nÁzov vysokej Školy - evidencia …crzp.uniag.sk/.../g/a149f4d864e34a858e01ef19dec86abf.docx ·...
TRANSCRIPT
SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA
FAKULTA ZÁHRADNÍCTVA A KRAJINNÉHO
INŽINIERSTVAEvidenčné číslo
NÁZOV FAKULTYNÁZOV VYSOKEJ ŠKOLY
MODELOVANIE VETERNEJ ERÓZIE
V KATASTRÁLNYCH ÚZEMIACH ŠAĽA A KRÁĽOVÁ
NAD VÁHOM
2010 Ing. Lenka Grešová
SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA
FAKULTA ZÁHRADNÍCTVA A KRAJINNÉHO
INŽINIERSTVA
MODELOVANIE VETERNEJ ERÓZIE
V KATASTRÁLNYCH ÚZEMIACH ŠAĽA A KRÁĽOVÁ
NAD VÁHOM
Dizertačná práca
Študijný program: Krajinné inžinierstvo
Študijný odbor: 6.1.11. Krajinárstvo
Školiace pracovisko:Katedra krajinného plánovania a pozemkových
úprav
Školiteľ: prof. Ing. Jozef Streďanský DrSc.
Nitra 2010 Ing. Lenka Grešová
Čestné vyhlásenie
Podpísaná Lenka Grešová vyhlasujem, že som záverečnú prácu na tému „Modelovanie
veternej erózie v katastrálnych územiach Šaľa a Kráľová nad Váhom“ vypracovala
samostatne s použitím uvedenej literatúry.
Som si vedomá zákonných dôsledkov v prípade, ak uvedené údaje nie sú pravdivé.
V Nitre 12. júna 2010
Lenka Grešová
Poďakovanie
Touto cestou vyslovujem poďakovanie v prvom rade vedúcemu dizertačnej práce prof.
Ing. Jozefovi Streďanskému DrSc. za veľmi cenné rady, odborné vedenie a
pripomienky pri vypracovávaní tejto práce.
Ďakujem tiež Ing. Karolovi Šinkovi PhD. za konzultácie a pomoc pri
vypracovávaní grafických podkladov. Za pomoc ďakujem aj Larry E. Wagnerovi,
poľnohospodárskemu inžinierovi ministerstva poľnohospodárstva USA, vedúcemu
skupiny pracujúcej na programe WEPS, za významnú pomoc pri spustení programu pre
podmienky Slovenska.
Abstrakt
Veterná erózia je vážnym problémom na poľnohospodárskej pôde rovnako na
Slovensku ako aj všade na svete. Schopnosť presne predvídať stratu pôdy vetrom je
dôležité najmä z hľadiska plánovania ochrany krajiny, zásob prírodných zdrojov
a redukcie znečistenia vzduchu z veterných zdrojov. Veľká časť výskumov začala
tvorbou empirických modelov a rovníc (napr. univerzálna rovnica veternej erózie -
UWEQ, rovnica veternej erózie - WEQ). Kombinácia všetkých vstupných parametrov
do procesu veternej erózie je základom modelu pre riešenie problémov veternej erózie.
V súčasnosti je snahou nahradiť základnú rovnicu pre hodnotenie intenzity veternej
erózie modelmi na vyššej technickej ako aj vedeckej úrovni. Geografické informačné
systémy ako nástroj na tvorbu máp a mapových kalkulácií sa v súčasnosti radia na
popredné miesto a prostredníctvom tohto nástroja rovnica veternej erózie nadobudla
nový rozmer v hodnotení odnosov vetra, ktoré sa dajú identifikovať pre konkrétny
pôdny celok v celom riešenom území, čo má obrovský význam pri ochrannom
plánovaní krajiny. Doteraz nebola vyvinutá žiadna presná metóda na meranie veternej
erózie, ale USDA vytvorila tím ľudí, ktorí pracujú na vývoji nových poznatkov vo vede
a technológiách na predvídanie veternej erózie. Systém na prognózu veternej erózie
(WEPS 1.0) zahŕňa tieto technológie a bol navrhnutý ako náhrada rovnice veternej
erózie (WEQ). WEPS 1.0 bol vytvorený na využívanie v amerických podmienkach, ale
za určitých podmienok s vhodnými dátovými vstupmi je využiteľný aj v podmienkach
mimo USA. Systém prognózy veternej erózie počíta pôdne straty vetrom podľa
simulovaných pôdnych a meteorologických podmienok (Wagner, 1997). Výstupy
z týchto simulácií sú využiteľné pre zhodnotenie mimo miestnych dopadov erózie ako
aj pri návrhoch ochranných opatrení na dotknutých miestach. Veterná erózia sa na
Slovensku vyskytuje v jarných a jesenných mesiacoch , preto sme zvážili aj využitie
modelu, ktorý simuluje jednodňový jav veternej erózie – program SWEEP ako ďalší
nástroj vhodný na modelovanie prejavov veternej erózie. Na príklade dvoch
katastrálnych území Šaľa a Kráľová nad Váhom sme testovali spomínané tri spôsoby
modelovania veternej erózie a porovnali dosiahnuté výsledky zízkané z troch modelov
a navrhli ochranné riešenia, ktoré zmierňujú dopady veternej erózie v riešených
územiach.
Abstract
Wind erosion is serious problem on agricultural soil in Slovakia as well as through the
world. The ability to accurately predict soil loss by wind is important for conservation
planning, natural resource inventories, and reducing air pollution from windblown
sources. Bigger part of all beginning researches has started with creating empirical
models and equations (e.g. Universal Soil Loss Equation, Wind Erosion Equation). The
combination of all input parameters to wind erosion process is the basis for wind
erosion model. Nowadays is the recurrence of replacing the basis of evaluation wind
erosion intensity with the methods in higher level. Geographical information systems
belong to higher level methods through which the imprecise calculations of soil loss
according WEQ could be accurate by defining the places with wind erosion occurred
and by the analyses of conservation planning. No precise method of measuring wind
erosion has been developed yet, but the USDA appointed a team of scientists to take a
leading role in combining the latest in wind erosion science and technology with
databases and computers, to develop what should be a significant advancement in wind
erosion prediction technology. The Wind Erosion Prediction System (WEPS)
incorporates this new technology and is designed to be a replacement for WEQ (Wind
Erosion Equation). WEPS 1.0 is designed to be used under a wide range of conditions in
the United States but it is under certain conditions with proper inputs adaptable to other
parts of the world. The wind erosion prediction system is designed to simulate soil loss
by wind from cultivated fields by simulating weather and field conditions (Wagner,
1997). Outputs are useful for evaluating off-site impacts in any given direction from the
eroding field. Wind erosion in Slovakia occurs only a few times a year mainly in the
spring and autumn months that is why we have considered using a model that simulates
a single-day storm event model SWEEP as another higher method tool for wind erosion
modeling. In the two cadastral areas of Šaľa and Kráľová nad Váhom we tested three
mentioned ways of wind erosion modeling and compared achieved results from three
models and suggested conservation planning solutions, which reduce the negative
impacts of wind erosion in the cadastral areas.
Obsah
Obsah 6Zoznam ilustrácií 9Zoznam tabuliek 13Zoznam skratiek a značiek 14Úvod 151 Súčasný stav riešenej problematiky 18
1.1 Poľnohospodárska pôda a jej ochrana 181.2 Erózia poľnohospodárskej pôdy 19
1.2.1 Veterná erózia 191.2.1.1 Vietor - erózny činiteľ 221.2.1.2 Vznik a proces veternej erózie 24
1.2.1.2.1 Uvedenie pôdnych častíc do pohybu 241.2.1.2.2 Pohyb pôdnych častíc 251.2.1.2.3 Ukladanie pôdnych častíc 27
1.2.1.3 Faktory ovplyvňujúce vznik veternej erózie 281.2.1.3.1 Klimatické faktory 291.2.1.3.2 Pôdne pomery 301.2.1.3.3 Územné pomery 311.2.1.3.4 Vegetačné pomery 321.2.1.3.5 Činnosť človeka 37
1.2.1.4 Stav veternej erózie na Slovensku a vo svete 371.2.1.5 História modelovania veternej erózie 40
1.2.1.5.1 Rovnica veternej erózie WEQ 411.2.1.5.2 Upravená rovnica veternej erózie RWEQ 43
1.2.1.6 Nové smery v oblasti výskumov veternej erózie 441.2.1.7 Medzinárodné modely pre určenie intenzity
veternej erózie 451.2.1.7.1 WEPS - Systém prognózy veternej erózie 461.2.1.7.2 EPIC - Výpočet dopadov erózie 471.2.1.7.3 WESS - Stochastický simulátor veternej
erózie 471.2.1.7.4 TEAM - Texaský model na analýzu
veternej erózie 48
1.2.1.7.5 AUSLEM - Austrálsky model na analýzu
veternej erózie 491.2.1.7.6 DUSTRAN - Model transportu
prachových častíc 501.2.1.7.7 GIS - Geografické informačné systémy 501.2.1.7.8 Hárok excelu pre rovnicu veternej erózie 51
1.2.1.8 Výber modelu pre stanovenie veternej erózie 522 Cieľ práce 543 Materiál a metódy 55
3.1 Vymedzenie záujmového územia 553.2 Charakteristika prírodných pomerov 56
3.2.1 Pôdne pomery 563.2.2 Klimatické pomery 59
3.3 Súčasná organizácia pôdneho fondu 613.3.1 Poľnohospodárstvo 623.3.2 Lesné hospodárstvo 64
3.4 Podkladové materiály 643.5 Metodický postup riešenia práce 653.6 Systém prognózy veternej erózie (WEPS) 66
3.6.1 Geometria vo WEPS 1.0 673.6.2 Implementácia modelu WEPS 1.0 683.6.3 Využitie modelu WEPS 1.0 693.6.4 Analýza užívateľského rozhrania 71
3.7 Program na vyhodnotenie erózneho javu (SWEEP) 723.7.1 Submodel erózie 73
3.8 Rovnica veternej erózie (ArcView 3.2, ArcGIS 9.3) 773.8.1 Klimatický faktor "C" 77
3.8.1.1 Výpočet dynamickej rýchlosti 783.8.2 Faktor erodovateľnosti pôd "I" 843.8.3 Faktor drsnosti pôdy "K" 863.8.4 Faktor nechránenej dĺžky "L" 903.8.5 Vegetačný faktor "V" 923.8.6 Výpočet veternej erózie podľa "CP" 943.8.7 Výpočet veternej erózie podľa "Skidmore" 95
4 Výsledky 964.1 WEPS 1.0 97
4.1.1 Klimatické dáta 974.1.2 Submodel hydrológia 1004.1.3 Submodel hospodárenia 1024.1.4 Submodel pôdnych charakteristík 104
4.1.4.1 Priestorový režim pôdy 1044.1.4.1.1 Parametre pôdy potrebné pre vstup do
WEPS 1.0 1054.1.5 Submodel rozkladu rastlinných zvyškov 1084.1.6 Výstupy z WEPS 1.0 108
4.1.6.1 Simulácia 1 1094.1.6.2 Simulácia 2 1104.1.6.3 Simulácia 3 1104.1.6.4 Simulácia 4 112
4.1.7 Záver pre WEPS 1.0 1134.2 SWEEP 114
4.2.1 Simulácia 1 1144.2.2 Grafické vyjadrenie straty pôdy vplyvom vetrolamov 1184.2.3 Záver pre SWEEP 122
4.3 GIS 1234.3.1 Porovnanie metodík Skidmore (1986) a "CP" (1993) 123
4.4 Návrh siete vetrolamov 1284.4.1 Porovnanie súčasného stavu s návrhovým riešením 129
5 Diskusia 1376 Záver 1407 Zoznam použitej literatúry 1428 Prílohy 147
Zoznam ilustrácií
Obr. 1 Vplyv pôdneho povrchu na veterný profil 22Obr. 2 Vplyv povrchu pokrytého vegetáciou na veterný profil 22Obr. 3 Prevládajúci smer vetra 23Obr. 4 Zmena rýchlosti vetra s výškou nad povrchom pôdy 25Obr. 5 Typy pohybu pôdnych častíc v závislosti od ich veľkosti 25Obr. 6 Pohyb častíc vo forme suspenzie a jeho dopad na ŽP človeka 26
Pohyb častíc vo forme saltácie a jeho dopady na vegetáciu 27Obr. 8 Pohyb častíc gúľaním po povrchu a jeho dopady na krajinu 27Obr. 9 Vplyv bariéry na rýchlosť vetra 33Obr. 10 Vplyv bariéry na dĺžku pôdneho celku 33Obr. 11 Rôzne druhy vetrolamov v krajine 34Obr. 12 Príklady zakomponovania vegetačných pásov v krajine 35Obr. 13 Bylinné veterné bariéry v krajine 35Obr. 14 Trvalé trávné bariéry 36Obr. 15 Jednoročné plodiny s funkciou bylinných veterných bariér 36Obr. 16 Umelé bariéry 36Obr. 17 Potenciálna ohrozenosť poľnohospodárskych pôd SR VE 38Obr. 18 Mapa celosvetového rozsahu veternej erózie 39Obr. 19 Odhad priemernej pôdnej straty podľa RWEQ 44Obr. 20 WEPS 1.0 46Obr. 21 WESS krivky vs. získané odhady veternej erózie 48Obr. 22 Simulácie zmien vegetačnej pokrývky na intenzitu VE 49Obr. 23 Účinok vetrolamov na pohyb pôdy 49Obr. 24 AUSLEM vývojové procesy, vstupy, konfigurácie a výstupy 50Obr. 25 Hárok Excel pre WEQ 52Obr. 26 Priemerné mesačné teploty vzduchu 59Obr. 27 Priemerný mesačný úhrn atmosférických zrážok 60Obr. 28 Priemerná rýchlosť vetra pre jednotlivé smery vetra 60Obr. 29 Priemerná relatívna početnosť smerov vetra 61Obr. 30 Grafické znázornenie štruktúry pôdneho fondu 62
10
Obr. 31 Grafické znázornenie ochrany pôdy jednotlivými plodinami 64Obr. 32 Popis geometrie vo WEPS 1.0 67Obr. 33 Štruktúra modelu WEPS 68Obr. 34 Užívateľské rozhranie programu WEPS 1.0 70Obr. 35 Panel „bariéry“ 71Obr. 36 Schematická konfigurácia simulovanej oblasti 73Obr. 37 Parametre popisujúce pôdne podmienky na povrchu pôdy
vstupujúce do erózneho submodelu 74Obr. 38 Dynamická rýchlosť nad stojacou vegetáciou, ktorá je
redukovaná o dynamickú rýchlosť pod stojacou vegetáciou 74Obr. 39 Procesy simulované submodelom veternej erózie na holom
povrchu v jednotlivých rastrových bunkách 75Obr. 40 Priebeh rozptylu pôdnych častíc v smere prúdenia vzduchu 76Obr. 41 Priemerná rýchlosť vetra pre jednotlivé mesiace 78Obr. 42 Schéma modelu GIS 79Obr. 43 Profil rýchlosti vetra vzhľadom na prítomnú bariéru 82Obr. 44 Súčtová čiara 86Obr. 45 Krivka závislosti pravidelnej drsnosti od faktora drsnosti K 87Obr. 46 Ukážky zistenej náhodnej drsnosti v sledovanom území 88Obr. 47 Vyjadrenie závislosti K faktora od nepravidelnej drsnosti
v závislosti od faktora I 89Obr. 48 Ukážka spôsobu merania pomocou rolovacej reťaze 90Obr. 49 Pohľad na vertikálny profil pôdy v programe WEPS 1.0 104Obr. 50 Ukážka „*ifc“ súboru 107Obr. 51 Odnos pôdy pre jednotlivé BPEJ podľa WEPS 1.0 109Obr. 52 Pôdna strata vetrom v rokoch 2004-2008 (osevný postup 1) 112Obr. 53 Pôdna strata vetrom v rokoch 2004-2008 (osevný postup 2) 113Obr. 54 Rýchlosť vetra v hodinových intervaloch počas dňa simulácie 115Obr. 55 Celková strata pôdy 115Obr. 56 Strata pôdy saltáciou a gúľaním častíc po povrchu 116Obr. 57 Strata pôdy suspenziou 116Obr. 58 Strata pôdy časticami PM-10 117Obr. 59 Dynamická rýchlosť 117Obr. 60 Kritická rýchlosť transportnej dynamickej rýchlosti 117
11
Obr. 61 Celková strata pôdy vplyvom prítomnej bariéry 118Obr. 62 Strata pôdy saltáciou a gúľaním častíc po povrchu 118Obr. 63 Strata pôdy suspenziou 119Obr. 64 Strata pôdy časticami PM-10 119Obr. 65 Kritická rýchlosť transportnej dynamickej rýchlosti 119Obr. 66 Dynamická rýchlosť 119Obr. 67 Celková strata pôdy 120Obr. 68 Strata pôdy saltáciou a gúľaním častíc po povrchu 121Obr. 69 Strata pôdy suspenziou 121Obr. 70 Strata pôdy časticami PM-10 121Obr. 71 Kritická rýchlosť transportnej dynamickej rýchlosti 122Obr. 72 Dynamická rýchlosť 122Obr. 73 Zastúpenie jednotlivých plodín v OP 2005 124Obr. 74 Zastúpenie jednotlivých plodín v OP (2008) 124Obr. 75 Priemerný odnos pôdy vetrom podľa "CP" 125Obr. 76 Priemerný odnos pôdy vetrom podľa Skidmore 125Obr. 77 Zastúpenie stupňov ohrozenia podľa „CP“ 126Obr. 78 Zastúpenie stupňov ohrozenia podľa Skidmore 126Obr. 79 Priemerný odnos cetrom podľa „CP“ 126Obr. 80 Priemerný odnos vetrom podľa Skidmore 127Obr. 81 Zastúpenie stupňov ohrozenia podľa Skidmore 127Obr. 82 Porovnanie odnosu pôdy v období 2005-2008 podľa „CP“ 128Obr. 83 Porovnanie odnosu pôdy v období 2005-2008 podľa Skidmore 128Obr. 84 Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa „CP“, I. var. 130Obr. 85 Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa „CP“, II. var. 130Obr. 86 Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa „CP“, var. p. 131Obr. 87 Zastúpenie stupňov ohrozenia pred a po návrhu podľa „CP“ 131Obr. 88 Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa S, I. var. 132Obr. 89 Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa S, II. var. 132Obr. 90 Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa S, var. p. 133Obr. 91 Stupeň ohrozenia pôd - návrh (Skidmore, 1986) 133Obr. 92 Detail nechánenej dĺžky v území podľa "CP" pred návrhom 134Obr. 93 Detail nechánenej dĺžky v území podľa "CP" po návrhu 134
