Transcript Modelování eroze

Vodní eroze
 Znamená rozrušování vrchní vrstvy půdy činností vody, větru, ledu …a
její přemisťování do jiných poloh, kde dochází k akumulaci
 Normální – geologická – malá intenzita, ztráta je vyrovnávána tvorbou
nových částic z půdního podkladu, půdní profil se nesnižuje, jen
vrchní vrstva bývá hrubozrnnější
 Zrychlená – velká intenzita, částice nemohou být nahrazeny
půdotvorným procesem
 Plošná, výmolová (rýžky, brázdy, rýhy, výmoly, strže), proudová – více
např. http://eroze.sweb.cz/
Vodní eroze v číslech
 Následky vodní eroze
 snižování orniční vrstvy
 zhoršování fyzikálních i chemických vlastností
 zhoršení vodního režimu. Smyvem půdy se
dostávají živiny spolu se zemitými částicemi do
vodních toků.
 v ČR ohroženo vodní erozí 1,39 mil. ha zemědělské
půdy, tj. 31,3 %
 Průměrný specifický odtok – v řekách bývalého
Československa – 0,2 – 1,8 t/ha/rok
Přípustné limity ztráty půdy
 Metodika ÚVTIZ 5/1992 Sb.
 Mělké půdy (do 30 cm)
1 t/ha/rok
 Středně hluboké (30 – 60 cm) 4 t/ha/rok
 Hluboké půdy (nad 60 cm)
10 t/ha/rok
USLE: G = R.K.L.S.C.P
[t.ha-1.rok-1]
Faktory:
• R - erozní účinnost deště
• K - náchylnost půdy k erozi
• LS - topografický faktor (délka a sklon)
• C - ochranný vliv vegetace
• P - zohlednění protierozních opatření
pokud nejsou, tak P = 1
Podklady
Topografie terénu (terénní reliéf)
• DTM - digitální terénní model (DMR, DMT, DEM)
Půda
• KPP - komplexní průzkum půd
• BPEJ - bonitované půdně ekologické jednotky
• rebonitace
Vegetace
• osevní postup
• land-use - druh a využití pozemku
• letecké a družicové snímky
Klimatické a meteorologické údaje
LS faktor
 Intenzita eroze se zvyšuje s rostoucí délkou svahu,
která je definována jako horizontální vzdálenost od
místa vzniku povrchového odtoku k bodu, kde se sklon
svahu snižuje natolik, že začne ukládání erodovaného
materiálu nebo se plošný odtok soustředí do dráhy
soustředěného odtoku
 Topografický faktor LS – Wischmeir Smith
 Ztráta půdy na jednotku plochy svahu / ztráta na
jednotkovém pozemku o délce 22,13 m se sklonem 9 %
 Základ – situování odtokových výpočtových linií v
rámci erozně uzavřených celků – na různorodém
pozemku – nejvyšší hodnota LS – kolmo na vrstevnice
USLE: G = R.K.L.S.C.P
Faktor erozní účinnosti deště - R
•
•
•
•
Pro návrh PEO a posouzení erozní ohroženosti je závazná vyhláškou daná
průměrná roční hodnota pro
R = 20 MJ.ha-1 cmhod
Aktuálně – zpřesňování – VÚMOP Praha, ČZU Praha
Okolní země R=+-50.
Již dnes se pro běžnou praxi běžně používá hodnotaR=40 MJ.ha-1cmhod
USLE: G = R.K.L.S.C.P
Faktor erodovatelnosti půdy - K
 Odnos půdy v t z 1 ha na jednotku R faktoru ze
standardního pozemku – vyjadřuje vliv půdních
vlastností na velikost ztráty půdy
 Stanovení
 Nomogram
 Vzorec
 Převodem z BPEJ
Nomogram
Janeček a kol., 2007: Ochrana zemědělské půdy
před erozí (metodika)
Vzorec
100K  2,1M 1,4104 12a  3,252b  2,5(3c)
 M - % prachu a jemného písku
 a - % organické hmoty
 b – struktura ornice
 c – třída propustnosti půdního profilu
Pomocí BPEJ
4.20.11
Klimatický region
Sklonitost a expozice
HPJ
Půdní typ – hnědozem, černozem, glej …
Janeček a kol., 2007: Ochrana
zemědělské půdy
před erozí (metodika)
Faktor ochranného vlivu vegetace - C
 Poměr smyvu skutečného pozemku s pěstovanými
plodinami ke ztrátě půdy na pozemku s kypřeným
černým úhorem.
 Dva možné způsoby určení C faktoru plodiny
 Podle osevního postupu – přesněji podle listové plochy
na 1m2
 Podle fenologických fází plodiny (setí, 1 měsíc po setí,
2 měsíce, růst a zrání, zbytky plodin nebo strniště)
Typ úrody
Zrno obilí
Silážní obilí, fazole
Obiloviny (jaro & zima)
Sezónní zahradnické plodiny
Ovocné stromy
Seno a pastviny
Faktor
0.40
0.50
0.35
0.50
0.10
0.02
x
Metody kultivace půdy
Podzimní orba
Jarní orba
Kompostování
Vyorání brázd
Pásová orba
Žádná orba
Faktor
1.0
0.90
0.60
0.35
0.25
0.25
Příklad pro výpočet: Pole použito pro příklad bylo pooráno na jaře a osázeno
zrnem obilí. C faktor je získán z faktoru typu úrody a faktorem metody kultivace
půdy.
