A vízkörforgás globális léptékben egységes, zárt rendszerén belül elkülöníthetők az atmoszférához kapcsolódó légköri és a litoszférához kapcsolódó szárazföldi és óceáni rendszerek. Az így elhatárolt rendszerek nyitottak, amelyek az elhatárolt rendszerekkel a hidrológiai körfolyamat egyes elemei révén tartják a kapcsolatot (Nováky, 1990). A víz a legváltozatosabb formában a szárazföldi rendszerben jelenik meg.
A szárazföldi rendszeren belül a teljes szárazföldi tér további lehatárolásával újabb rész- és alrendszerek jelölhetők ki.
A mezőgazdaság, elsősorban a növénytermesztés számára különösen fontos a talaj felső, alulról a talajvíz felszínével lezárt, a gyökérzónát, valamint a térszín fölé emelkedő növényzetet is magában foglaló terének a lehatárolása, ugyanis ennek a térnek a vízforgalma meghatározó a növények fejlődése, a talaj termékenysége szempontjából (Szalai, 1989). A 2.
ábra egy ilyen meggondolással lehatárolt talajhasábot mutat be. A szárazföld rendszerének
22 egészéből kiragadott talajhasáb a környezetével a hidrológiai körfolyamat elemei révén tartja a kapcsolatot a következők szerint:
─ a lehatárolt tér (a talajhasáb) és a légköri rendszer kapcsolatát a légköri rendszerből a talajra és a növényzetre jutó csapadék (P), illetve annak talajba szivárgása (I), a növény felületéről (Ei) és a talajfelszínről (E) történő közvetlen párolgás, illetve a növény párologtatása (ET ),
─ a lehatárolt tér és a talajvizet tartalmazó kétfázisú zóna kapcsolatát a talajvíz kapilláris megemelkedése (Tk), illetve a talajvízbe való leszivárgás (It),
─ a lehatárolt tér és a talajhasáb függőleges oldalaival elhatárolt felszín alatti tér kapcsolatát a háromfázisú zónában végbemenő hozzá- és elszivárgás (Qsz, h és Qsz, e) teremti meg.
Nyilvánvaló, hogy egy adott időszak alatt a lehatárolt térbe (a talajhasábba) érkező csapadék, illetve a beszivárgás, az oldalirányú hozzászivárgás, valamint a talajvíz kapilláris emelkedése a lehatárolt térben az időszak elején lévő nedvességtartalmat növeli, míg a párolgás, az elszivárgás és a leszivárgás csökkenti. A lehatárolt tér nedvességtartalmának tényleges változását az adott időszak alatt érkező és távozó vízmennyiség különbözete adja meg. Ha ez utóbbi pozitív, a lehatárolt térben korábban meglévő nedvességtartalom növekszik, ellenkező esetben csökken.
Általánosságban kimondhatjuk, hogy a tér valamilyen, céljainknak megfelelő módon elhatárolt részébe adott időtartam alatt valamennyi belépő és onnan távozó vízmennyiség különbözete az adott téregységben tározódó vízmennyiség adott időtartam alatti megváltozásával egyenlő. Ezt fejezi ki a vízháztartási mérleg egyenlete, amelyet általánosan a
Qb,it
Qk,jt
Vk (1)formában írhatunk fel, ahol ƩQb,iΔt jelöli a téregységbe Δt idő alatt belépő, ƩQk,jΔt az onnan távozó vízmennyiséget, ƩΔVk a téregységben tározott vízmennyiségnek a Δt idő alatti megváltozását. Az (1) egyenlet átrendezésével kapott vízháztartási egyenletben
valamely téregységre egységnyi idő alatt belépő és távozó, valamint a téregységben tározott vízmennyiség megváltozásának egységnyi időre vetített - vízhozam mértékegységben
23 kifejezett - értéke szerepel. A különböző be- és kilépő, valamint tározódó vízmennyiségek jelentik a vízháztartás mérlegének, a vízmérlegnek az elemeit. A vízháztartási mérleg a fizika egyik legáltalánosabb törvényének, az anyagmegmaradás törvényének hidrológiai vetülete.
2. ábra. A talaj nedvességtartalmának tényezői.