12
Obr. 94 Detail nechánenej dĺžky v území podľa Skidmore pred návrhom 134Obr. 95 Detail nechránenej dĺžky v území podľa Skidmore po návrhu 134Obr. 96 Detail rýchlosti vetra podľa "CP" 135Obr. 97 Detail rýchlosti vetra podľa Skidmore 135Obr. 98 Detail erózneho odnosu pôdy pred návrhom „CP“ 135Obr. 99 Detail erózneho odnosu pôdy po návrhu „CP“ 135Obr. 100 Detail nechánenej dĺžky podľa Skidmore – pôdovný stav 136Obr. 101 Detail nechánenej dĺžky podľa Skidmore - návrh 136
13
Zoznam tabuliek
Tab. 1 Určenie charakteru erózie 21
Tab. 2 Rozdelenie veternej erózie na základe hodnotenia 21
v rôznych jednotkách odnosu
Tab. 3 Limitná hodnota odnosu pôdy pri veternej erózii
(Zákon č. 220/2004 Z.z.) 38
Tab. 4 Limitná hodnota odnosu pôdy pri veternej erózii
(STN 75 4501) 38
Tab. 5 Celosvetová degradácia pôdy veternou eróziou 39
Tab. 6 Charakteristika HPJ 56
Tab. 7 Zastúpenie bonitovaných pôdno-ekologických jednotiek na ornej
pôde v riešených katastrálnych územiach so stupňom ohrozenia
veternou eróziou 57
Tab. 8 Štruktúra pôdneho fondu v riešených katastrálnych územiach Šaľa a
Kráľová nad Váhom 61
Tab. 9 Podiel pestovania jednotlivých plodín v riešenom území 63
Tab. 10 Hodnoty parametra dynamickej drsnosti porastov z0 v období
mesiaca máj 80
Tab. 11 Hodnoty parametra z0 holého povrchu 81
Tab. 12 Výška jednotlivých plodín v jarnom období (máj) 83
Tab. 13 Vstupné dáta – úhrn zrážok (mm), teplota (°C), pre výpočet
klimatického faktora C 84
Tab. 14 Faktor erodovateľnosti I 85
Tab. 15 Hodnoty I faktora v závislosti od pôdneho druhu 85
Tab. 16 Hmotnosť sušiny pre jednotlivé plodiny 93
Tab. 17 Hodnoty V faktora pre jednotlivé plodiny 93
Tab. 18 Ukážka výstupu súboru „*.cli“ 98
Tab. 19 Ukážka výstupu súboru „*.win“ 99
14
Tab. 20 Vstupné dáta charakteristík pôdnych vrstiev 114
Tab. 21 Navrhované dreviny pre sieť vetrolamov 128
15
Zoznam skratiek a značiek
WEPS Systém prognózy veternej erózie
FAO Organizácia pre výživu a poľnohospodárstvo
BPEJ Bonitovaná pôdno-ekologická jednotka
HPJ Hlavná pôdna jednotka
USDA Americké ministerstvo poľnohospodárstva
ARS Americký poľnohospodársky výskumný ústav
ŽP Životné prostredie
WEQ Rovnica veternej erózie
RWEQ Revidovaná rovnica veternej erózie
SCS Úrad pre ochranu pôdy
WESS Stochastický simulátor veternej erózie
EPIC Kalkulátor dopadov erózie na produkčnú schopnosť pôd
TEAM Texaský model na analýzu veternej erózie
AUSLEM Austrálsky model erodibility
DUSTRAN Model transportu prachových častíc
GIS Geografické informačné systémy
SHMÚ Slovenský hydrometeorologický ústav
VÚPOP Výskumný ústav pôdoznalectva a ochrany pôdy
PM-10 Častice s priemerom menším ako 10 mikrometrov
KPP Komplexný prieskum pôd
JJ Jačmeň jarný (Hordeum vulgare)
KS Kukurica siata (Zea mays)
SR Slnečnica ročná (Helianthus annuus)
PL f.o. Pšenica letná f. ozimná (Triticum aestivum)
RC Repa cukrová (Beta vulgaris var altissima)
TM Trávne miešanky
LS Lucerna siata (Medicago sativa)
SF Sója fazuľová (Glycine max)
OP Orná pôda
16
Úvod
Veterná erózia je podľa FAO jedným zo šiestich hlavných spôsobov degradácie
pôdy. Veterná erózia postihuje 550 miliónov hektárov pôdy na celom svete. Odstraňuje
a premiestňuje približne 25,4 biliónov ton pôdneho povrchu. Na Slovensku postihuje
veterná erózia približne 150 tis. ha pôdy, čo predstavuje 6,2 % z celkovej výmery
pôdneho fondu. Podstata veternej erózie (eolickej) spočíva v rozrušovaní pôdneho
povrchu mechanickou silou vetra (abrázia), v premiestňovaní a odnášaní pôdnych častíc
(agregátov) vetrom (deflácia) a v ich ukladaní na inom mieste (akumulácia). Veterná
erózia je fyzikálny jav a je priamo ovplyvňovaná fyzikálnymi vlastnosťami pôdy,
kinetickou energiou a mnohými ďalšími faktormi. Schopnosť presne predvídať stratu
pôdy vetrom je dôležité najmä z hľadiska plánovania ochrany krajiny, zásob prírodných
zdrojov a redukcie znečistenia vzduchu z veterných zdrojov. Aby sa dalo predchádzať
resp. zamedzovať škodám, ktoré sú spôsobené veternou eróziou, je nutné poznať
ohrozenosť poľnohospodárskych pôd veternou eróziou. Priame merania v teréne sú
časovo a finančne veľmi náročné, a vzhľadom na povahu javu, akým je veterná erózia,
aj ťažko technicky zvládnuteľné. Poľné a laboratórne výskumy začali vo svete už okolo
roku 1930, aby identifikovali faktory, ktoré dokážu kontrolovať alebo urýchľovať
veternú eróziu. Kombinácia faktorov podieľajúcich sa na veternej erózii je základom
pre model veternej erózie. Pokrokové technológie na výskum veternej erózie pôdy sú
a boli vyvinuté predovšetkým v Spojených Štátoch Amerických. Veľká časť
počiatočných výskumov v tejto oblasti začala zostavením empirických rovníc
a modelov (napríklad univerzálna rovnica pôdnych strát -UWEQ, rovnica veternej
erózie - WEQ). V súčasnej dobe je ale snaha empirický základ hodnotenia intenzity
eróznych procesov nahradiť kvalitatívne vyššími metódami. Je to dané predovšetkým
súčasnou úrovňou poznatkov v oboroch, ktoré skúmajú vzťahy spôsobujúce eróziu,
rozvojom výpočtovej techniky, ale taktiež zmenou v prioritách protieróznej ochrany,
kedy je treba posudzovať eróziu nielen vo vzťahu k ochrane pôdy, ale aj k ostatným
ekologickým dopadom. V posledných 20-tich rokoch, v období počas technologicko –
počítačového rozmachu aj erózne modelovanie zaznamenalo obrovský pokrok v nových
technológiách a dostalo sa do bodu, v ktorom je v súčasnosti možné spojiť fyzikálne
poznatky s počítačovými simulačnými modelmi a vytvoriť tak integrovaný systém
prognózy veternej erózie. Pôsobenie veternej erózie na rozdiel od vodnej je nestále
a pomalé, preto sú škody spôsobované odnosom v niektorých prípadoch ťažko
17
pozorovateľné. Evidentné sú len pri nárazových väčších účinkoch, kedy sú výrazne
poškodzované pestované rastliny. Vznikajú preto simulačné modely eróznych procesov,
ktoré riešia erózne javy na základe fyzikálnych popisov jednotlivých procesov. Vo svete
bolo vyvinutých niekoľko modelov na výpočet a stanovenie odnosu pôdy vetrom.
V posledných dekádach, vedci USDA-ARS vynakladajú nepretržitú snahu vyvinúť
model predikcie veternej erózie v poľnohospodárskom kontexte. Mnoho z ich modelov
sa v tejto otázke už v minulosti dostalo do popredia nevynímajúc rovnicu veternej
erózie (WEQ), revidovanú rovnicu veternej erózie (RWEQ), stochastický simulátor
veternej erózie (WESS) a systém prognózy veternej erózie (WEPS). Geografické
informačné systémy patria medzi kvalitatívne vyššie metódy, prostredníctvom ktorých
sa aj pôvodne nepresné výpočty straty pôdy pomocou rovnice WEQ dajú výrazne
spresniť nielen priestorovou lokalizáciou miest s vyskytujúcou sa eróziou, ale aj
analýzou navrhovaných opatrení. Počítačový model bezchybne spracováva množstvo
informácií a logické dôsledky predpokladov. Aby však platnosť zostaveného
počítačového modelu nebola len otázkou viery užívateľa, musí byť dostatočne
zdokumentovaný, jednoduchý, nie zložitý ako modelovaný systém a musí mať jasný
účel. Kvalita modelu je závislá na kvalite vstupných informácií a musí zjednodušiť
realitu do pochopiteľnej formy. Pri výbere simulačného modelu sa musí prihliadať na
cieľ výskumu, dáta, ktoré máme k dispozícii a na veľkosť skúmaného regiónu. Pre
charakteristiku vybranej lokality vo vzťahu k eróznemu ohrozeniu, je dôležité
predovšetkým porovnanie alebo zistenie rozdielov medzi rôznymi lokalitami,
prinajmenšom exaktným odhadom skutočného odnosu pôdy. USDA- Poľnohospodársky
výskumný ústav (ARS) je vedúcou agentúrou na rozvoj WEPS modelu (Wind erosion
prediction system – Systém prognózy veternej erózie) a je zodpovedný za vyvinutie
vedeckého modelu. Systém prognózy veternej erózie (WEPS) je chod súvislých
procesov, model časových krokov, ktorý simuluje vietor, pôdne podmienky a eróziu.
Má taktiež schopnosť simulovať časovú a priestorovú variabilitu pôdnych podmienok
a straty pôdy na pôdnom celku. Dokáže simulovať komplexné pôdne tvary, bariéry,
ktoré nie sú súčasťou hraníc pozemkov a komplexnej topografie. Saltácia, prevaľovanie,
vznášanie a PM10 čiastočky erodovaných materiálov môžu byť individuálne
zosumarizované v oblasti WEPS. WEPS je pôvodne navrhnutý na využitie
v rôznorodých amerických podmienkach, ale jednoducho sa dá využiť aj v iných
častiach sveta. WEPS dovoľuje užívateľovi vložiť vlastné dáta alebo použiť predtým
pripravené databázové súbory. Veterná erózia sa na Slovensku vyskytuje niekoľko dní
18
v roku hlavne v jarných a jesenných mesiacoch. Preto sa ako vhodným simulačným
modelom môže javiť program na vyhodnotenie jednorazového javu veternej erózie
SWEEP, ktorého výstupy sú užitočné na hodnotenie dopadov erózie mimo miesta
vzniku v akomkoľvek smere pre erodovaný pôdny celok. Na Slovensku sa takéto
modely v praxi využívajú len veľmi málo a málo poľnohospodárov pozná prácu s nimi.
Je to ale na škodu veci, pretože pomocou modelu na výpočet množstva odnosu sa dá
veľmi ľahko a presne stanoviť, keď máme k dispozícii všetky potrebné informácie
o klimatických, pôdnych podmienkach a o pestovaných rastlinách, koľko pôdy môže
potenciálne pôsobenie prírodných činiteľov odniesť. No a samozrejme, na takýchto
základoch by si každý pestovateľ vedel určiť najohrozenejšie oblasti a urobiť potrebné
zmeny a opatrenie na zamedzenie nadmerného odnosu pôdy z pozemkov.
19
1 Súčasný stav riešenej problematiky
1.1 Poľnohospodárska pôda a jej ochrana
Pôda je prírodný útvar, ktorý sa vyvíja v dôsledku zložitého a komplexného
pôsobenia vonkajších (exogénnych) činiteľov na materskú horninu (endogénny činiteľ)
a vyznačujú sa úrodnosťou. Na zemskom povrchu má stále miesto a špecifické
postavenie (Zaujec – Chlpík – Tobiašová et al., 2002).
Nezabezpečená ochrana funkcií pôdy vedie k jej degradácii. Degradácia pôdy je
proces, ktorý znižuje jej bazálnu a potenciálnu schopnosť tvoriť úrodu, ekologicky
pôsobiť a poskytovať služby. Existuje 6 hlavných spôsobov degradácie pôdy (podľa
FAO, 1971 cit. Demo – Bielek – Džatko et al., 1998):
vodná erózia
veterná erózia
zamokrenie a zasolenie
chemická degradácia
fyzikálna degradácia
biologická degradácia
Definícia uvedená v Odporúčaní Rady Európy R-92-8 o ochrane pôdy: „Pôda je
integrálnou súčasťou ekosystémov Zeme situovanou medzi povrchom a materskou
horninou. Je rozdelená na horizonty so špecifickými fyzikálnymi, chemickými
a biologickými charakteristikami a rozdielnymi funkciami. Takto definovaná pôda
môže dosahovať značné hĺbky, a preto v niektorých kontextoch sa pod pojmom pôda
môže rozumieť aj územie.“ sa na Slovensku vžila a stále sa akceptuje (Vilček,
Hronec, Bedrna, 2005).
Bielek (2004) uvádza, že v súvislosti so vstupom Slovenska do EÚ sa aj naša
pôda stala súčasťou pôdnych zdrojov Európskej únie. Filozofia udržateľného vývoja
poľnohospodárstva má svoju hlavnú oporu v ochrane pôdy. Preto si ochranu pôdy
zásadne osvojuje aj Spoločná poľnohospodárska politika EÚ, na základe ktorej sa
rozsiahle podporujú všetky aktivity smerujúce proti degradácii pôdy. V rámci
ekonomických nástrojov pre podporu poľnohospodárstva (jednorázové priame platby
farmárom EÚ nezávislé od produkcie) uprednostňuje podporu starostlivosti o pôdu pred
záujmom o jej intenzívne využívanie na výrobu poľnohospodárskych produktov
(Streďanská, Buday, 2006).
20
Základným legislatívnym nástrojom ochrany pôdy v SR je zákon NR SR č.
220/2004 Z. z. „o ochrane a využívaní poľnohospodárskej pôdy a o zmene zákona č.
245/2003 Z. z. o integrovanej prevencii a kontrole znečisťovania životného prostredia a
o zmene a doplnení niektorých zákonov“ zo dňa 10 marca 2004, ktorý nadobudol
účinnosť 1. mája 2004.
1.2 Erózia poľnohospodárskej pôdy
Erózia poľnohospodárskej pôdy predstavuje úbytok povrchovej, najúrodnejšej
vrstvy poľnohospodárskej pôdy, úbytok živín, humusu, organickej hmoty, zníženie
mikrobiologického života a stratu funkcií pôdy (Zákon 220/2004 Z. z.).
Medzi hlavné príčiny vzniku erózie, ktoré je možno ovplyvniť, patria (Streďanská,
1999):
nevhodná organizácia poľnohospodárskej pôdy
nadmerná výmera honov v osevných postupoch
likvidácia protieróznych stupňov, medzí a priekop,
nadmerné spádové rozmery pozemkov
nesprávne situovanie pozemkov z hľadiska tvaru, sklonitosti terénu a smerovej
orientácie
otvorenosť krajiny vplyvu cudzích vôd
žiadny alebo slabý zápoj vegetačného krytu na pôde
nevhodná štruktúra plodín v osevných postupoch a nesprávne striedanie plodín
nesprávne vykonávanie kultivačných technológií
zhoršená štruktúra pôdy a fyzikálno-chemických vlastností pôdy
nevyužívanie priamej sejby predplodiny do strniska a na jar do porastov
vymŕzajúcich plodín zasiatych na jeseň
zanedbávanie údržby zariadení protieróznej ochrany pôd
1.2.1 Veterná erózia
Podstata veternej erózie (eolickej) spočíva v rozrušovaní pôdneho povrchu
mechanickou silou vetra (abrázia), v premiestňovaní a odnášaní pôdnych častíc
(agregátov) vetrom (deflácia) a v ich ukladaní na inom mieste (akumulácia). Veterná
erózia je fyzikálny jav a je priamo ovplyvňovaná fyzikálnymi vlastnosťami pôdy,
kinetickou energiou a mnohými ďalšími faktormi (Streďanský, 1993). Veterná erózia je
21
menej závislá od reliéfu územia než vodná erózia a preto jej podliehajú úplné roviny,
ale aj členité územia.
Erózna činnosť vetra sa vyznačuje určitými charakteristickými znakmi, ktoré
vyniknú najmä pri porovnaní s činnosťou odtekajúcej vody. Možno ich zhrnúť do
nasledovných bodov (Jůva – Cablík, 1954):
vietor odnáša erodované častice všetkými smermi, teda aj proti spádu územia, čo
je u vody vylúčené
vietor zasahuje rozsiahle súvislé plochy, naproti tomu vodná erózia zreteľne
postihuje len časť svahu a koryto toku
vietor pôsobí prakticky stále aj keď kolísavou intenzitou, voda len nárazovo za
dažďa a topenia snehu, iba vo vodných korytách pôsobí vodná erózia prakticky
nepretržite
vietor je nebezpečnejší tým viac, čím viac sa vyskytuje v oblastiach s menším
výskytom zrážok
vietor premiestňuje iba jemné častice, ale voda je schopná odnášať aj hrubé
častice
vietor pôsobí len fyzikálne, ale voda okrem toho tiež ako rozpúšťadlo
a chemické činidlo
Stanovenie potenciálnej či skutočnej (aktuálnej) ohrozenosti územia veternou
eróziou je zložitejšie ako stanovenie vodnej erózie. Literatúra uvádza radu možných
výpočtov a stanovení, ich nevýhodou je však, že pracujú často len s jednotlivými
činiteľmi podieľajúcimi sa na vzniku veternej erózii. Napriek tomu mnohé z nich je
možné v praxi využiť. Práve preto, že sa zameriavajú len na jednotlivé faktory
spôsobujúce eróziu, je možné odporučiť kombináciu niekoľkých výpočtov a stanovení,
tieto porovnať a doplniť ich podrobným terénnym prieskumom, prípadne využiť
skúsenosti miestnych znalcov, vlastníkov a užívateľov pôdy.