Faktor typu úrody pro obilí = 0.4
Faktor metody kultivace půdy pro jarní orbu = 0.9
-------------------------------------------------C Faktor = 0.4 x 0.9 = 0.36
Území
C faktor
obilí
0.24
pastvina/seno, louky
0.005
voda/vlhké plochy
0.00
zástavba, nízká hustota
0.03
zástavba, velká hustota
0.00
listnatý les
0.009
jehličnatý les
0.004
smíšený les
0.007
les/mokřina
0.003
sady, vinice, zahrady
0,4
Faktor vlivu technických opatření - P
 Poměr odnosu z pozemku s běžnou agrotechnikou
oproti pozemku s protierozními opatřeními
 Většinou se používá konstantní hodnota 1
 Protierozní opatření
 Orba po spádnici – 1
 Orba po vrstevnici – 0,5
 Pásové obdělávání – 0,25
 Terasy – 0,2
 Brázdování – 0,35
Vstupy USLE 2D
Vektorová data
1. Hranice řešeného území (vektor - polygon)
2. Vodní plochy (vektor - polygon)
3. Lesy (vektor - polygon)
4. Zastavěná plocha (vektor - polygon)
5. Silnice, železnice, cesty (vektor - polygon)
Rastr
1. DEM (digitální model reliéfu)
RUSLE
 Revidované USLE
 Zpřesnění výpočtů (LS faktor), C, K a R faktorů.
 Možnost využití i na nezemědělské půdě.
 Obecně více vstupních proměnných.
 Více na http://eroze.sweb.cz/rusle.htm
MUSLE
 využití přívalového deště u povodí do 15km2
USPED (Unit Stream Power Based Erosion
Deposition)
 Založeno na USLE
 Kromě eroze řeší i depozici sedimentů jako důsledku uniformní srážkové
události
 Hlavními faktory vstupujícími do modelu jsou terén, faktor půd a krajinného
pokryvu.
 Kombinací těchto faktorů lze určit tzv. transportní kapacitu (TP), která
reprezentuje náchylnost půdy a krajinného krytu k erozi.
 TP = KcAm (sin b)n,
 kde TP – index transportní kapacity, Kc – kombinace faktoru K a C, A –
odvodňovaná plocha, b – sklon svahu, m, n – empirické koeficienty lišící se
podle typu uvažované eroze.
 Model USPED tedy umožňuje detekovat plochy se zvýšeným TP (eroze) či
sníženým TP (depozice), příp. plochy s TP konstantním. Změnu TP
v prostorových souřadnicích (x, y) lze pak spočíst pomocí rovnice:
 ∆ T = d(TP cos a)/dx + d(TP sin a)/dy.
SIMWE (Simulated water erosion)
 Součást balíku GRASS
 Výkonný model, víceměřítková simulace
 Řešení i problematických terénů – nízké sklony, místa
s obtížně určitelným směrem toku – terénní deprese
Metodika výpočtu LS faktoru - Mitášová
Brown
 DEM -> svažitost – pomocí ArcGIS Spatial Analyst –
Slope
 DEM -> Flow Direction -> FlowAccumulation
 LS = Pow([flowacc] * resolution/ 22.1, 0.6) *
Pow(Sin([slope] * 0.01745) / 0.09, 1.3)
Metodika USLE 2D
 vyvinutý na univerzitě v belgickém Leuvenu
(Desmet&Govers, 1996)
 Vstupy
 DEM nebo TIN
 Landuse
 Několik vztahů pro výpočet LS
 Nakonec zvolen S podle rovnice McCool
 Pro L – Wischmeir
USLE 2D
 Rastr DEM
 Rastr pozemků
 Převod pomocí Raster to ASCII na textové vyjádření rasteru
 Nástroj LS – Converter – převod textových rastrů na formát
GIS IDRISI
 Nástroj USLE 2D – výstupem LS faktor v IDRISI tvaru
 Pomocí LS – Convertor zpět a pak přes Ascii to Raster do
ArcGIS
 Podrobný postup viz http://www.plaveniny.cz/cz/rusle/lsfaktor/
Postup řešení pro USPED model
 Slope, aspect
 FlowAccumulation(FlowDirection([elevation]))->flowacc
 Rýhová eroze –
Pow([flowacc] * resolution , 1.6) * Pow(Sin([slope] * 0.01745) , 1.3) >sflowtopo
 Plošná eroze
[flowacc] * resolution * Sin([slope] * 0.01745) ->slowtopo
 [sflowtopo] * [kfac] * [cfac] * [rfac] * Cos((([aspect] * (-1)) + 450) *
.01745) ->qsx
 [sflowtopo] * [kfac] * [cfac] * [rfac] * Sin((([aspect] * (-1)) + 450) *
.01745) ->qsy
USPED II
 qsx slope, aspect -> qsx_slope, qsx_aspect
 qsy slope, aspect -> qsy_slope, qsy_aspect
 Cos((([qsx_aspect] * (-1)) + 450) * .01745) *
Tan([qsx_slope] * .01745) ->qsx_dx
 Sin((([qsy_aspect] * (-1)) + 450) * .01745) *
Tan([qsy_slope] * .01745) ->qsx_dy
 Rýhová eroze - [qsx_dx] + [qsy_dy]->erdep
 Plošná eroze - ([qsx_dx] + [qsy_dy]) * 10->erdep