Cs és Ö a talaj felszínére jutó csapadék vagy öntözővíz, F és f felszíni folyás (oda-, illetve elfolyás), i a talajba szivárgó víz talajvízbe jutó hányada, I a talajba szivárgó víz, N a talajban tározott nedvességkészlet, V a növények számára hozzáférhető nedvességkészlet, T a növény által elpárologtatott víz, E a felszínről elpárolgó víz, L közvetlenül a növényről elpárolgó víz, S és s oldalirányú nedvességmozgás a talajban (oda-, illetve elszivárgás), D talajvízszint-emelkedés, K a talajvízből származó, felfelé irányuló kapilláris vízmozgás, d talajvízszint-süllyedés
A térnek azt az elhatárolt részét, amelynek a vízháztartását és vízháztartási mér-legegyenletét vizsgálják, hidrológiai egységnek nevezik (Szalai, 1984). A hidrológiai egységet a vizsgálat célja határozza meg. Mezőgazdasági vízgazdálkodással összefüggő vizsgálatokban hidrológiai egység lehet pl. a talajvíz fölötti teljes vagy a gyökérzónával kijelölt háromfázisú zónának oldal irányban is valamilyen módon lehatárolt része vagy a táblaszintű felszíni vízgyűjtő. Általános vizsgálatokban a hidrológiai egység leggyakrabban a különböző, a táblaszinttől egész a kontinentális méretekigterjedő felszíni vízgyűjtő, a felszín
24 alattival kiegészített felszíni vízgyűjtő, a vízfolyás valamely elhatárolt szakasza, egy tó vagy egy tározó lehet.
Azt az időszakot, amelyre a vízháztartást és annak mérlegegyenletét vizsgálják, tárgyidőszaknak nevezik. A vízháztartás tárgyidőszaka lehet konkrét időszak (pl. adott év adott hónapja) és lehet ún. eszmei időszak (pl. az átalagos augusztusi hónap).
A vízháztartási mérleg valamennyi eleme (csapadék, párolgás, beszivárgás, hozzá- és elszivárgás, hozzá- vagy elfolyás, leszivárgás, kapilláris emelkedés stb.) és ezzel együtt az (1) vagy (2) egyenlettel leírt vízháztartási mérleg összetétele (a vízháztartási szerkezet) időben változó. A vízháztartási elemek egyenkénti és a mérlegegyenletnek megfelelően együtt járó folyamatos és folytonos változásával a vízháztartás, mint folyamat - a vízháztartási folyamat - jellemezhető. A vízháztartási folyamatokat - elsősorban a csapadék és a párolgás közvetítésével - a légköri folyamatok irányítják (Nováky, 1990).
A vízháztartási folyamatban valamely hidrológiai egységben kialakulhatnak olyan szélsőséges vízháztartási állapotok, amelyek valamilyen szempontból kedvezőtlenek.
Nagyobb mennyiségű és/vagy heves intenzitású csapadék és az azt követő intenzív beszivárgás a talaj nedvességtartalmát pl. oly mértékben megnövelheti, hogy az káros lehet a növények fejlődése szempontjából. Hosszan tartó csapadékhiány, különösen magas hőmérséklettel való együtt járás esetén, a párolgás erőteljes növekedéséhez és ezzel együtt a talaj nedvességtartalmának olyan mértékű csökkenéséhez vezethet, ami ugyancsak kedvezőtlen a növény fejlődése szempontjából. A mezőgazdaság számára különösen az ilyen szélsőséges vízháztartási állapotok ismerete szükséges. Hasonlóan szélsőséges vízháztartási állapotok alakulhatnak ki a vízfolyásokban vagy tavakban is. A vízgyűjtő és a vízfolyás szélsőségesen magas vízbevétele (intenzív esőzések, hóolvadás) árvizet okozhat, a hosszan tartó csapadékhiány pedig a vízfolyásokban vagy tavakban a vízszint tartós csökkenéséhez vezet.
A vízháztartási folyamatokat meghatározott mértékben és keretek között az emberi tevékenység szabályozni képes. A vízháztartás szabályozásának az a célja, hogy az adott hidrológiai egységben mindenkor vagy meghatározott kockázatot vállalva, csupán meghatározott gyakorisággal, valamilyen szempontból kedvező legyen a vízháztartási állapot.
A vízháztartás valamilyen társadalmi-gazdasági igénynek megfelelő szabályozása a vízgazdálkodás lényege (Szesztay, 1980). A mezőgazdasági vízgazdálkodás lényege a
25 mezőgazdasági termelés, elsősorban a növénytermesztés számára kedvező vízháztartási állapotok fenntartása (OVH, 1984).