Literatúra uvádza, že na výskyt veternej erózie je náchylné prostredie, ktoré
charakterizujú nízke a premenlivé zrážky, vysoká a premenlivá rýchlosť vetra, častý
výskyt sucha, rýchle a extrémne zmeny teploty a vysoký výpar (Pasák, 1970).
Všeobecne sa predpokladá, že ochrana proti veternej erózii je u nás potrebná hlavne
v oblastiach, v ktorých lesnatosť nedosahuje na ľahkých piesočnatých
a hlinitopiesočnatých pôdach 20 %. Ide o regióny: Záhorie, Podunajská nížina,
Východoslovenská nížina, suchšia oblasť v povodí Ipľa (Streďanský, Maslanka, 1998).
22
Čo sa týka ročných období, celkovo je erózne najnebezpečnejšia jar, keď ešte nie je
naplno rozvinutý vegetačný kryt a po dlhšom období sucha sa vyskytnú buď
intenzívnejšie zrážky (vodná erózia) alebo vetry vysokej intenzity (veterná erózia).
Na vyjadrenie ohrozenosti územia eróziou sa používa mnoho faktorov napr.
vegetačný kryt, svahovitosť, pôdny druh a typ, klimatické podmienky a iné. Jambor a
Ilavská (1998) použili jedno z možných zosumarizovaní jednotlivých činiteľov, použili
bázu bonitovaných pôdno-ekologických jednotiek (BPEJ), a v nej konkrétne vyčlenil na
eróziu najviac náchylný suchý klimatický región (kód 00-04), pôdy piesočnaté až
hlinitopiesočnaté (kód zrnitosti 1,5) a pôdne typy s najväčšou náchylnosťou k veternej
erózii (HPJ 59,40). Výsledkom bola nasledujúca tabuľka s vyhodnotením charakteru
eróznej ohrozenosti na základe spomenutých faktorov.
Tabuľka 1 [Určenie charakteru erózie (Jambor, Ilavská, 1998)]
kód klímy kód HPJ kód zrnitosti charakter erózie
00,01,02,03,04 - 1,5 Stredná erózia
00,01,02,03,04 40 1 Silná erózia
00,01,02,03,04 59 1 Extrémna erózia
Tabuľka 2 [Rozdelenie veternej erózie na základe hodnotenia v rôznych jednotkách odnosu
(Zachar, 1970)]
stupeňhodnotenie
eróziemm/rok
intenzita erózie
m3/ha/rok t/ha/rok*
1. žiadna do 0,05 do 0,5 do 0,7
2. slabá 0,051-0,5 0,51-5,0 0,71-7,0
3. stredná 0,51-1,5 5,1-15,0 7,1-21,0
4. silná 1,51-5,0 15,1-50,0 21,1-70
5. veľmi silná 5,1-20,0 50,1-200,0 70,1-280,0
6. katastrofálna viac ako 20,0viac ako
200,0
viac ako
280,0
* pri predpoklade, že uvažujeme s objemovou hmotnosťou pôdy 1,4 t/m3 (Vrána, 1977)
23
Aby sa dalo predchádzať resp. zamedzovať škodám, ktoré sú spôsobené
veternou eróziou, je nutné poznať ohrozenosť poľnohospodárskych pôd veternou
eróziou. Priame merania v teréne sú časovo a finančne veľmi náročné, a vzhľadom na
povahu javu, akým je veterná erózia, aj ťažko technicky zvládnuteľné.
1.2.1.1 Vietor - erózny činiteľ
VIETOR je vzduch v pohybe. Vzduch je hmota a keď je hmota v pohybe, tak
má energiu. Je to energia, ktorá pohybuje pôdu počas veternej erózie. Erozívna energia
vetra, narastá faktorom rovnajúcim sa exponenciálne umocnenej rýchlosti, takže malý
nárast rýchlosti vetra spôsobí obrovský nárast erozívnej energie vetra. Vietor vyššie
nad povrchom pôdy, neobmedzený bariérami alebo objektmi, je charakterizovaný ako
„voľné prúdenie“ a pohybuje sa viac menej paralelne s pôdnym povrchom. Vietor
blízko pôdneho povrchu je ovplyvňovaný pôdou a vegetáciou, ktorá redukuje energiu
z vetra a spomaľuje ho. Takže priemerná rýchlosť blízko pôdneho povrchu je nižšia
ako vo voľnom prúdení, resp. do určitej výšky tesne nad povrchom sa rovná nule.
Rýchlosť narastá spolu so vzdialenosťou prúdenia od pôdneho povrchu. Tento
rýchlostný gradient je charakterizovaný ako „profil rýchlosti vetra“
Obr. 1 [Vplyv pôdneho povrchu Obr. 2 [Vplyv povrchu pokrytého
na veterný profil (Tatarko, 2008)] vegetáciou na veterný profil (Tatarko, 2008)]
Charakter pôdneho povrchu, ponad ktorý prúdi vzduch, môže výrazne ovplyvniť
veterný profil, ako aj veternú energiu blízko pôdneho povrchu. Pôda drsná s veľkými
agregátmi alebo ryhami vstupujúca do vzduchového prúdenia je vystavená silnejším
vetrom a taktiež sa podieľa na redukcii energie z vetra a tak ochraňujú nižšie položené
pôdy (obr. 1). To spôsobuje, že častice erodované vo vyšších polohách sú zachytávané
na nižších miestach. Vegetácia, či už živá alebo odumretá, takisto zachytáva veternú
energiu blízko pôdneho povrchu ako aj pôdne častice (obr 2).
24
Drsný, nerovný alebo vegetáciou pokrytý povrch mení veternú rýchlosť na pôdnom
povrchu a redukuje dostupnú energiu na erodovanie pôdy. Avšak, keď rýchlosť voľného
prúdenia vzduchu je dostatočne veľká, vietor na povrchu bude obsahovať dostatočné
množstvo energie na inicializáciu pohybu pôdnych častíc. (Tatarko, 2008)
Prevládajúci smer vetra pri veternej erózii Pri plánovaní ochranných systémov, je dôležité zohľadniť smer vetra a veterné
obdobia počas roka. Prevládajúci smer vetra pri veternej erózii je ten smer, v ktorom je
prenášané najväčšie množstvo pôdy. Tento smer je predovšetkým ovplyvnený trvaním
a rýchlosťou vetra z rozdielnych smerov. V riešenom území prevláda severozápadný
vietor (obr. 3). Efektívnosť veterných bariér, obnažovanie rastlín v redukovaní veternej
erózie je determinovaný ich orientáciou pomernou k prevládajúcemu smeru vetra pri
veternej erózii pre určitý daný mesiac, ktorý si kontrolu vyžaduje. Kritické obdobie
veternej erózie je tá časť v roku, keď sú poľnohospodárske pôdne celky náchylné na
veternú eróziu kvôli vysokej rýchlosti vetra a minimálnej vegetačnej pokrývke. Na
Slovensku sú týmto obdobím väčšinou jarné a jesenné mesiace, keď sú vetry
najsilnejšie a plodiny nie sú dosť vysoké nato, aby chránili pôdny povrch.
Obr. 3 [Prevládajúci smer vetra (SHMÚ, 2008)]
1.2.1.2 Vznik a proces veternej erózie
N. Hudson (1973) uvádza dve hlavné podmienky vzniku veternej erózie
suché pôdy s priemerným ročným úhrnom zrážok menším než 250-300 mm
prevládajúce stále vetry
Dokument FAO (1960) rozširuje podmienky pre vznik veternej erózie o
25
Uvoľnené, suché a primerane jemne pôdy
Pôdny povrch hladký bez vegetačného krytu alebo vegetačný kryt je čiastočne
alebo úplne zničený
Pôdne celky sú dostatočne veľké
Vietor je dostatočne silný, aby mohlo dôjsť k začiatku pohybu pôdy
Proces veternej erózie sa dá rozdeliť na tri fázy
Uvedenie pôdnych častíc do pohybu
Pohyb pôdnych častíc
Ukladanie pôdnych častíc
1.2.1.2.1 Uvedenie pôdnych častíc do pohybu
Pohyb pôdnych častíc je spôsobovaný silami vetra pôsobiacich na povrch pôdy.
Priemerná rýchlosť vetra sa exponenciálne zvyšuje s výškou nad povrchom pôdy.
V blízkosti povrchu, kde dochádza k turbulenciám je priemerná rýchlosť vetra nulová.
V tenkej vrstve nad touto hladinou je pohyb vzduchu laminárny, vyššie je pohyb
turbulentný. Pohyb pôdy je ovplyvnený veľkosťou a hustotou častíc a turbulentnou
silou pôsobiacou na pôdne častice. Turbulentné prúdenie nastáva pre všetky vetry
s rýchlosťou vyššou než 0,44-0,89 km.hod-1. (Englehorn, Zingg, Woodruf, 1952).
Výška, v ktorej je rýchlosť nulová a zmena rýchlosti s výškou nad povrchom pôdy
závisí na drsnosti povrchu. Drsnosť pôdneho povrchu zvyšuje trenie, ktoré musí byť
prekonané silou vetra a tým sa mení rýchlosť vetra nad hladkým a drsným povrchom
(obr. 4) (Hudson, 1973). Rýchlosť vetra, pri ktorej je pohyb častíc inicializovaná sa
nazýva kritická rýchlosť a je závislá na stave pôdneho povrchu. Pôdny povrch, ktorý je
drsný alebo chránený neerodibilným materiálom vyžaduje silnejší vietor na začatie
pohybu pôdnych častíc ako nahý, hladký povrch. To znamená, že na danom pôdnom
celku nie je jediná prahová rýchlosť, ale interval rýchlostí závislých na podmienkach
pôdneho povrchu vrátane agregátov, drsnosti, stavu plodín a vlhkosti. Väčšina z týchto
vlastností sa taktiež môže zmeniť počas búrky v dôsledku erozívnej akcie. (Tatarko, J.,
2008)
26
Obr. 4 [Zmena rýchlosti vetra s výškou nad povrchom pôdy (Hudson, 1973)]
1.2.1.2.2 Pohyb pôdnych častíc
V závislosti od veľkosti pôdnych častíc môžu nastať tri odlišné typy pohybu
(obr. 5) (USDA, SCS, 1989).
Pohyb vo forme suspenzie (vznášanie častíc vo vzduchu)
Pohyb vo forme saltácie (skoky častíc po povrchu pôdy)
Pohyb častíc posuvom po povrchu
Obr. 5 [Typy pohybu pôdnych častíc v závislosti od ich veľkosti (USDA, SCS, 1989)]
27
Pohyb pôdnych častíc vo forme suspenzie
Veľmi jemné častice s priemerom menším než 0,1 mm, spravidla uvedené do
pohybu nárazmi saltujúcich častíc sa pohybujú vo forme vzdušnej suspenzie. Jemné
prachové častice sú buď odrazené do výšky väčšími saltujúcimi časticami alebo
dochádza k ich priamemu zdvihnutiu, pokiaľ vyčnievajú do turbulentnej vrstvy vetra.
Rýchlosť pádu týchto častíc je tak malá, že ak tú tieto častice raz zodvihnuté, zostávajú
suspendované dlhú dobu vo vzduchu a môžu byť vetrom odnášané na veľké
vzdialenosti.
Obr. 6 [Pohyb častíc vo forme suspenzie a jeho dopady na ŽP človeka (Tatarko, 2008)]
Pohyb častíc pôdy skokom
Pohyb pôdnych častíc skokom je najvýznamnejším druhom pohybu vzhľadom
na veternú eróziu, pretože pri ňom dochádza k premiestňovaniu najväčšieho množstva
častíc. Pohyb sa deje sériou nízkych odrazov od pôdy a je charakteristický pre častice
strednej veľkosti, dostatočne ľahké, aby mohli byť zdvihnuté z pôdneho povrchu, ale
ťažké na to aby sa pohybovali formou suspenzie. Veľkosť častíc, ktoré sa pohybujú
skokom je od 0,05 do 0,5 mm, najviac ohrozené sú častice s priemerom 0,10 až 0,15
mm.
28
Obr. 7 [Pohyb častíc vo forme saltácie a jeho dopady na vegetáciu (Tatarko, 2008)]
Pohyb pôdnych častíc gúľaním sa po povrchu
Väčšie častice, ktoré sú príliš ťažké na to, aby mohli byť zdvihnuté silou vetra,
sú váľané po povrchu pôdy, a to jednak silou vetra alebo nárazmi pôdnych častíc
pohybujúcich sa skokom. Posuvom sa zvyčajne pohybujú častice s priemerom 0,5 až
1,0 alebo 2,0 mm. Teoreticky horná hranica pre veľkosť posúvaných častíc neexistuje.
Obr. 8 [Pohyb častíc gúľaním po povrchu a jeho dopady na krajinu (Tatarko, 2008)]
1.2.1.2.3 Ukladanie pôdnych častíc
Najmenšie a najľahšie častice pôdy, ktoré sa pohybujú vo forme suspenzie sú
odnášané na veľké vzdialenosti a sedimentujú iba pri značnom poklese rýchlosti vetra
alebo vplyvom atmosférických zrážok. Väčšie častice, ktoré sa pohybujú saltáciou, sú
ukladané pri znížení intenzity vetra (zvýšenie drsnosti povrchu, trenie alebo vegetačné
29
prekážky a pod.). Najväčšie častice pôdy, ktoré sa pohybujú posuvom po povrchu pôdy
sú odnášané vetrom na najkratšie vzdialenosti. Ukladanie vetrom odnášaných môže byť
prospešné pokiaľ prispeje k zvýšeniu úrodnosti pôdy, na ktorej sú častice ukladané
alebo nepriaznivo, pokiaľ uložené častice prikrývajú viac úrodné pôdy alebo dôjde k ich
sedimentácii pri budovách alebo technických dielach.
1.2.1.3 Faktory ovplyvňujúce vznik veternej erózie
Hlavným eróznym faktorom, pôsobiacim na vznik a priebeh veternej erózie je
vietor. Súčasne však spolupôsobí rada ďalších faktorov, z ktorých najdôležitejšie sú:
Klimatické Pôdne
Územné Vegetačné
Činnosť človeka
30
*Vietor*Zrážky*Teplota
*Evapotranspirácia
*Pôdna štruktúra*Veľkosť a tvar častíc
*Vlhkosť pôdy*Drsnosť pôdneho
povrchu
* Dĺžka pôdneho celku v smere prevládajúceho
vetra
* Sklonitosť pozemku
* Plošný vegetačný kryt
* Vegetačné bariéry
1.2.1.3.1 Klimatické faktory
Klimatické faktory, ovplyvňujúce vznik a priebeh veternej erózie sú:
Vietor
Vplyv vetra na veľkosť pohybu pôdy je daný jeho rýchlosťou, dobou trvania
a prevládajúcim smerom pôsobenia. Minimálna rýchlosť vetra potrebná k pohybu častíc
je vyššia ako rýchlosť potrebná k udržaniu častíc v pohybe. Je to spôsobené nárazmi
saltujúcich pôdnych častíc, ktoré svojou energiou pri dopade pomáhajú udržiavať
proces pohybu častíc pôdy pri nižších rýchlostiach vetra. Minimálna rýchlosť vetra,
potrebná k začatiu pohybu častíc sa nazýva počiatočná vlečná rýchlosť (Bagnold, 1943
Chepil 1945). Kritická rýchlosť vetra, potrebná pre začatie pohybu pôdy bola určená
Chepilom (1945). Jej hodnota sa pohybuje od 5,83 až do 13.33 m.s-1 v závislosti na
eróznej minulosti plochy.
Zrážky
Množstvo a predovšetkým rozdelenie zrážok má priamy aj nepriamy efekt na
zníženie veľkosti veternej erózie zaistením vlahy pre dobrý stav vegetačného krytu
a udržaniu pôdnej vlhkosti. U pôd obsahujúcich veľké percento jemných častíc
dochádza zvlhčením a následným vysušením pôdy k vytvoreniu povrchovej kôry, ktorá
zvyšuje po určitú dobu odolnosť pôdy proti erózii vetrom. Povrchová kôra je pomerne
odolná proti rozrušeniu nárazmi podajúcich dažďových kvapiek. Podľa Chepila (1958)
dosahuje mocnosť 0,15 cm, v niektorých prípadoch môže dosiahnuť mocnosť až 0,6
cm. Najpriaznivejšie podmienky na vytváranie povrchovej kôry majú stredne ťažké,
hlinité pôdy, najmenej vhodné sú pôdy ľahké, piesočnaté.
Teplota vzduchu
Teplota vzduchu je spoločne so zrážkami hlavným faktorom určujúcim klimatický
raz oblasti. Teplota a jej časový priebeh majú priamy vplyv na vlhkosť vzduchu, na
výpar pôdy aj transpiráciu vegetácie. Teplota vzduchu tak ovplyvňuje jednak vlhkosť
pôdy ako aj kvalitu a vývojové fázy pestovaných plodín. V kombinácii so zrážkami
ovplyvňuje erodovateľnosť pôdy vetrom.
Evapotranspirácia
Evapotranspirácia zahrňuje výpar z pôdy a z povrchu vegetácie. Na
evapotranspiráciu pôsobia faktory ako teplota, vlhkosť, vietor no najvýznamnejšie je
31
slnečné žiarenie. Najväčšiu hodnotu dosahuje evapotranspirácia pri teplých, výsušných
vetroch, pri vysokej teplote a pri malej vlhkosti ovzdušia.
1.2.1.3.2 Pôdne pomery
Pre odolnosť voči pôsobeniu vetra sú predovšetkým dôležité:
Pôdna štruktúra
Mechanická stabilita pôdnej štruktúry vyjadruje odolnosť pôdy voči rozpadu
mechanickými silami ako je orba, vietor alebo abrázna činnosť saltujúcich častíc pôdy.
Mechanická stabilita pôdnych agregátov je merítkom odolnosti pôdy proti účinkom
abrázie. Relatívna náchylnosť pôdy k abrázii časticami pôdy nesenými vetrom môže
byť vyjadrená súčiniteľom abrázie (Chepil, 1958). Súčiniteľ abrázie vyjadruje množstvo
pôdneho materiálu erodovaného z pôdnych agregátov na jednotku hmotnosti pôdneho
materiálu rozrušeného abráziou, v pomere k agregátom vystavených vetru s rýchlosťou
11,18 m.s-1. Abrázna činnosť rozbíja povrchovú kôru pôdy, spôsobuje rozpad pôdnych
agregátov a vytvára tak veľmi erodibilný povrch pôdy.
