとに個別に計算されます。塩分バランスは、流入水と流出水の塩分濃度を使用して、貯水池の水バランスに基づいています。さまざまな土壌貯水池の水、灌漑用水、帯水層に流入する地下水の初期塩分濃度など、いくつかの濃度を入力データとして指定する必要があります。

濃度は電気伝導率(EC、単位は dS/m)で表されます。濃度が g 塩/L 水で表されている場合は、経験則として 1 g/L -> 1.7 dS/m を使用できます。通常、土壌の塩分濃度は ECe、つまり飽和土壌ペーストの抽出物 (飽和抽出物) の電気伝導率で表されます。Saltmod では、塩分濃度は、フィールド条件下で飽和したときの土壌水分の EC として表されます。原則として、変換率 EC : ECe = 2 : 1 を使用できます。流出水 (1つの貯水池から別の貯水池へ、または地下排水による) の塩分濃度は、入力データで指定されるさまざまな浸出効率または塩混合効率
を使用して、塩分バランスに基づいて計算されます。さまざまな浸出効率の影響は、入力値を変更することでシミュレートできます。

排水または井戸水を灌漑に使用する場合、この方法では、時間の経過とともに混合灌漑水の塩分濃度と、その後の土壌および地下水の塩分濃度への影響を計算します。この塩分濃度は、排水と井戸水の塩分濃度にも影響します。使用される排水または井戸水の割合（入力データで指定）を変えることで、さまざまな割合の長期的な影響をシミュレートできます。

計算方法には、土壌中の固形鉱物の溶解や難溶性塩の化学的沈殿は含まれていませんが、灌漑用水や帯水層に流入する水の塩分濃度を増減するなど、入力データを通じてある程度考慮することができます。

必要に応じて、水浸しや土壌の塩分濃度に対する農家の反応を自動的に考慮できます。この方法では、以下の項目を徐々に減らすことができます。

1. 地下水位が浅くなったときに供給される灌漑用水の量。
2. 利用可能な灌漑用水が不足しているときの灌漑地の割合。
3. 土壌の塩分濃度が上昇した場合の灌漑地の割合。この目的のために、塩分濃度には確率論的な解釈が与えられます。

応答（1）は、池に沈めた（水に浸した）稲（水田）と「乾いた土」の作物 では異なります。

これらの反応は水と塩分のバランスに影響を与え、その結果、浸水と塩分濃度の上昇のプロセスが遅くなります。最終的には均衡状態がもたらされます。

ユーザーは、関連する入力データを手動で変更することで、農家の反応を導入することもできます。まずは、農家の自動反応とその影響を調査し、その後、ユーザーの視点から農家の反応がどのようなものになるかを判断するのが役立つかもしれません。

これらの反応は水と塩分のバランスに影響を与え、その結果、浸水と塩分濃度の上昇のプロセスが遅くなります。最終的には均衡状態がもたらされます。

ユーザーは、関連する入力データを手動で変更することで、農家の反応を導入することもできます。まずは、農家の自動反応とその影響を調査し、その後、ユーザーの視点から農家の反応がどのようなものになるかを判断するのが役立つかもしれません。

プログラムは、ユーザーが決定した年数の間、固定入力データで実行できます。このオプションは、降雨量などの長期平均入力値に基づいて将来の展開を予測するために使用できます。これは、入力データの将来の値を年ごとに評価することが難しいためです。プログラムでは、毎年変化する入力値 (降雨量、灌漑、農業慣行など) を使用して履歴記録を追跡する機能も提供されますが、計算は年ごとに行う必要があります。このオプションを選択した場合、プログラムは転送ファイルを作成し、前年の最終条件 (地下水位や塩分など) が後続の期間の初期条件として自動的に使用されます。この機能により、既知の降雨確率分布からランダムに抽出されたさまざまな生成降雨シーケンスを使用して、結果として得られる出力パラメータの 確率的予測を得ることができます。

計算が毎年の変化に基づいて行われる場合、すべての入力パラメータ、特に土壌貯留層の厚さと総多孔度を変更することはできません。これらは水と塩分のバランスに不合理な変化を引き起こすためです。

Saltmod の出力は、入力データで指定されたとおり、任意の年数の各季節ごとに提供されます。出力データは、水文学的側面と塩分側面で構成されます。

データは表形式でファイル化されており、直接検査したり、スプレッドシートプログラムでさらに分析したりできます。

土壌の塩分濃度は場所によって大きく異なるため（図左）、SaltModは出力に頻度分布を含めます。この図はCumFreqプログラム[13]で作成されました。

このプログラムは、さまざまな入力データ、結果の出力、および時間の間に多数の関係を展開する可能性を提供します。
ただし、さまざまな使用方法をすべて予測することはできないため、プログラムでは限られた数の標準グラフィックスのみを提供します。

このプログラムは、スプレッドシート プログラムを使用して詳細な出力分析を行うように設計されており、ユーザーが作成したシナリオに従って、さまざまな入力変数と出力変数の関係を確立できます。

計算には多くの反復が必要ですが、マニュアルに記載されている方程式を使用して、 すべての最終結果を手動で確認できます。

• スプラッグバッグ

• このモデルは[14]から無料でダウンロードできます。
• マニュアルは[15]から無料で入手できます。またはPDFファイルとして直接入手することもできます:[16]。