Veľkosť a tvar pôdnych častíc
Veľkosť, tvar a objemová hmotnosť pôdnych častíc značne ovplyvňuje
erodibilitu vetrom. Pre možnosť jednoduchého vyjadrenia vplyvu týchto troch faktorov
na erodibilitu pôdy vetrom zaviedol Chepil (1958) pojem rovnocenného priemeru. Pod
rovnocenným priemerom rozumie priemer štandardnej častice, ktorá má rovnakú
erodibilitu ako pôdna častica rovnakej veľkosti, tvaru a objemovej hmotnosti. Bolo
zistené, že najerodovateľnejšie častice majú rovnocenný priemer 0,1 mm a vyžadujú
minimálnu počiatočnú vlečnú rýchlosť 0,15 m.s-1.
Vlhkosť pôdy
Vlhkosť pôdy je určená množstvom a rozdelením zrážok a ovplyvnená teplotou,
vlhkosťou vzduchu a vetrom, evapotranspiráciou a tým aj úbytkom pôdnej vlhkosti.
Pôdna vlhkosť ovplyvňuje erodibilitu jednak pôsobením kohéznych síl absorbovaného
vodného filmu na povrchu pôdnych častíc, jednak podporuje tvorbu pôdnych agregátov
a povrchovej kôry pôdy. Erodibilita pôdy je závislá na vlhkostnom stave povrchu pôdy.
V humídnych oblastiach je ovplyvnená rýchlosťou infiltrácie vody do spodných
horizontov a rýchlosti vysychania pôdneho povrchu. Z hľadiska vlhkosti pôdy sú
najnáchylnejšie na veternú eróziu ľahké piesočnaté pôdy.
32
Drsnosť pôdneho povrchu
Drsnosť pôdneho povrchu závisí na veľkosti, tvaru a priestorovom rozmiestnení
pôdnych agregátov ako aj na dĺžke, hustote, kvalite a druhu vegetačného krytu a na
výške a priestorovom rozmiestnení vĺn mikroreliéfu pôdy. Povrchová drsnosť tvorená
vlnami mikroreliéfu má spravidla priaznivý vplyv na zníženie erózneho účinku vetra,
keďže pri účinnej výške vĺn a priemernej vzdialenosti medzi vlnami dochádza
k zachytávaniu saltujúcich pôdnych častíc v priestore medzi vlnami.
1.2.1.3.3 Územné pomery
Na určenie náchylnosti pôdneho celku na odnos pôdy vetrom je významná dĺžka
pôdneho celku v smere prevládajúceho vetra a sklonitosť pôdneho celku.
Dĺžka pozemku v smere prevládajúcich vetrov
Odnos pôdy je nulový na začiatku pozemku (kde je prítomná bariéra) a vzrastá
so vzdialenosťou v smere vetra. Na erodovaných plochách dochádza k intenzívnemu
rozrušovaniu povrchu pôdy časticami pohybujúcimi sa skokom a dopadajúcimi
s veľkou energiou na pôdny povrch. Čím dlhšia je erodovaná plocha, tým väčší počet
častíc je takto uvoľňovaných. Po určitej vzdialenosti dosiahne množstvo uvoľnených
častíc maximálnu množstvo, ktoré môže vietor danej rýchlosti niesť. Za touto hranicou
je množstvo odnosu podľa Chepila (1957, 1959) konštantné. Vzdialenosť, po ktorej
dosiahne odnos maximum sa mení s erodibilitou pôdneho povrchu. Čím je erodibilita
povrchu väčšia, tým sú dosiahnuté maximálne hodnoty odnosu pôdy na kratšie
vzdialenosti.
Sklonitosť pozemku
Erodibilita sklonitých pozemkov je všeobecne väčšia ako rovného povrchu.
Pomerné zvýšenie odnosu pôdy zo zvlneného povrchu odvodil W. S. Chepil, F. H.
Siddoway a D.V. Armbrust (1964). Na základe posúdenia vlečných rýchlosti nad
rovným a zvlneným povrchom zistili, že relatívna strata pôdy na vrcholoch svahov je
1,5 krát vyššia pre sklon svahu 3 %, 3,2 krát vyššia pre sklon 6 % a 6,6 krát vyššia pre
skon 10 % oproti strate pôdy z rovného povrchu.
33
1.2.1.3.4 Vegetačné pomery
Vegetácia znižuje rýchlosť vetra pri pôdnom povrchu a pohlcuje značnú časť
jeho sily. Chráni tak pôdne častice pred nárazom veterného prúdu. Okrem toho
dochádza k spevneniu povrchu pôdy koreňovým systémom rastlín. Podľa priestorového
rozmiestnenia vegetácie na ochranu pozemkov pred účinkami veterného prúdu môžeme
vegetačné ochranné opatrenia rozdeliť na dve skupiny:
Plošný vegetačný kryt
Najúčinnejšou ochranou pred veternou eróziou vytvára udržovaný vegetačný
kryt na povrchu pôdy. Maximálny ochranný efekt poskytujú husto vysievané plodiny,
riadkové plodiny sú menej účinné. Vhodnú ochranu pôdy pred veternou eróziou
poskytujú aj zvyšky plodín (strnisko), pokiaľ sú na povrchu pôdy ponechané bez
zaorania. Chepil, Siddoway a Armbrust (1964) skúmali vplyv druhov, množstva
a orientácie vegetačného krytu na zníženie odnosu pôdy vetrom. Pod orientáciou
vegetačného krytu sa rozumie priestorové rozmiestnenie vegetácie a smer riadkov vo
vzťahu k smeru prevládajúceho vetra u riadkových plodín, u ostatných plodín poloha
vegetácie (ležatá, sklonená, stojacia).
Vegetačné bariéry
Vegetačné bariéry sú prekážky stromov, krov alebo pásov plodín, ktoré znižujú
rýchlosť vetra na povrchu pôdy (resp. do určitej výšky nad povrchom) a zachytávajú
nesené častice. Horizontálna vzdialenosť ochranného účinku bariéry sa obyčajne
vyjadruje vo vzťahu k jej výške h. Zníženie rýchlosti je najväčšie za bariérou a so
vzdialenosťou sa tento účinok zmenšuje a vo vzdialenosti približne 30h od bariéry je už
nepatrný. Veľkosť zníženia rýchlosti vetra vplyvom bariéry je funkciou priepustnosti,
výšky, tvaru a šírky bariéry, rýchlosti a smeru vetra, turbulentnej hladiny vetra, teploty,
topografie a drsnosti pôdneho povrchu. Vzájomné vzťahy týchto faktorov sú veľmi
zložité a doposiaľ nevyjadrené vzťahom, ktorý by zahŕňal všetky tieto vplyvy. Bariéry
menia účinok síl vetra na pôdnom povrchu a pomáhajú pri redukovaní rýchlosti vetra na
náveternej strane bariér, a zachytávaní pohybujúcich sa pôdnych častíc (obr.9).
34
Obr. 9 [Vplyv bariéry na rýchlosť vetra (Tatarko, 2008)]
Výskum ukázal, že bariéry značne redukujú rýchlosť vetra na vzdialenosť približne 10
násobku výške bariéry, znižovaním dĺžky pôdneho celku pozdĺž erozívneho smeru
vetra. Avšak, úplne chránené zóny akejkoľvek bariéry sa zmenšujú, ak rýchlosť vetra
narastá a smer vetra sa vychyľuje z kolmosti bariér (obr.10).
Obr. 10 [Vplyv bariéry na dĺžku pôdneho celku (Tatarko, 2008)]
Existujú rôzne typy bariér využívaných pri kontrolných opatreniach voči veternej
erózie. Pri výbere typu bariéry pre návrh opatrení proti veternej erózii, je treba brať do
úvahy určité charakteristiky, predovšetkým
o doba vzrastu,
o počet adaptabilných druhov stromov a krov,
35
o škody na stromoch a kroch
o vplyv na výnosy pestovaných plodín poblíž bariér odoberaním vlahy
a hnojív bariérou
o náklady na zriadenie bariéry
VETROLAMY A OCHRANNÉ PÁSY sú lineárne sadené v jednodielnych alebo
viacnásobných radoch stromov alebo kríkov, vytvorených na ochranu pred veternou
eróziou ako aj snehovou kalamitou. Chránia plodiny, zastrešujú dobytok a poskytujú
domov pre divokú zver. Jednou výhodou vetrolamov narozdiel od iných typov ochrany
pred veternou eróziou je ich relatívna stálosť. Počas suchých rokoch, vetrolamy sa môžu
stať jedinou efektívnou a stálou redukujúcou jednotkou na pôdnych celkoch.
Obr. 11 [Rôzne druhy vetrolamov v krajine (Tatarko, 2008)]
Mnoho vetrolamov vysadených v 30-tych a 40-tych rokoch boli široké pásy, pretože sa
verilo, že široké pásy boli nevyhnutné na adekvátnu redukciu vetra. Trendom dnes sú
užšie pásy. Typ druhov vysadených vo vetrolamoch má značný význam pri
posudzovaní účinku počas celého roka pretože stupeň ochrany závisí na tvaru bariér,
šírky, výšky a priepustnosti. Ročné obdobia ovplyvňujú priepustnosť mnohých druhov
a preto ovplyvňujú účinnosť vetrolamov.
36
VEGETAČNÉ PÁSY pozostávajú z bylinnej vegetácie odolnej voči veternej erózii,
založenej v jednej alebo viacerých pásoch, kolmých na smer prevládajúcich vetrov.
Keďže saltujúce častice sa môžu presúvať až na vzdialenosť 4-5 metrov, záchytný pás
by mal byť aspoň 4-5 metrov široký, pre kratšie pásy vegetácie je táto šírka stanovená
na 7,5 m. Účelom záchytných pásov je zachytiť saltujúce častice a poskytnúť ochranu
pred vplyvom veternej erózie. Záchytné pásy avšak vyžadujú pravidelnú, častú
a nákladnú údržbu.
Obr. 12 [Príklady zakomponovania vegetačných pásov v krajine]
BYLINNÉ VETERNÉ BARIÉRY sú vysoké, nedrevinné, zakladané v 1-2 radových
rovných pásoch, kolmo na smer prevládajúcich vetrov. Využívajú sa na pôdach, kde
ochrana strniskom a pásovým pestovaním plodín nie je dostatočne účinná.
Obr. 13 [Bylinné veterné bariéry v krajine (Tatarko, 2008)]
TRVALÉ TRÁVNE BARIÉRY dobre prispievajú k ochrane pred veternou eróziou ako aj
na zachytávanie snehu a redukciu evapotranspirácie v suchých oblastiach. Ďalšou
výhodou týchto typov bariér je jednoduchá výsadba a nízke náklady.
37
Obr. 14 [Trvalé trávne bariéry (Tatarko, 2008)]
JEDNOROČNÉ PLODINY sa môžu využívať ako bylinné veterné bariéry tak, že jedna
plodina poskytuje ochranu pre iné plodiny. Ľan, obilie a krmoviny sú bariéry, ktoré
môžu poskytovať adekvátnu ochranu pred veternou eróziou ak je rozmiestnená
dostatočne blízko.
Obr. 15 [Jednoročné plodiny s funkciou bylinných veterných bariér (Tatarko, 2008)]
UMELÉ BARIÉRY ako snehové ploty, tabuľové ploty, bambusové a vŕbové ploty,
kamenné steny sa využívajú v boji proti veternej erózii, ale len vo veľmi malej miere.
Náklady na materiál alebo pracovnú silu sú veľmi vysoké pri konštrukcii takýchto
bariér. Využívajú sa aj v oblastiach pieskových dún na pomoc v prípravnej fáze, kým
zarastie trávou alebo stromovým porastom.
Obr. 16 [Umelé bariéry, (Tatarko, 2008)]
38
1.2.1.3.5 Činnosť človeka
Činnosť človeka by mala smerovať k ochrane pôdy pred účinkami veternej
erózie alebo aspoň tieto účinky znižovať na prijateľnú mieru. Spôsoby ochrany pôdy
pred veternou eróziou možno rozdeliť do troch skupín:
Zvýšenie stability pôdnej štruktúry a povrchovej drsnosti
Zakladanie a udržiavanie vegetačného krytu alebo rastlinných zvyškov na
povrchu pôdy
Zakladanie bariér alebo pásov plodín kolmo ma smer prevládajúceho vetra
1.2.1.4 Stav veternej erózie na Slovensku a vo svete
Poľnohospodárske pôdy bez ohrozenia veternou eróziou - Do tejto kategórie patria
pôdy na výmere 2 213 700 ha (veterná erózia), ktoré za normálnych podmienok
považujeme za pôdy bez rizika nadmernej erózie.
Poľnohospodárske pôdy stredne ohrozené veternou eróziou - Do tejto kategórie
bolo zaradených 113 650 ha pôd ohrozených veternou eróziou so zodpovedajúcimi
kódmi bonitovaných pôdno-ekologických jednotiek
Poľnohospodárske pôdy silne ohrozené veternou eróziou - Do tejto kategórie bolo
zaradených 9 470 ha pôd ohrozených veternou eróziou. Ide predovšetkým o pôdy
černozeme ľahké na pieskoch (HPJ 40)
Poľnohospodárske pôdy extrémne ohrozené veternou eróziou - do tejto kategórie
patrí 30 780 ha pôd ohrozených veternou eróziou. Sú to extrémne ohrozované
regozeme na pieskoch (HPJ 59) (tab. 1 v prílohe).
39
Kategória odnos1 menej ako 0,7 t/ha2 0,7 - 22 t/ha
3 22 - 75 t/ha
4 viac ako 75 t/ha
Obr. 17 [Potenciálna ohrozenosť poľnohospodárskych pôd SR veternou eróziou]
Kategórie a limitné hodnoty odnosu pôdy pri veternej erózii poľnohospodárskej pôdy sú
uvedené v tabuľke 3 a 4.
Tabuľka 3 [Limitná hodnota odnosu pôdy pri veternej erózii (Zákon č. 220/2004 Z.z.)]
Odnos pôdy 40 ton z 1 ha za rok
Tabuľka 4 [Limitná hodnota odnosu pôdy pri veternej erózii (STN 75 4501)]
Maximálna hodnota prípustného
jednorazového odnosu pôdy0,014 ton z 1 ha
Veterná erózia postihuje 550 miliónov hektárov pôdy na celom svete.
Odstraňuje a premiestňuje približne 25,4 biliónov ton pôdneho povrchu. Medzi
celosvetovo najviac postihnuté oblasti veternou eróziou patria Sahara, Maroko, Veľké
pláne v USA, časti krajín bývalého Sovietskeho Zväzu, Čína, Mongolsko, Irak, India,
Paraguaj a Austrália. Prachové častice ovplyvňujú viditeľnosť, znečisťujú vzduch, ničia
ľudské zdravie a zdravie zvierat, zaplňujú cesty a cestné priekopy, znižujú úrodnosť, sú
prenášačmi patogénnych mikroorganizmov atď. Celosvetový rozsah a stupeň
degradácie veternou eróziou v mil. ha je vyjadrený v tabuľke 5 a obr. 18. Veterná erózia
sa na degradácii pôdy podieľa celkove 27,8 % (Oldeman 1994 cit. Šarapatka-Dlapa-
Bedrna, 2002).
Tabuľka 5 [Celosvetová degradácia pôdy veternou eróziou]
Typ
degradácie
Stupeň degradácieCelkom
slabý stredný silný
40
Veterná erózia 269 254 26 549
Obr. 18 [Mapa celosvetového rozsahu veternej erózie (USDA – NRCS, 1998,
<http://soils.usda.gov>)]
1.2.1.5 História modelovania veternej erózie
Vietor je efektívnym nástrojom na oddeľovanie, pohyb a premiestňovanie
obrovského množstva jemného materiálu, ako je preukázateľne známe na stratách
hlbokých pôd a obrovských piesočných dún na každom kontinente. Poľné a laboratórne
výskumy začali vo svete už okolo roku 1930, aby identifikovali faktory, ktoré dokážu
kontrolovať alebo urýchľovať veternú eróziu. Vytvoriť simulačnú štúdiu všetkých
faktorov podieľajúcich sa na veternej erózii je nemožné. Preto cieľom bolo zamerať sa
na výskum jedného faktora. Pokiaľ skúmame vzájomne prepojenie všetkých faktorov,
musíme predpokladať ako tieto jednotlivé faktory ovplyvňujú veternú eróziu nezávisle
od seba. Kombinácia týchto faktorov je základom pre model veternej erózie. Prvý
model veternej erózie, nazývaný Univerzálna rovnica veternej erózie (Universal Wind
Erosion Equation) (USDA, 1961) bol aktualizovaný a publikovaný ako Rovnica
veternej erózie (Wind Erosion Equation - WEQ) (Woodruff, Siddoway, 1965). Táto
41
rovnica bola jediným dostupným modelom na plánovanie kontrolných systémov
veternej erózie až do zostavenia Upravenej rovnice veternej erózie (Revised Wind
Erosion Equation - RWEQ) (Fryrear et al., 1998). Pre podmienky ČSSR bol V.
Pasákom (1970) (rovnica 1) na základe experimentálnych pokusov v aerodynamickom
tuneli odvodený vzťah na určenie relatívnej straty pôdy veternou eróziou v tvare:
Ea =22,02-0,72 N-1,69 W+2,64 vp
(1)
kde
Ea – erodovateľnosť (g.m-2)
N – obsah neerodovateľných častíc v pôde (väčších než 0,8 mm) (%)
W – pomerná vlhkosť pôdy, daná pomerom okamžitej vlhkosti a vlhkosti zodpovedajúcej bodu
vädnutia
vp – rýchlosť vetra 5 cm nad pôdnym povrchom (m.s-1)
Keďže tento vzťah vychádza z výskumov uskutočnených v aerodynamickom tuneli,
udáva teda relatívne hodnoty straty pôdy, pre možnosti určenia straty pôdy v terénnych
podmienkach by bolo nutné porovnať závislosti zistené meraním v aerodynamickom
tuneli so zrovnateľnými hodnotami straty pôdy v terénnych podmienkach.
1.2.1.5.1 Rovnica veternej erózie (WEQ)
WEQ bol prvý model na odhadnutie množstva odnesenej pôdy v dôsledku
pôsobenia vetra zostavený Woodruffom a Siddowayom (1965), ale základy pre jej
vznik boli popísané už v Univerzálnej rovnici veternej erózie (USDA, 1961). Základné
dáta pre WEQ boli zosumarizované v klasickej práci Chepila a Woodruffa (1963). Od
prvej publikácie WEQ, boli mnohými autormi (Woodruff a Armbrust (1968), Skidmore
a Woodruff (1968), Skidmore et al., (1970), Bondy et al., (1980), Lyles (1983)
a Skidmore a Nelson (1992)) navrhnuté zmeny. Objavom WEQ je faktor pôdnej
erodibility (I). Faktor pôdnej erodibility (I) je definovaný ako potenciálna pôdna erózia
v tonách na hektár za rok z rozsiahleho, nechráneného, izolovaného pôdneho celku
s holým, hladkým povrchom. I hodnoty boli získané pomocou meraní vo veterných
42
tuneloch a teréne, založených na klimatických podmienkach v blízkosti Garden City
v Kansase od roku 1954 do toku 1956. WEQ je model navrhnutý na predikciu dlho
trvajúcich pôdnych strát z pôdneho celku so špecifickými charakteristikami.
S primeranou selekciou hodnôt jednotlivých faktorov, rovnica odhaduje priemernú
ročnú eróziu a eróziu pre špecifické časové obdobie. Ako pri všetkých empirických
rovniciach, aj tento model bolo potrebné používať obozretne s ohľadom na podmienky,
pre ktoré bol vyvinutý. Výsledkom WEQ bola ročná suma pôdneho odnosu, pričom ale
nebola zohľadnená interakcia (vzájomné pôsobenie) jednotlivých plôch (napr.:
nezohľadňovali sa nánosy pôdy na plochách). Keďže dochádzalo k častej zmene vo
veľkosti vplyvov veternej erózie na pôdu počas roka, boli vyvinuté rôzne prídavné časti
k modelu s ohľadom na časovú variabilitu faktorov:
WEQ Critical Period Procedure (Postup kritického opakovania v rovnici)
V tomto prípade boli vyhľadávané faktory pre každé časové obdobie počas roka,
u ktorých sa očakával najväčší odnos z jedného pozemku pri daných podmienkach
prostredia.
WEQ Management Period Procedure (Postup opakovania postupov v rovnici)
Tento dodatok bol vyvinutý pre tie prípady, pri ktorých dochádzalo k viditeľnej zmene
veľkosti vplyvov na pôdu v priebehu roka. Osevný postup bol rozdelený do viacerých
časových období. Časové obdobia boli volené tak, aby veľkosť vplyvov v rámci
časového obdobia bola stále viditeľná (s ohľadom na ich činnosť pri odnose pôdy).
V roku 1959, Chepil zverejnil rovnicu:
E=I × R × K × F × B× W × D (2)
kde
E – kvantita erózie (t/ha/rok)
I – erodibilita pôdy
R – odolnosť
K – drsnosť
F – pôdna odolnosť voči vetru
B – veterná bariéra
W – šírka pôdneho celku
43
D – smer vetra
Rýchlosť vetra v geografických lokalitách nebola zohľadnená v tejto rovnici (Chepil,
1959).
V roku 1962, Chepilova skupina zverejnila rovnicu
E=∫( ACKLV ) (3)
kde
A – percento pôdnych frakcií väčších ako 0.84 mm
Faktory C,K,L,V boli rovnaké ako v predchádzajúcej rovnici.
Súčasná rovnica veternej erózie bola vyjadrená ako (Woodruff, Siddoway, 1965)
E=∫ ( IKCLV ) (4)
kde
E - odhadovaná ročná strata pôdy v tonách na hektár za rok
F – indikuje vzťahy ktoré nie sú v priamej matematickej kalkulácii
I - erodibilný index
K – faktor drsnosti pôdy
C – klimatický faktor
L – nechránená vzdialenosť
V – vegetačný faktor
Pre podmienky bývalej Československej republiky bola táto rovnica odvodená Vránom (1977).
Kým nebude nový model WEPS 1.0 (pozri 1.2.1.7.1) úplne pripravený pre
implementáciu, na svete sa stále používa táto rovnica, v súčasnosti v modernej verzii
ako hárok Excelu (WEQvs9.00.xls) voľne dostupný na internete na
(http://www.nm.nrcs.usda.gov/technical/tech-notes/agro/ag55.xls) (pozri 1.2.1.7.8)
1.2.1.5.2 Upravená rovnica veternej erózie RWEQ (Revised Wind Erosion Equation)
44
Potreba vedeckého posunu vpred, ktorá by umožňovala vstupy hospodárskych
faktorov ovplyvňujúcich veternú eróziu sa postarala o rozvoj RWEQ (Fryrear et al.,
1998, Fryrear et al., 2000). RWEQ je kombináciou empirického a metodického
modelovania a je prvým modelom veternej erózie extenzívne testovaným v pôdnych
podmienkach v a mimo oblasti Veľkých plání (Great Plains). Revidovaná rovnica
veternej erózie (RWEQ) odhaduje ročné alebo intervalové straty pôdy spôsobené
veternou eróziou založené na modeli jednej udalosti veternej erózie, ktorý zahŕňa
faktory vetra, zrážok, drsnosti pôdy, erodibilných frakcií a rastlinných zvyškov. Vietor
je základnou hnacou silou využívanou v RWEQ, ale na škodu pôdnych typov pomocou
tejto rovnice nie je možné modelovať odnos väčšieho množstva pôdy ako je transportná
kapacita vetra. Faktor vetra, pôdny erodibilný faktor, pôdny prísušok, drsnosť pôdy,
vegetácia to sú termíny, ktoré sa používajú na determináciu maximálnej transportnej
kapacity a kritickej dĺžky pôdneho celku potrebnej na výpočet maximálnej transportnej
kapacity a transportnej hmoty pre akúkoľvek dĺžku pôdneho celku. (Fryrear and Saleh,
1996). Pre ilustráciu základných mechanizmov RWEQ, transportovaná hmota pre
jednu eróznu udalosť je zobrazená na obr. 19. V tomto prípade množstvo
transportovanej hmoty je nulové na pôdnom celku o nulovej dĺžke. Ako dĺžka pôdneho
celku rastie, množstvo transportovanej hmoty najprv prudko narastá, ale neskôr sa
začína ustaľovať, až kým sa dosiahne maximálna transportná kapacita. Priemerná
erózia pôdy narastá pokiaľ dĺžka pôdneho celku nie je prerušená protideflačným pásom
a potom klesá na dlhšom pôdnom celku, ale nikdy nedosiahne nulu.
Obr. 19 [Odhad priemernej pôdnej straty podľa RWEQ (Fryrear, D.W., 2001)]
45
RWEQ bol novo vyvinutý model výskumného ústavu v USA (USDA – ARS –
Southeast Watershed Research Laboratory), ktorý umožňoval časové doriešenie odnosu
pôdy v rámci jedného dňa. REWQ však zohľadňoval stratu pôdy v prúdení vzduchu len
do výšky 2 m. V dôsledku toho sa nezohľadňovala všetka pôda, ktorá sa nachádzala
v transportnej fáze suspenzie. Suspenzia však môže zapríčiniť až 40% straty pôdy
(Chepil, 1963) a môže byť ako jediná zodpovedná za všetky nepriame problémy
spôsobené veternou eróziou (znížená viditeľnosť, zdravotné riziko v dôsledku
prachového znečistenia vzduchu).
46
1.2.1.6 Nové smery v oblasti výskumov veternej erózie
Pokrokové technológie na výskum veternej erózie pôdy sú a boli vyvinuté
predovšetkým v Spojených Štátoch Amerických. Veľká časť počiatočných výskumov
v tejto oblasti začala zostavením už spomínaných empirických rovníc a modelov
(napríklad Univerzálna rovnica pôdnych strát - UWEQ, Rovnica veternej erózie -
WEQ). V súčasnej dobe je preto snaha empirický základ hodnotenia intenzity eróznych
procesov nahradiť kvalitatívne vyššími metódami. Je to dané predovšetkým súčasnou
úrovňou poznatkov v oboroch, ktoré skúmajú vzťahy spôsobujúce eróziu, rozvojom
výpočtovej techniky, ale taktiež zmenou v prioritách protieróznej ochrany, kedy je treba
posudzovať eróziu nielen vo vzťahu k ochrane pôdy, ale aj k ostatným ekologickým
dopadom. V posledných 20-tich rokoch, v období počas technologicko – počítačového
rozmachu aj erózne modelovanie zaznamenalo obrovský pokrok v nových
technológiách a dostalo sa do bodu, v ktorom je v súčasnosti možné spojiť fyzikálne
poznatky s počítačovými simulačnými modelmi a vytvoriť tak integrovaný systém
prognózy veternej erózie. Žiadna presná metóda merania veternej erózie nebola doteraz
vyvinutá. Avšak, využívajú sa rozličné lapače poprašku, diaľkové a terénne senzory,
veterné tunely, sedimentárne vzorkovače a mikrotopografické prieskumy pred a po
erózii. Každá metóda má však svoje obmedzenia. Výskum pokračuje založený na
nových technológiách s novými prístrojmi, modifikáciách starých zariadení s jediným
cieľom, presnejšie merať veternú eróziu. Odhady veternej erózie sa môžu uskutočňovať
priraďovaním numerických hodnôt k prírodným podmienkam, ktoré regulujú veternú
eróziu a vyjadrením ich vzťahov matematicky. Pôsobenie veternej erózie na rozdiel od
vodnej je nestále a pomalé, preto sú škody spôsobované odnosom v niektorých
prípadoch ťažko pozorovateľné. Evidentné sú len pri nárazových väčších účinkoch,
kedy sú výrazne poškodzované pestované rastliny. Vznikajú preto simulačné modely
eróznych procesov, ktoré riešia erózne javy na základe fyzikálnych popisov
jednotlivých procesov.
1.2.1.7 Medzinárodné modely pre určenie intenzity veternej erózie
Vo svete bolo vyvinutých niekoľko modelov na výpočet a stanovenie odnosu
pôdy vetrom. V posledných dekádach, vedci USDA-ARS vynakladajú nepretržitú snahu
vyvinúť model predikcie veternej erózie v poľnohospodárskom kontexte. Mnoho z ich
modelov sa v tejto otázke už v minulosti dostalo do popredia nevynímajúc rovnicu
47
veternej erózie (WEQ), revidovanú rovnicu veternej erózie (RWEQ), stochastický
simulátor veternej erózie (WESS) a systém prognózy veternej erózie (WEPS). Na
Slovensku sa takéto modely v praxi využívajú len veľmi málo a málo poľnohospodárov
pozná prácu s nimi. Je to ale na škodu veci, pretože pomocou modelu na výpočet
množstva odnosu sa dá veľmi ľahko a presne stanoviť, keď máme k dispozícii všetky
potrebné informácie o klimatických, pôdnych podmienkach a o pestovaných rastlinách,
koľko pôdy môže potenciálne pôsobenie prírodných činiteľov odniesť. No
a samozrejme, na takýchto základoch by si každý pestovateľ vedel určiť najohrozenejšie
oblasti a urobiť potrebné zmeny a opatrenie na zamedzenie nadmerného odnosu pôdy
z pozemkov.
1.2.1.7.1 WEPS – Systém prognózy veternej erózie (Wind Erosion Prediction System)
Schopnosť presne predvídať stratu pôdy vetrom je dôležité najmä z hľadiska
plánovania ochrany krajiny, zásob prírodných zdrojov a redukcie znečistenia vzduchu
z veterných zdrojov. USDA- Poľnohospodársky výskumný ústav (ARS) je vedúcou
agentúrou na rozvoj WEPS modelu (Wind erosion prediction system – Systém
prognózy veternej erózie) ARS je zodpovedný za vyvinutie vedeckého modelu, ktorý sa
v súčasnej dobe javí ako jedna z prepracovanejších metód modelovania veternej erózie
(Hagen et al. 1995). WEPS je priebežný denný model simulácie počasia, pôdnych
podmienok a erózie. Nadväzuje prevažne na empirický vzťah WEQ – rovnice veternej
erózie (Woodruff, Siddoway, 1965) a je určený na posúdenie eróznej ohrozenosti
územia pri tvorbe systému ochrany pôd či pri zaisťovaní plánov životného prostredia.
Simulovanou oblasťou môže byť určitý pozemok či niekoľko susedných pozemkov,
u ktorých užívateľ zadá výmeru, pôdne podmienky, osevný postup, príp. stav vegetácie.
Výstupom modelu sú
potom priemerné
straty a depozície
pôdy v rámci
zadaného obdobia. To
je užitočné pri
posudzovaní eliminačného
vplyvu veternej
48
erózie. Systém prognózy veternej erózie (WEPS) je chod súvislých procesov, model
časových krokov, ktorý simuluje vietor, pôdne podmienky a eróziu. Má taktiež
schopnosť simulovať časovú a priestorovú variabilitu pôdnych podmienok a straty pôdy
na pôdnom celku. Dokáže simulovať komplexné pôdne tvary, bariéry, ktoré nie sú
súčasťou hraníc pozemkov a komplexnej topografie.
Obr. 20 [WEPS 1.0]
1.2.1.7.2 EPIC – Výpočet dopadov erózie (Erosion Productivity Impact Calculator)
Začiatkom roku 1981, bol USDA (United States Department of Agriculture)
a Texaskou poľnohospodárskou experimentálnou stanicou (Texas A&M) vyvinutý
matematický model „Erosion-productivity impact calculator“ (EPIC) – „Kalkulátor
dopadov erózie na produkčnú schopnosť pôd“ na stanovenie vzťahu medzi pôdnou
eróziou a produkčnou schopnosťou pôd v USA. Mechanický simulačný model EPIC je
voľne dostupným programom, používaný na výskum dlhodobých vplyvov rôznych
faktorov pôdnej erózie na rastlinnú produkciu vo viac ako 60-tich krajinách v Ázii,
Južnej Amerike a Európe (Williams et al., 1984). Model ma niekoľko komponentov:
Erózia pôdy
Manažment
Hydrológia
Klíma
Živiny
49
Dynamika rastu plodín
Manažment plodín
EPIC Wind Erosion Model a Modified EPIC wind erosion model
Model veternej erózie (EPIC) je zobrazený v dvoch modifikáciách. V prvej modifikácii
sú erodibilita pôdy a klimatické faktory vstupmi pre každý deň v roku. V modifikovanej
verzii je erodibilita pôdy hodnotená ako dôsledok faktorov orby, počasia, plodín atď.
Hodnoty pôdnej straty počas určitého časového obdobia sú počítané pre reprezentatívne
podmienky tohto časového obdobia a zosumarizované pre získanie hodnoty ročnej
straty pôdy. Vplyvy vegetačnej pokrývky a účinky orby na veternú eróziu sú
v programe simulované pomocou denných časových krokov. (E. L. Skidmore, J. R.
Williams, 1991).
1.2.1.7.3 WESS – Stochastický simulátor veternej erózie (Wind Erosion Stochastic
Simulator)
Wind erosion stochastic simulator (WESS) je modelom jednej udalosti veternej
erózie, ktorý je jadrom submodelu veternej erózie EPIC (dostupný ako voľne
stiahnuteľný súbor na internete : [email protected]). WESS využíva vstupy
pôdnej štruktúry, erodibilných častí, drsnosti pôdy, obsahu vody v pôde, rastlinných
zvyškov a subhodinové dáta rýchlosti vetra na predpovede veternej erózie v niekoľkých
užívateľom zadaných vzdialenostiach na pôdnom celku. WESS, modul veternej erózie
modelu EPIC, je modelom, ktorý pracuje s dátami rýchlosti vetra, pôdnej textúry,
percentom erodibilných frakcií (< 0,84 mm), vlhkosťou pôdy, hrúbkou vrstvy
erodovanej pôdy, hustotou pôdnych agregátov, parametrami drsnosti pôdy s cieľom
predchádzať veternej erózii vyskytujúcej sa v pravidelných alebo nárazových
intervaloch. (R.S. Van Pelt, T.M. Zobeck, 2003).
50
Obr. 21 [WESS krivky vs. získané odhady veternej erózie (●) vzhľadom na vzdialenosť od
chráneného povrchu (DPS) pre vybrané prachové búrky v Big Spring, TX (R.S. Van Pelt, T.M.
Zobeck, 2003)]
1.2.1.7.4 TEAM – Texaský model na analýzu veternej erózie (Texas Tech Erosion
Analysis Model)
Podobné modely boli vyvinuté aj mimo amerického výskumného ústavu
poľnohospodárstva. TEAM je simulačný model veternej erózie, ktorý poskytuje výstupy
o pôdnom pohybe alebo strate pôdy pre 10 postupných krajinných segmentov. Krajinné
segmenty sa môžu líšiť v pôdnom type a vegetačnej pokrývke. Na konci každého
segmentu môžu byť prítomné vetrolamy. TEAM je navrhnutý na vyhodnocovanie
metód ochrany pôdy a mimo miestnych dopadov sedimentov a prachu. (James M.
Gregory, 2001). TEAM počíta s tromi základnými fázami veternej erózie –
oddeľovanie, pohyb a ukladanie pôdnych častíc. Taktiež simuluje suspenziu a disperziu
prachových častíc z erodovaných miest. Pracuje s pôdnymi typmi s alebo bez
vegetačného krytu. Vyjadruje špecifické fyzikálne procesy, ktoré ovplyvňujú veternú
eróziu. TEAM má dve hlavné funkcie: (1) maximálny transport komponentov a (2)
faktor dĺžky, ktorý sa pohybuje v rozmedzí od nula do jedna. Vstupy sa menia
vzhľadom ku každej z týchto funkcií, ako napríklad prahová trecia rýchlosť, ktorá je
často funkciou ďalších procesov. Kombinácia týchto procesov definuje systém rovníc,
ktorý využíva vstupy rýchlosti vetra, relatívnej vlhkosti, distribúcie veľkosti pôdnych
častíc, obsah ílovitých častíc, vegetačná pokrývka a rastlinné zvyšky, pôdne agregáty,
51
dĺžky pôdneho celku a výšky a priepustnosti vetrolamov do modelu veternej erózie. (J.
M. Gregory, M. M. Darwish, 2002).
Obr. 22 [Simulácie zmien vegetačnej Obr. 23 [Účinok vetrolamov na pohyb pôdy
pokrývky na intenzitu veternej erózie] (J. M. Gregory, M. M. Darwish, 2002)]
1.2.1.7.5 AUSLEM – Austrálsky model na analýzu veternej erózie (Australian Land
Erodibility Model)
AUSLEM je austrálsky model navrhnutý na predikciu citlivosti krajiny na
veternú eróziu v západnom Queeslande, Austrálii. Model pracuje s 5x5 km
priestorovým rozlíšením a je založený na denných krokoch so vstupmi trávnych alebo
drevinných porastov, vlhkosti pôdy, pôdnej textúry. Systém bol implementovaný na
predikciu krajinnej erodibility pre roky 1980-1990. Predmetom hodnotenia modelu je
porovnanie trajektórií priemerných ročných AUSLEM výstupov s frekvenciou prašných
búrok a rýchlosťou vetra na pozorovaných lokalitách. (Webb., McGowan., Phinn.,
2005).
52
Obr. 24 [AUSLEM vývojové procesy, vstupy, konfigurácie a výstupy (Webb., McGowan., Phinn.,
2005)]
1.2.1.7.6 DUSTRAN – Model transportu prachových častíc (Dust Transport Model)
Pacifické severozápadné laboratórium (Pacific Northwest National Laboratory
PNNL) vyvinulo model transportu prachových častíc (DUSTRAN). Tento model počíta
koncentrácie prachových častíc v atmosfére, ktoré sú výsledkom prírodných (veterná
erózia) ale aj ľudských aktivít. DUSTRAN je komplexný systém disperzného
modelovania, pozostávajúci z modulu prachových emisií, diagnosticko-
meteorologického modelu a disperzných modelov, ktoré sú integrované do softvéru
geografických informačných systémov (GIS). DUSTRAN je efektívnym nástrojom na
simuláciu prašných búrok počas veternej erózie. (Newman et. al., 1999).
1.2.1.7.7 GIS – Geografické informačné systémy
Geografické informačné systémy (GIS) sú nástrojom na tvorbu kvalitných
mapových podkladov a poskytovanie potrebných informácií o území. Zabezpečujú
spojenie grafických a textovo-číselných údajov o objektoch, ako aj následné analýzy
53
javov a procesov v území. Modelovanie v prostredí GIS je perspektívnym a efektívnym
nástrojom tvorby a využitia modelov s cieľom skúmať, poznať a prognózovať
priestorové, časové a funkčné stránky geografickej sféry, s využitím poznatkov z teórie
informácie, systémov, kybernetiky, matematickej štatistiky a používania výpočtovej
techniky. Streit (1997) definuje GIS (geografický informačný systém) ako informačný
systém pre zhromažďovanie, obhospodarovanie, analýzu, modelovanie a vizualizáciu
geografických informácií. V ňom obsiahnuté údaje opisujú geometriu, typológiu,
tematiku (vlastnosti) a dynamiku (časové zmeny) geobjektov (Šimonides, 2006).
Geografický informačný systém (GIS) o pôde v komplexnom pojatí predstavuje
z hľadiska jeho budúceho vyhodnocovania a využitia optimálne prepojený systém
areálových a bodových informácií
o vlastnostiach pôdy a ostatných stanovištných faktoroch
o spôsoboch využitia pôd a ich manažmentu
o produkčnom potenciáli stanovíšť, kontaminácii a degradácii pôd
o vstupoch a výstupoch látok z pôdy a do pôdy, ich transformácii v pôde do
hydrosféry a transferu do rastlín, zvierat a človeka.
Databázové systémy o pôde, vode, lese a krajine ako základ GIS vyvíja celý rad
inštitúcií, sú však účelovo zamerané. To znamená, že tieto systémy riešia iba
obmedzenú problematiku, ktorá sa vzťahuje k zadanej úlohe. V žiadnom prípade
nemožno hovoriť o komplexnom informačnom systéme (Prax, Pokorný, 2004). Na báze
základných údajov o pôde boli vytvorené odvodené informácie dávajúce pôvodným
informačným zdrojom nový obsah s hlavným zameraním na potreby
národohospodárskeho a socioekonomického rozvoja SR. Východiskové, ale aj
odvodené informácie o pôde, uložené na elektronických médiách a využívané vo forme
Geografického informačného systému (GIS) o pôde, sú súčasťou informačného systému
o prírodných zdrojoch Slovenska (Streďanská, Buday, 2006).
1.2.1.7.8 Hárok Excelu pre rovnicu veternej erózie
WEQv9.03.xls je počítačovým spracovaním rovnice veternej erózie v programe
Excel. Vstupnými dátami do programu sú (1) všeobecné informácie ako klimatická
stanica, dĺžka a šírka pôdneho celku, počet rokov v rotácií atď, (2) manažment –
54
pestované plodiny, rastlinné zvyšky, (3) pôda – textúra, (4) drsnosť, (5) nechránené
vzdialenosti, (6) vegetácia, (7) erózia – percento erozívnych vetrov počas sledovaného
obdobia. (dostupný na internete:
<http://www.nm.nrcs.usda.gov/technical/tech-notes/agro/ag55.xls>
Obr. 25 [Hárok Excel pre WEQ]
1.2.1.8 Výber modelu pre stanovenie veternej erózie
Počítačový model bezchybne spracováva množstvo informácií a logické
dôsledky predpokladov. Aby však platnosť zostaveného počítačového modelu nebola
len otázkou viery užívateľa, musí byť dostatočne zdokumentovaný, jednoduchý, nie
zložitý ako modelovaný systém a musí mať jasný účel. Musí obsahovať rovnaké prvky
ako modelované územie. Kvalita modelu je závislá na kvalite vstupných informácií a
musí zjednodušiť realitu do pochopiteľnej formy. Model reprezentuje systém - popisuje
skupinu funkčných prvkov, ich chovanie a väzby v komplexnom celku. Pritom za
funkčné prvky môžeme považovať aj optimalizačné modely pre tvorbu a ochranu
krajinného a životného prostredia, znižovanie výrobných nákladov, zvyšovanie
produktivity a pod. Ide najmä o sektorovú delimitáciu, rozmiestnenie trvalých trávnych
porastov, rozptýlenú trvalú zeleň, vodohospodárske opatrenia, protierózne opatrenia,
komunikačné opatrenia, špeciálne poľnohospodárske kultúry a usporiadanie pôdnych
celkov. Ich výstupom sú údaje o najvhodnejšom spôsobe dosiahnutia očakávaného
cieľa, rozhodovacie premenné sú možnosti, medzi ktorými je možné vyberať, a limity
ktoré obmedzujú výber rozhodovacích premenných. Simulovaný model už „nezvažuje“
55
čo by sa malo urobiť, aby bol dosiahnutý určitý cieľ, ale vyjasňuje čo sa stane, ak
nastane nami zvolená situácia. Účelom simulácie by malo byť predvídanie ako by sa
systémy mali chovať za určitých podmienok. Predpokladom pre správnu simuláciu sú
údaje, nad ktorými model pracuje. Typy údajov sú údaje vektorové, rastrové a
databázové, priestorovo lokalizované s objektovým usporiadaním a hierarchickou
štruktúrou. Popisujú geometrický tvar prvkov a ich obsah. Tu je nutné uvedomiť si ich
diferencovanú presnosť. Kým poloha a tvar prvkov (bodových, líniových a plošných) sa
viaže k požadovanej presnosti, obsah vo vnútri prvku nemusí nutne dosahovať takúto
presnosť, jeho presnosť je závislá od pôvodu údajov. Samozrejmosťou projektov sa
stáva tvorba a analýza digitálnych modelov terénu. Modelovanie nemusí nutne
znamenať drahé expertné systémy. Pri výbere simulačného modelu sa musí prihliadať
na cieľ výskumu, dáta, ktoré máme k dispozícii a na veľkosť skúmaného regiónu. Pre
charakteristiku vybranej lokality vo vzťahu k eróznemu ohrozeniu, je dôležité
predovšetkým porovnanie alebo zistenie rozdielov medzi rôznymi lokalitami,
prinajmenšom exaktným odhadom skutočného odnosu pôdy. To je možné už s relatívne
jednoduchým empirickým modelom. (Julény, J., Julény, A., 2001).
Kvalitu a vhodnosť zdrojov dát možno posúdiť v závislosti od nasledujúcich kritérií:
využiteľnosť povrchu plôch,
aktuálnosť,
miera a priestorové doriešenie,
stupne agregácie,
možnosť skreslenia dát,
digitálne alebo analógové dáta,
formát dát
Problémy, s ktorými sa možno stretnúť pri hľadaní vhodných dát:
problémy s dátami o pôde, ako aj s meteorologickými dátami,
vysoká priestorová variabilita pôdnych parametrov v rámci jedného regiónu,
nedostačujúce informácie o parametroch z modelovania fyzikálnych vlastností
pôdy,
problémy s dátami o rýchlosti a smere vetra v riešenej lokalite.
56
2 Cieľ práce
Cieľom práce je na základe analýzy súčasnej krajinnej štruktúry, pôdnych,
klimatických, eróznych podmienok, hospodárskych aktivít, pestovaných plodín
a prítomných bariér v riešenom území, využitím vhodných nástrojov na modelovanie
veternej erózie – programu WEPS 1.0, SWEEP a GIS vypočítať pôdnu stratu a zobraziť
jednoduché, podrobné výstupy pre ochranné plánovanie krajiny a projektovanie
protieróznych systémov.
Dosiahnutie cieľa uskutočňujeme pomocou nasledujúcich čiastkových krokov:
Analýza klimatických, pôdnych, hospodárskych podmienok potrebných pre
vstup do eróznych modelov
Posúdenie rozsahu veternej erózie na riešenom území pomocou BPEJ
a identifikácia eróziou najviac postihnutých pôdnych celkov
Zostavenie jednotlivých databáz (hydrológia, klíma, hospodárenie, pôda, osevné
postupy ) potrebných pre spustenie modelu WEPS 1.0 pre výpočet veternej
erózie
Vklad vstupov do modelu WEPS 1.0 veternej erózie
Simulácia a analýza rôznych pôdnych podmienok a osevných postupov vo
WEPS 1.0
Posúdenie vhodnosti využívania modelu WEPS 1.0 pre podmienky Slovenska
Simulácia konkrétnej veternej eróznej udalosti v troch transportných módoch
v programe SWEEP
Simulácia vplyvu vetrolamov na veternú eróznu udalosť v programe SWEEP
Modelovanie veternej erózie pomocou základnej rovnice veternej erózie WEQ
(Woodruff, Siddoway, 1965) podľa rovníc definovaných Skidmore (1986)
a podľa metódy popísanej v knihe “Soil And Water Conservation Engineering
(1993), kapitola 6 “Wind Erosion and Control Practices” (ďalej “CP”) využitím
geografických informačných systémov a výpočet pôdnych strát vetrom pre roky
2005-2008
Porovnanie dosiahnutých výpočtov vo WEPS 1.0 a GIS (podľa obidvoch
metodík)
Návrh protieróznych opatrení na základe dosiahnutých výsledkov simulácii
57
3 Materiál a metódy
3.1 Vymedzenie záujmového územia
Záujmové územie Šaľa a Kráľova nad Váhom, leží na západnom Slovensku
v Nitrianskom kraji, západne od okresného mesta Nitra. Šaľa je najmenším okresom
Nitrianskeho kraja (rozloha okresu 355,9 km2 predstavuje 5,6 % rozlohy kraja).
Katastrálne územie má severojužne pretiahnutý tvar, celková dĺžka od severnú po južnú
hranicu je 11,8 km, pričom v priečnom východno-západnom smere je to 7,4 km.
Celková plocha katastrálneho územia je 45,02 km2. Katastrálne územie mesta Šaľa
o celkovom obvode 38,0 km hraničí s 8 inými katastrálnymi územiami. Severná časť
hraničí s katastrálnymi územiami Močenok v dĺžke 4,5 km a Dlhá nad Váhom 3,2 km.
Na západnej strane hraničí s katastrálnymi územiami Kráľová nad Váhom v celkovej
dĺžke 3,1 km a Diakovce 4,1 km. Na južnej strane hraničí s katastrálnymi územiami
Tešedíkovo v celkovej dĺžke 7,0 km, Žihárec 2,9 km a Selice 0,6 km. Na východnej
strane hraničí s katastrálnym územím Trnovec nad Váhom v celkovej dĺžke 12,6 km
(mapa 1 v prílohe).
Z hľadiska administratívno-organizačného je mesto rozčlenené na mestské časti,
urbanistické obvody a územno-priestorové celky. Prirodzeným kompozičným prvkom
prostredia je rieka Váh, ktorá rozdeľuje územie mesta na dve časti – časť pravobrežná
(jadrové mesto) a časť ľavobrežná – Veča. K mestu patrí aj osada Hetméň a Kilič. Obec
Kráľova nad Váhom leží na pravom brehu rieky Váh, v tesnej blízkosti vodného diela
Kráľova. Obec je vzdialená 4 km. S celkovou rozlohou katastrálneho územia 9,51 km²
patrí medzi najmenšie obce v okrese Šaľa. (Územný plán, 2004).
58
3.2 Charakteristika prírodných pomerov
3.2.1 Pôdne pomery
Pôdny kryt riešeného územia je podmienený predovšetkým vlastnosťami
abiotických prírodných faktorov, avšak je modifikovaný činnosťou človeka. Substrát
pre pôdny kryt, ktorý je tvorený väčšinou hlbokými bezskeletnatými pôdami, tvoria
holocénne sedimenty. Na nich sa vyvinuli pôvodom hydromorfné pôdy, avšak v rôznom
stupni vývoja - od hydromorfných fluvizemí glejových a fluvizemí modálnych cez
semihydromorfné čiernice až po terestrické, podzemnou vodou len výnimočne
ovplyvňované černozeme čiernicové. Zrnitosť, vodný a soľný režim pôd sú závislé na
ovplyvňovaní pôdneho profilu podzemnou i povrchovou vodou i na vlastnostiach
geologického substrátu. V severnej časti katastra dominujú pôdy čiernicového a
černozemného typu, pričom prevládajú černozeme, v depresných polohách čiernice
glejové až gleje. Výrazne odlišné pôdy charakteru antrozemí a kultizemí sa nachádzajú
v intraviláne mesta. V okolí intravilánu mesta je pomerne vysoký podiel výskytu
fluvizemí, na menších plochách sa vyskytujú čiernice a černozeme. V strednej časti
katastra (južne od železničnej trate a severne až severozápadne od Hetméňa) prevládajú
v blízkosti Váhu fluvizeme, v centrálnej časti a na západe zasa prevládajú černozeme a
čiernice. V južnej časti katastra výrazne prevládajú čiernice glejové (mapa 2 a 3
v prílohe, tabuľka 6).
Tabuľka 6 [Charakteristika HPJ]
Kód HPJ Charakteristika
01 FMmcfluvizeme typické karbonátové,
ľahké v celom profile, vysýchavé
02 FMmc fluvizeme typické karbonátové, stredne ťažké
03 FMmc fluvizeme typické karbonátové, ťažké
04 FMmc fluvizeme typické karbonátové, ťažké
12 FMG fluvizeme glejové, ťažké
16 ČMč černozeme čiernicové, ľahké, vysýchavé
17ČMčc
černozeme čiernicové, prevažne karbonátové,
stredne ťažké
18 ČMčc černozeme čiernicové, prevažne karbonátové, ťažké
59
Kód HPJ Charakteristika
19ČAmc
čiernice typické, prevažne karbonátové,
stredne ťažké až ľahké, s priaznivým vodným režimom
20 ČAmc čiernice typické, prevažne karbonátové stredne ťažké
24ČAm až
Čap čiernice typické až čiernice pelické, veľmi ťažké
27 ČAG čiernice glejové, ťažké, karbonátové aj nekarbonátové
28ČAG až
ČAp
čiernice typické až čiernice pelické,
veľmi ťažké, karbonátové aj nekarbonátové
31 ČA, SCčiernice typické a čiernice glejové, stredne
ťažké až ťažké, na sprašových a svahových hlinách
35 ČMmcčernozeme typické, karbonátové na karbonátových
aluviálnych sedimentoch, ľahké, vysýchavé
36 ČMmcčernozeme typické, karbonátové na karbonátových
aluviálnych sedimentoch, stredne ťažké
Vypracovala: Lenka Grešová, 2008
Na riešenom území sa nachádza celkovo 21 rôznych BPEJ s celkovou výmerou
4533,47 ha. Najzastúpenejšími BPEJ sú „0024004”, ktorá má takmer 18 % zastúpenie
na danom území, „0002002“ s takmer 17 % a „0020003“ s 13,27 % (tab. 7)
Tabuľka 7 [Zastúpenie bonitovaných pôdno-ekologických jednotiek na ornej pôde v riešených
katastrálnych územiach so stupňom ohrozenia veternou eróziou]
BPEJVýmera
(ha)
Výmera v
%Stupeň ohrozenia Výmera (ha) Výmera v %
0001001 242.34 5.35 3
387.01 8.540016001 44.46 0.98 3
0035001 100.20 2.21 3
0017005 214.30 4.73 2 621.08 13.70
0036005 8.18 0.18 2
0002005 398.60 8.79 2
60
BPEJVýmera
(ha)
Výmera v
%Stupeň ohrozenia Výmera (ha) Výmera v %
0002012 3.74 0.08 1
3525.372 77.76
0003002 76.18 1.68 1
0003003 159.84 3.53 1
0004004 17.90 0.39 1
0012003 8.83 0.19 1
0002002 768.88 16.96 1
0017002 384.66 8.49 1
0018003 384.52 8.48 1
0019002 162.71 3.59 1
0020003 601.39 13.27 1
0024004 797.45 17.59 1
0027003 4.39 0.10 1
0028004 43.01 0.95 1
0031002 3.22 0.07 1
0036002 108.62 2.40 1
Celková
výmera
BPEJ
4,533.47
* 28 – HPJ (hlavná pôdna jednotka)
Najzastúpenejšie BPEJ v riešenom území
Vypracovala: Lenka Grešová, 2008
Ohrozenosť pôd veternou eróziou podľa BPEJ
Podľa BPEJ 8,54 % výmery pôd spadá do tretieho stupňa erózne ohrozených pôd
veternou eróziou a 13,7 % výmery pôd do druhého stupňa. Spolu je teda na danom
území ohrozených približne 22,24 % pôd, čo predstavuje 1008,10 ha z celkovej výmery
BPEJ (mapa 21 v prílohe). Veterná erózia poškodzuje obyčajne plochy bez vegetačného
krytu v suchších obdobiach roka, a to najmä v severnej časti územia (okolie Veče) na
61
piesočnatých až hlinito-piesočnatých pôdach využívaných ako veľkobloková orná pôda.
Ochrana pôdy by mala byť založená najmä na vhodnom priestorovom členení pôdneho
fondu, výsadbe ochranných vegetačných pásov a vhodných osevných postupoch.
3.2.2 Klimatické pomery
Riešené územie spadá do teplej klimatickej oblasti Podunajskej nížiny, ktorá sa
vyznačuje teplou nížinnou klímou s dlhým až veľmi dlhým, teplým a suchým letom,
krátkou, mierne teplou, suchou až veľmi suchou zimou s veľmi krátkym trvaním
snehovej pokrývky. Priemerná ročná teplota kolíše v rozpätí 9-10 °C (priemerné teploty
júla sú 19-20 °C a januára -1 až -3 °C), priemerné ročné zrážky sú 500-600 mm.
Trvanie snehovej pokrývky je do 30-40 dní v roku. Grafy boli spracovávané z údajov
poskytnutých SHMÚ v Bratislave, za obdobie rokov 1982-2007, z priemerných
denných a subhodinových dát nameraných na meteorologickej stanici Veľké Janíkovce
(zemepisné súradnice: 48°16´44´´ s.š., 18°08´18´´ v.d., nadmorská výška 135 m n.m).
Janu
ár
Febru
ár
Marec Apr
ílMáj Jú
n Júl
Augus
t
Septem
ber
Októbe
r
Novem
ber
Decem
ber
-5.00
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
Priemerná mesačná teplota(1982-2007)
Priemerná mesačná teplota v (°C)
Prie
mer
ná te
plot
a °C
Obr. 26 [Priemerné mesačné teploty vzduchu v °C (1982-2007) (SHMÚ, 2008)]
62
Janu
ár
Febru
ár
Marec Apr
ílMáj Jú
n Júl
Augus
t
Septem
ber
Októbe
r
Novem
ber
Decem
ber
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
Priemeré mesačné úhrny zrážok (1982-2007)
Priemeré mesačné úhrny zrážok v mm
Úhr
n zr
ážok
(mm
)
Obr. 27 [Priemerný mesačný úhrn atmosférických zrážok (mm) (1982-2007) (SHMÚ, 2008)]
Z hľadiska veternej erózie, vietor je hlavným eróznym faktorom, spôsobujúci vznik
a priebeh veternej erózie. Vplyv vetra na veľkosť pohybu pôdy je daný jeho rýchlosťou,
dobou trvania a prevládajúcim smerom pôsobenia. V okolí mesta Šaľa je výrazne
prevládajúci smer vetra severozápadný. Oblasť je zaradená medzi územie s priemerne
inverznými polohami.
NNE NEENE E
ESE SESSE S
SSW SWW
SW WWNW NW
NNW N
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Rýchlosť vetra pre jednotlivé smery
Rýchlosť vetra v m/s pre jednotlivé smery
Rýc
hlos
ť ve
tra
v m
/s
Obr. 28 [Priemerná rýchlosť vetra (m/s) pre jednotlivé smery vetra (1982-2007) (SHMÚ, 2008)]
63
nne ne en
e ees
e se sse s
ssw sw wsw w
wnw nw nnw n
calm
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
Priemerná relatívna početnosť smerov vetra (%)
Priemerná relatívna početnosť smerov vetra (%)
Poče
tnos
ť sm
erov
vet
ra (%
)
Obr. 29 [Priemerná relatívna početnosť smerov vetra (%) (1982-2007) SHMÚ, 2008)]
3.3 Súčasná organizácia pôdneho fondu
Súčasná štruktúra krajiny odráža intenzívne využívanie prírodnej krajiny
človekom. Stupeň antropogénneho ovplyvnenia krajiny je veľmi vysoký. Výsledkom
antropického pôsobenia v krajine je vznik poloprirodzených a umelých prvkov, ktoré
spolu s prírodnými prvkami dotvárajú celkovú mozaiku súčasnej krajinnej štruktúry.
Okres Šaľa patrí k významným poľnohospodárskym oblastiam na Slovensku s vysokým
podielom poľnohospodárskej pôdy.
Podľa Atlasu krajiny (2002) je ekologická kvalita územia nepriaznivá. Územie sa
nachádza v ekologicky nestabilnom priestore. V katastrálnych územiach Šaľa a Kráľová
nad Váhom najväčšiu plochu zaberá poľnohospodárska pôda s výmerou 4109,882 ha.
Z nej má najväčšiu výmeru orná pôda s výmerou 3792,813 ha (92,28 %
poľnohospodárskej pôdy). Lesné plochy majú v katastrálnom území s výmeru 332,059
ha (tabuľka 8).
Tabuľka 8 [Štruktúra pôdneho fondu v riešených katastrálnych územiach Šaľa a Kráľová nad
Váhom]
Druh pozemku Výmera v ha % zastúpenie
Poľnohospodárska pôda 4109.882 76.61
Orná pôda 3792.813 70.70
TTP 132.888 2.48
64
Druh pozemku Výmera v ha % zastúpenie
Vinice 100.94 1.88
Záhrady 72.529 1.35
Ovocné sady 10.712 0.20
Lesné plochy 332.059 6.19
Vodné plochy 212.906 3.97
Zastavané plochy 640.61 11.94
Ostatné plochy 69.027 1.29
Spolu 5364.484 100,00
Vypracovala: Lenka Grešová, 2008
Súčasná krajinná štruktúra
Orná pôda TTP
Vinice Záhrady
Ovocné sady Lesné plochy
Vodné plochy Zastavané plochy
Ostatné plochy
Obr. 30 [Grafické znázornenie štruktúry pôdneho fondu]
3.3.1 Poľnohospodárstvo
Poľnohospodársku činnosť v území je sústredená v Roľníckom družstve Šaľa.
Činnosť družstva je zameraná na rastlinnú a živočíšnu výrobu. Družstvo obhospodaruje
celkom 33 km² plochy, t.j. na území katastra mesta Šaľa 18 km², v priľahlých katastroch
obcí Dlhá nad Váhom a Kráľová nad Váhom spolu 15 km². Celková pestovateľská
plocha v riešených územiach predstavuje výmeru 3679,07 ha, čo je 90 % z celkovej
poľnohospodárskej pôdy.
65
Najpestovanejšími plodinami v riešenom území boli v roku 2005 jačmeň jarný,
ktorý sa pestoval na 19,6 % pôdy a pšenica letná f. o. (16,6 %). V roku 2006 to boli
plodiny pšenica ozimná (30,2 %), jačmeň ozimný (17,5 %) a lucerna siata (14 %).
V roku 2007 bola opäť najpestovanejšou plodinou pšenica ozimná (34,4 %) a kukurica
na zrno (32,4 %). V poslednom roku 2008 to bola pšenica ozimná (24,8 %), jačmeň
jarný (15,5 %) a kukurica na zrno (14,9 %). V celkovom hodnotení pestovaných plodín
za obdobie 2005-2008 sa pšenica siata pestovala na 26,5 %, kukurica na zrno na 15,2 %
a jačmeň jarný na 10,9 % z celkovej pestovateľskej plochy (tabuľka 9).
Tabuľka 9 [Podiel pestovania jednotlivých plodín v riešenom území]
Vypracovala: Lenka Grešová, 2009
Ochranný účinok poľnohospodárskych plodín voči veternej erózii (Streďanský, 1993)
Keď odnos z čierneho úhoru považujeme za 100%, potom poradie jednotlivých plodín
od najhoršie chrániacich pôdu, po najlepšie, je nasledovné
Skoré zemiaky 74% Kukurica na zrno 47%
Pšenica jarná 61% Repka olejka 46%
Kukurica na siláž 60% Pšenica letná f.o. 43%
Ovos siaty 58% Raž ozimná 43%
Jačmeň jarný 58% Slnečnica ročná 41%
Repa cukrová 48% Lucerna siata 0% *
* (druhý
a ďalší rok)
66
LEGENDA
100% odnos
50% odnos
Obrázok 31 [Grafické znázornenie ochrany pôdy jednotlivými plodinami (Streďanský, 1993)]
1. Slnečnica ročná (Heliantus annus)
2. Pšenica letná f. o. (Triticum aestivum)
3. Repa cukrová (Beta provar. Altissima
(DOELL))
4. Kukurica siata (na siláž) (Zea mays)
5. Jačmeň jarný (Hordeum sativum)
6. Lucerna siata (Medicago satica)
7. Kukurica siata (na zrno) (Zea mays)
8. Strukoviny krmné
9. Strniskové miešanky
3.3.2 Lesné hospodárstvo
Územie okresu patrí medzi najchudobnejšie na lesné porasty. Lesnatosť
predstavuje iba necelé 4 % z celého územia. Bloky lesných pásov sú v riešenom území
sústredené pri rieke Váh a vo fragmentálnom rozptyle mimo hranice zastavaného
územia mesta Šaľa a obce Kráľová nad Váhom.
3.4 Podkladové materiály
1. Mapové podklady :
- Základná mapa SR v mierke 1 : 10 000
- Ortofotomapa (EUROSENSE, s.r.o.)
- Mapy BPEJ v digitálnom tvare, mierka 1:5 000 ( Výskumný ústav
pôdoznalectva a ochrany pôdy, Bratislava)
- Atlas krajiny Slovenskej republiky, 2002
- Hospodárska mapa v mierke 1:25 000 (Roľnícke družstvo Šaľa)
2. Textové podklady:
- Územný plán mesta Šaľa, 2004
- Hospodárske pomery a výsledky hospodárenia v Roľníckom družstve Šaľa
v rokoch 2005-2007
67
3. Softvér:
- WEPS 1.0 (program je voľne dostupný na web stránke WERU:
<http://www.weru.ksu.edu/weps>
- SWEEP
- ArcView GIS 3.2, ArcGIS 9.2
3.5 Metodický postup riešenia práce
Pre riešenie doktorandskej dizertačnej práce bol zvolený metodický postup,
ktorý je rozdelený do niekoľkých krokov.
Prvým krokom bol výber záujmového územia. Výber bol podmienený výskytom
potenciálnej veternej erózie v lokalite. Zvolili sme si dve katastrálne územia – Šaľa
a Kráľová nad Váhom, v ktorých sme postupne podľa získaných podkladových
materiálov analyzovali klimatické, pôdne, hospodárske podmienky, ktoré sú
nevyhnutnou súčasťou vstupov do eróznych modelov. Z týchto analýz sme zhotovili
mapové výstupy, ktoré zahŕňajú súčasnú krajinnú štruktúru v riešených katastrálnych
územiach (mapa 3 v prílohe), zastúpenie bonitovaných pôdno-ekologických jednotiek
na riešenom území a ohrozenosť územia veternou eróziou podľa BPEJ (mapa 4
v prílohe). Grafické výstupy boli vyhotovené v programe ArcView GIS 3.2 a následné
analýzy a kalkulácie v programe ArcGIS 9.2.
Pomocou bonitovaných pôdno-ekologických jednotiek sme posúdili rozsah
veternej erózie a identifikovali pôdne celky najviac náchylné na veternú eróziu. Model
WEPS 1.0 pracuje s databázami, ktoré obsahujú presne definované údaje pre výpočet
veternej erózie v tomto programe. Pre zostavenie databáz (hydrológia, klíma,
hospodárenie, pôda, osevné postupy) sme použili rozpracované analýzy podmienok
v území. Užívateľské rozhranie dovoľuje vložiť údaje o počiatočnom stave simulovanej
oblasti (rozmery pôdneho celku, jeho orientácia, bariéry, lokalizácia, hospodárenie
a štruktúra pôdy). Po vytvorení potrebných databáz a zadaní vstupov do modelu
veternej erózie program pomocou siedmych submodelov (hydrológia, hospodárenie,
pôda, plodiny, rozklad zvyškov, erózia), simuluje rôzne podmienky a osevné postupy
charakteristické pre danú oblasť v rôznych časových obdobiach. Získali sme detailné
výstupy vrátane pôdnej straty v troch módoch: saltácia, suspenzia a čiastočiek PM 10
pre jednotlivé BPEJ, osevné postupy a bariéry prítomné v území. Analýzou
dosiahnutých výstupov sme posúdili vhodnosť využívania modelu pre podmienky
68
Slovenska. Keďže sa veterná erózia v podmienkach Slovenska ako jav vyskytuje len
niekoľkokrát do roka (údaje sa rôznia od jedného dňa po maximálne desať dní), pre
porovnanie sme použili model, ktorý je súčasťou modelu WEPS. Model SWEEP
umožňuje podrobnejšie určenie príčin a následkov veternej erózie v subhodinových
intervaloch za časové obdobie jeden deň a taktiež poskytuje výstupy pôdnych strát
v troch módoch pohybu. Pri modelovaní veternej erózii a hlavne pri následnom
plánovaní ochranných opatrení je dôležitým krokom aj analýza bariér v území a ich
vplyv na odnosy pôdy vetrom. Program SWEEP poskytuje detailné informácie o vplyve
vetrolamov (priepustných, polopriepustných) na znižovanie dopadov erózie v územiach
s ich výskytom. Samozrejme pri modelovaní erózie v programových modelov musíme
brať do úvahy ich subjektívnosť z pohľadu procesov a krokov postupností, ktoré pri
modelovaní prebiehajú a nie vždy sú užívateľom do podrobnosti popísané. Preto sme
ako posledný model použili stále používanú rovnicu veternej erózie WEQ (Woodruff,
Siddoway, 1965) a spracovali ju pomocou dvoch metodík (Skidnomre, 1986 a Wind
Erosion and Control Practices, 1993, (ďalej len „CP“) s dostupnými dátami v programe
GIS pre roky 2005-2008. Následne sme porovnali všetky dosiahnuté výstupy.
Poslednou časťou tejto výskumnej práce je návrh spôsobov hospodárenia na
riešenom území, návrh osevných postupov podľa výstupov z erózneho modelu
smerujúcich k ochrane pôdy, zníženiu rozsahu veternej erózie a tým aj k zvýšeniu
ekologickej stability v území. Vypracovali sme aj návrhový plán siete vetrolamov
v území, ktorý by výrazne prispel k zníženiu eróznych odnosov vetrom a zároveň by sa
vo výraznej miere podieľal na zvýšení ekologickej hodnote územia, ktorá je
v súčasnosti veľmi nepostačujúca. K jednotlivým návrhovým opatreniam vypracujeme
mapové a tabuľkové podklady.
3.6 Systém prognózy veternej erózie (WEPS)
WEPS je počítačový model veternej erózie pracujúci v denných časových
krokoch, ktorý simuluje počasie, pôdne podmienky a eróziu. Ako taký nesimuluje len
základné erózne procesy, ale taktiež procesy, ktoré modifikujú náchylnosť pôdy na
veternú eróziu. Prvá sprístupnená verzia je WEPS 1.0 a je navrhnutá tak, aby
užívateľovi poskytovala jednoduchý modul na vstup počiatočných podmienok, výpočet
pôdnych strát a zobrazenie jednoduchých, ale detailných výstupov pre návrhy opatrení
na ochranu pred veternou eróziou.
69
3.6.1 Geometria vo WEPS
Kvôli zjednodušeniu vstupov bol WEPS 1.0 navrhnutý s určitými obmedzeniami
geometrických tvarov pri špecifikácii simulovanej oblasti alebo pôdneho celku (obr.
32). Simulovaná oblasť je limitovaná geometrickými tvarmi obdĺžnik, kruh a polkruh
definovaním pravouholníka rovnakej dĺžky, šírky a plochy požadovaného tvaru. Aby
bol pôdny celok orientovaný správne v krajine kvôli účinkom meniacim sa smerov vetra
simulovaná oblasť sa dá v hlavnom okne otáčať o 360°.
Obrázok 32 [Popis geometrie vo WEPS 1.0 (WEPS-Tech, 2008)]
Jednému simulovanému pôdnemu celku môže byť v programe priradený len jeden
pôdny druh (rovnaké pôdne vlastnosti), druh plodiny (vlastnosti biomasy)
a hospodárenie na pôdnom celku. V skutočnosti však pôdne celky nie sú homogénne,
preto si užívateľ musí vyberať hlavné - kritické (najerodibilnejšie) pôdne charakteristiky
alebo osevné postupy na simuláciu. Bariéry môžu byť umiestnené, na ktorejkoľvek
strane pôdneho celku ako aj kdekoľvek na pôdnom celku (SWEEP). Ak sú bariéry
prítomné, rýchlosť vetra je znížená v chránených oblastiach na záveternej aj náveternej
strane bariér. Submodel erózie určuje kritické hodnoty rýchlosti, pri ktorej sa objavuje
erózia pre všetky pôdne podmienky. Ak rýchlosť vetra prekročí túto hodnotu, submodel
počíta pôdne straty/nánosy na skupine jednotlivých buniek v gride reprezentujúcich
pôdny celok. Pôdna strata/nános je rozdelená do troch zložiek pohybu pôdnych častíc,
a to saltácia, gúľanie častíc po povrchu a suspenzia pretože každý z týchto pohybov má
osobitý transportný režim ako aj mimo miestny dopad. Pôdny povrch je počas simulácií
pravidelne aktualizovaný. Aktualizácia povrchu počas simulácie zahŕňa zmeny pri
rozdelení veľkosti agregátov na povrchu, keďže jemné častice sú odstraňované
a depresie na povrchu sú zapĺňané erodujúcim materiálom.
70
3.6.2 Implementácia modelu WEPS 1.0
Štruktúra modelu WEPS 1.0 pozostáva z vedeckého modelu, kódovaného
v jazyku FORTRAN 95 spojený s grafickým prepojením užívateľa, ktorý je kódovaný
v JAVA. Tento model zahŕňa 5 databáz, 2 modely simulácie počasia a 6 submodelov
(obr.33).
Obrázok 33 [Štruktúra modelu WEPS]
Užívateľské prepojenie slúži ako prostriedok pre užívateľa na zadanie
počiatočných podmienok ako sú rozmery pôdneho celku, orientácia bariér, lokalizácia,
agrotechnické operácie a pôdne zloženie. Rozmery pôdneho celku sú definované
dĺžkou, šírkou a orientáciou. Užívateľ si vyberie typ bariéry zo zoznamu, ktorý je
súčasťou hlavného okna programu. Pre lokalizáciu si užívateľ vyberie konkrétnu oblasť
a katastrálne územie alebo zadá zemepisnú šírku a dĺžku simulovanej oblasti.
V hlavnom okne sa potom vyberie meteorologická stanica, z ktorej sa čerpajú historické
dáta na simuláciu parametrov počasia. Pôdny druh sa volí zo zoznamu, ktorý je
súčasťou databázy VÚPOP. Operácie týkajúce sa hospodárenia na pôdnom celku
a dátumy sú zozbierané v editore pre rotáciu poľnohospodárskych plodín WEPS
71
(MCREW), tabuľkový editor. Po zadaní týchto vstupov užívateľom, program sprístupní
päť databáz - klímu, pôdu, hospodárenie, bariéry, rast plodín a rastlinné zvyšky na
simuláciu. Tieto databázy poskytujú potrebné parametre pre umiestnenie a podmienky
simulované tak ako boli zadané užívateľom. Program zaznamenáva informácie potrebné
pre simulácie WEPS, získané od užívateľa a databáz do vstupných súborov. Program
taktiež zapojí submodel počasia, aby vygeneroval súbory obsahujúce zrážky,
maximálnu a minimálnu teplotu, solárne žiarenie a teplotu rosného bodu ako aj smer
a rýchlosť vetra. Tieto vstupné súbory pre danú simuláciu sú zapísané v programe
WEPS ako „Run“. Aby bol čas kalkulácií čo najnižší, v programe WEPS sa využíva
denný časový krok, okrem vybraných podprogramov v hydrologických a eróznych
submodelov, ktoré môžu využiť hodinové alebo subhodinové časové kroky (napr. 15
minút). Vedecký model vychádza zo vstupných súborov „Run“ a spúšťa submodely
hydrológie, pôdy, plodín a ich rozkladu, ktoré zodpovedajú za zmeny v erodibilite
pôdneho povrchu vplyvom hospodárenia a počasia. Ak sú pôdne podmienky také, že sa
môže erózia vyskytnúť pri maximálnej rýchlosti vetra za deň, program erózneho
submodelu sa spustí na výpočet pôdnej straty alebo nánosu. Erózia pôdy v programe
nastáva ak rýchlosť vetra prekročí hranicu rýchlosti pohybu saltácie pre podmienky
danej pôdy a prítomnej vegetácie. Po spustení submodelu, trvanie a intenzita erózneho
procesu závisí na rýchlosti vetra a na vývoji podmienok pôdneho povrchu.
3.6.3 Využitie modelu WEPS 1.0
WEPS je komplexný model veternej erózie s mnohými možnosťami pre vstupy
a výstupy. Na hlavnej obrazovke sa zadávajú štyri typy informácií: 1) popis tvaru
simulovanej oblasti definovaním rozmerov a orientácie pôdneho celku, 2) výber
umiestnenia pôdneho celku, pre ktorý chceme generovať simuláciu počasia, 3) výberom
pôdy, a 4) výberom variantu hospodárenia. Pri striedaní vstupov, konkrétne typu
hospodárenia na pôdnom celku, užívateľ môže porovnať rôzne alternatívy na kontrolu
pôdnych strát vetrom. Interpretácia výstupov z programu WEPS je neoddeliteľnou
súčasťou využívania programu WEPS ako nástroja na rozvoj ochranných plánov na
kontrolu veternej erózie. WEPS poskytuje detailné výstupy pre určité obdobia vrátane
pôdnych strát v procese saltácie, gúľaním po povrchu, suspenzie a PM-10. V programe
sa dajú zobraziť aj výstupy určitých cyklov dostupných pre parametre počasia ako
energia vetra ale aj pôdne podmienky ako napríklad pôdna erodibility a množstvo
72
biomasy. Takéto informácie sú užitočné na stanovenie tých období, ktoré vyúsťujú do
intenzívnych erózií a podmienky, ktoré sa podieľajú na stratách. Výstupy WEPS takisto
zahŕňajú množstvo strát z každého smeru, ktorý pomáha užívateľovi pri umiestňovaní
bariér, pásového pestovania plodín a ďalších kontrolných metód pri erózií. WEPS má aj
možnosť viacnásobne spustiť alternatívy hospodárenia, čím dovoľuje ich jednoduché
porovnanie. Zhrnutie priebehu simulácie zobrazí užívateľské informácie, vstupné dáta
simulácie a základné informácie podľa ročných rotácií a priemernú ročnú stratu pre
celkovú simuláciu. Výstupy straty pôdy v zhrnutí simulácie zahŕňajú: hrubú stratu,
priemernú eróziu na pôdnom celku, celkovú stratu, priemernú celkovú čistú stratu na
pôdnom celku, gúľanie po povrchu/saltácia, priemernú stratu gúľaním po povrchu plus
saltáciou ako čistou stratou z pôdneho celku, suspenziu, priemernú stratu suspenziou
ako čistú stratu z pôdneho celku a PM-10, priemernú čistú stratu častíc s priemerom
menším ako 10 µm z pôdneho celku.
Obrázok 34 [Užívateľské rozhranie programu WEPS 1.0]
3.6.4 Analýza užívateľského rozhrania
Panel náhľadu na pôdny celok je umiestnený v strede hlavného okna programu
WEPS 1.0. Slúži na informatívnu ukážku veľkosti, tvaru a orientácie pôdneho celku.
73
Informačný panel veterných bariér slúži na výber umiestnenia bariéry na pôdnom celku
a na zobrazenie prítomných bariér na pôdnom celku. Umiestnenie bariéry je označené
na strane pôdneho celku, na ktorý je bariéra umiestnená ako napríklad „N“ pre sever,
„S“ pre juh, „E“ pre východ a „W“ pre západ. Typ bariéry sa vyberie zo zoznamu
v paneli. Funkcia „Editácia zvolenej bariéry“ slúži na zmenu šírky, dĺžky a priepustnosti
danej bariéry. Červeno-žltý pás na severnej strane pôdneho celku zobrazuje danú
bariéru. Tento panel slúži len na vizuálnu ukážku a nedá sa editovať.
Obrázok 35 [Panel „bariéry“, (WEPS 1.0)]
Informácie o simulácii
Užívateľské informácie o danej simulácii sú zadávané v ľavom hornom paneli,
ktorý je označený ako “Simulation Run Information”. Názov pôdneho celku pre novú
simuláciu sa zadá do príslušnej kolónky v paneli. Táto informácia má len informatívny
charakter a neovplyvňuje výsledky simulácie WEPS.
Informácie o pôdnom celku
Informačný panel s informáciami o geometrii pôdneho celku slúži na popis tvaru
(X-dĺžka, Y-šírka, orientácia) simulovanej oblasti.
Výber lokalizácie
Výberom lokalizácie v programe WEPS definujeme súradnicové umiestnenie
pôdneho celku, ktorý podlieha simulácií. Pomocou zadefinovania umiestnenia pôdneho
celku program následne určí najvhodnejšiu meteorologickú stanicu pre dané územie,
(CLIGEN a WINDGEN), ktoré budú následne v simulácií využité. Umiestnenie sa
vyberie zo zoznamu krajín a katastrálnych území, ktoré sa nachádzajú v databáze
programu alebo po zadaní zemepisnej šírky a dĺžky sa následne priradí daná oblasť.
74
Kalibrácia pre simuláciu WEPS
Rozdiely v rastlinnej produkcii, hospodárení alebo v klimatických
charakteristikách a pôdnych vlastnostiach si vyžaduje kalibráciu dát vytvorených pre
WEPS, ktoré neodrážajú skutočné parametre získané producentom. WEPS poskytuje
metódu kalibrácie tak, že presnejšie odrážajú údaje o oblasti ako celku.
Implementácia užívateľského rozhrania a Vedecký model
Vstupy do vedeckého modelu sú sériou ASCII vstupných súborov. Tieto vstupné
súbory sú: Windgen súbor (*.win), Cligen súbor (*.cli), súbor počiatočných pôdnych
podmienok (*.ifc), súbor hospodárenia (*.man) a spustiteľný súbor (weps.run). Cez
užívateľské rozhranie, užívateľ vie jednoducho zadať informácie potrebné na tvorbu
a úpravu vstupných súborov. Po zadaní, rozmerov pôdneho celku jeho umiestnenia,
pôdnych podmienok a hospodárenia rozhranie najprv spustí CLIGEN a WINDGEN
generátory počasia, ktoré vytvoria WINDGEN a CLIGEN súbory na simuláciu. Po
ukončení priebehu vedeckého modelu rozhranie prečíta a zobrazí výstupy.
3.7 Program na vyhodnotenie erózneho javu (SWEEP)
Program na vyhodnotenie jednorazového javu veternej erózie (Single-event
wind erosion evaluation program - SWEEP) je počítačový model, ktorý simuluje
jednorazový jav veternej erózie v časovom období od začiatku po koniec jedného
erózneho javu v hodinových, prípadne subhodinových intervaloch (30 min., 15 min).
Model pozostáva z erózneho submodelu WEPS spojeného s jednoduchým grafickým
prepojením s užívateľom. (USDA-ARS, 2008).
75
3.7.1 Submodel erózie
Obrázok 36 [Schematická konfigurácia simulovanej oblasti (USDA-ARS, 2008)]
Predmetom modelu SWEEP je (podľa manuálu USDA-ARS z februára 2008)
simulovať zložky pôdnej straty a ukladania častíc na pôdnom celku obdĺžnikového
tvaru vzhľadom na rýchlosť vetra, smer vetra, orientáciu pôdneho celku a podmienky na
pôdnom povrchu na subbodinovej báze (obr. 36). V modeli SWEEP, môžu byť bariéry
umiestnené na hraniciach ako aj vo vnútri pôdneho celku. Ak je bariéra prítomná,
rýchlosť vetra je redukovaná v chránených oblastiach na náveternej ako na záveternej
strane bariéry. Model determinuje kritické rýchlosti, pri ktorých sa jav veternej erózie
uskutoční, pri akýchkoľvek pôdnych podmienkach. Ak rýchlosť presiahne kritickú
rýchlosť, model počíta pôdnu stratu/nános pôdy na skupine jednotlivých rastrových
buniek reprezentujúcich pôdny celok. Pôdna strata/nánosy sú rozdelené do módov
saltácia/gúľanie po povrchu a suspenzia, pretože každý mód sa vyznačuje špecifickými
charakteristikami ako aj mimo miestnym dopadom. Pôdny povrch je v programe
pravidelne aktualizovaný kvôli zmenám spôsobeným eróziou v priebehu simulácie.
76
Parametre popisujúce podmienky pôdneho povrchu
Obrázok 37 [Parametre popisujúce pôdne podmienky na povrchu pôdy vstupujúce do erózneho
submodelu. (USDA-ARS, 2008)]
Drsnosť pôdneho povrchu sa delí na pravidelnú a náhodnú. Použité parametre sú
štandardnou odchýlkou výšky povrchu pre náhodnú drsnosť a výšky, šírky vrcholu
brázd a vzdialenosti brázd pre pravidelnú drsnosť. Povrchová pokrývka je znázornená v
troch stupňoch. V prvom stupni, štrk, agregáty a pôdny prísušok zaberajú 100 percent
povrchu. V druhom stupni, parametrom je frakcia pôdneho prísušku na povrchu pokrytá
kyprou, erodovateľnou pôdou. Ak pôdny prísušok nie je prítomný, tento parameter je
vždy nulový. V treťom stupni, parametrom je frakcia celkového povrchu pokrytá
plošnou, rôznorodou vegetáciou (obr. 37).
Hustota a veľkosť agregátov sú pôdne parametre, ktoré udávajú pôdnu mobilitu.
Suchá mechanická stabilita zhlukov častíc je vstupným parametrom, ktorý indikuje ich
odolnosť k abrázii vplyvov erodujúcej pôdy. Povrchová vlhkosť je tiež vstupom
používaným na nárast prahu intenzity trenia, pri ktorom erózia začína.
Obrázok 38 [Dynamická rýchlosť nad stojacou vegetáciou, ktorá je redukovaná o dynamickú
rýchlost pod stojacou vegetáciou. (USDA-ARS, 2008)]
77
Rovnomerne usporiadaná stojaca vegetácia je 5 až 10 krát viac efektívnejšia v
redukovaní veternej erózie ako plochá vegetácia, a preto stojacia vegetácia vstupuje do
programu ako samostatný parameter. Dynamická rýchlosť vetra nad stojacou vegetáciou
je redukovaná o plochu listov a stoniek, aby získala rýchlosť na povrchu, ktorá je
potrebná na spustenie erózneho javu. (obr. 38). Listy sú predstavované indexom listovej
plochy a stonky indexom plochy stonkovej siluety.
Pôdny transport počas veternej erózie sa objavuje v troch módoch: agregáty gúľajúce sa
na povrchu (0,80 – 2,0 mm), agregáty pohybujúce sa skokmi (0,1-0,80 mm) a agregáty
vznášajúce sa vo vzduchu (s veľkosťou menej ako 0,01 mm). Zmeny v dynamickej
rýchlosti, hustoty agregátov a nanesených sedimentov môžu zmeniť hmotu agregátov
pohybujúcich sa v určitom režime. Saltácia a gúľanie po povrchu sú simulované ako
jeden transportný mód, pretože majú limitovanú kapacitu transportu, ktorá závisí najmä
na dynamickej rýchlosti a povrchovej drsnosti. Určitý podiel suspendovaných častíc je
simulovaný ako PM10 (rozptýlené čiastočky menšie ako 10 mikrometrov), ktoré
predstavujú veľké zdravotné riziko.
Obrázok 39 [Procesy simulované submodelom veternej erózie na holom povrchu v jednotlivých
rastrových bunkách. (USDA-ARS, 2008)]
Erózny submodel simuluje viacnásobné fyzikálne procesy erózie v jednotlivých
rastrových bunkách (obr. 39). Zdroje erodujúcej pôdy sú častice kyprej pôdy
a obrúsených agregátov tvoriacich sa v procesoch gúľania po povrchu a saltácie na báze
procesov a pôdnych charakteristík. Pôdne častice menšie ako 10 µmetrov (PM-10) sa
78
považujú za zložky suspenzie. Procesy zachytávania častíc v povrchových depresiách,
intercepcia rastlín (stonkami alebo listami) a lámanie pôdnych častíc v procese saltácie
alebo gúľania po povrchu a agregátov do veľkosti častíc pohybujúcich sa v móde
suspenzie patria k trom procesom ochudobňujúcim množstvo pôdnych častíc
pohybujúcich sa v procese saltácie a gúľania po povrchu.
Obrázok 40 [Priebeh rozptylu pôdnych častíc v smere prúdenia vzduchu (SWEEP, 2008)]
Typický priebeh rozptylu pôdnych častíc v smere prúdenia vzduchu vyjadruje
krivka medzi krivkou suspendovaných častíc a častíc saltujúcich/gúľajúcich sa po
povrchu pôdy (obr. 40). Zložky suspenzie v smere vetra po dĺžke pôdneho celku
narastajú napriek tomu, že častice gúľajúce sa po povrchu dosiahli transportnú kapacitu,
pretože zdroje častíc o veľkosti suspenzie sa nachádzajú pozdĺž celého pôdneho celku.
Medzi tieto zdroje patria emisie z kyprej pôdy, obrúsené a odlomené častice
z agregátov. Transportná kapacita suspendovaných častíc je oveľa väčšia ako častíc
pohybujúcich sa gúľaním po povrchu alebo saltáciou. Vertikálny rozmer transportnej
kapacity suspendovaných častíc je niekoľko kilometrov, zatiaľ čo vertikálny limit
saltujúcich častíc je približne jeden meter.
Výstupy erózneho modelu
Erózny model kalkuluje celkovú stratu suspendovaných častíc a stratu PM-10
v každej rastrovej bunke na pôdnom celku. Dáta v rastrovej bunke sú sumarizované
v ostatných častiach WEPS a hlásia užívateľovi priemerné hodnoty na pôdnom celku
počas zvoleného obdobia. Tieto neskoršie výstupy sú užitočné na hodnotenie dopadov
mimo miesta vzniku v akomkoľvek smere pre erodovaný pôdny celok.
79
3.8 Rovnica veternej erózie (ArcView GIS 3.2, ArcGIS 9.3)
Pôvodná rovnica veternej erózie WEQ (rovnica 4) je v súčasnosti stále
používanou metódou na výpočet veternej erózie. Jej výpočet pomocou rovníc poskytuje
veľmi všeobecný údaj o množstve erózneho odnosu pôdy vetrom z riešeného územia.
Nerieši lokálne problémy vyskytujúce sa na určitých kritických pôdnych celkov,
nezahŕňa vplyv a dosah vetrolamov prítomných na území, identifikuje jednotlivé
faktory ako priemerné hodnoty pre celé riešené územie. Pokúsili sme sa preto
o modelovanie tejto rovnice v programe ESRI. Zostrojením máp pre jednotlivé faktory
vstupujúce do rovnice veternej erózie a spresnením niektorých parametrov podľa WEPS
tech (1996) sme chceli poukázať na možnosti modelovania veternej erózie aj pomocou
základnej rovnice WEQ, ktorá je v porovnaní s pokrokovými modelmi veľmi
jednoduchým, no stále účinným modelom a môže taktiež poskytovať detailnejšie
výstupy a informácie o pôdnych stratách na riešenom území.
3.8.1 Klimatický faktor „C“
Na určenie priemernej ročnej straty pôdy pre rôzne klimatické podmienky bol
navrhnutý klimatický faktor (Chepil, Siddoway, Armbrust, 1962). Je to index veternej
erózie ako vplyvu vlhkosti na povrchu pôdnych častíc a priemernej rýchlosti vetra.
Klimatický faktor bol vyjadrený ako
C=386 × u3
(PE)2 (5)
kde
u - priemerná rýchlosť vetra za rok vo výške 9.1 m
PE - Thornthwaite index
hodnota 386 je indexom faktora pre podmienky v Garden City, Kansase (keďže
neexistuje hodnota zistená pre podmienky Slovenska, pre naše výpočty sme použili túto
hodnotu)
Thornthwaite vyvinul klimatický index na vyhodnotenie efektívnosti zrážok
PE index=3.16 ×∑i=1
12
¿¿ (6)
kde
P - priemerný mesačný úhrn zrážok (mm)
80
T - priemerná mesačná teplota v (°C)
Priemerná rýchlosť vetra v jednotlivých mesiacoch
Janu
ár
Februá
r
Marec Aprí
lMáj Jú
n Júl
Augus
t
Septem
ber
Októbe
r
Novem
ber
Decem
ber
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
Rýchlosť vetra pre jednotlivé mesiace (1982-2007)
Obrázok 41 [Priemerná rýchlosť vetra pre jednotlivé mesiace za roky 1982-2007, (SHMÚ, 20087)]
V celej práci spracúvame časové obdobie 26 rokov, preto aj hodnota C faktora je
vypočítaná pre to isté časové obdobie pre ľahšie následné porovnávania. Aj keď je
hodnota C faktora pre takéto obdobie diskutabilná, pretože pri veternej rýchlosti sú pre
nás podstatné nárazové rýchlosti vetra ako aj rýchlosti vetra, ktoré sú kritické pre jav
veternej erózie a to hlavne v jarných a jesenných mesiacov. Preto vychádzať
z priemernej ročnej rýchlosti je podľa našich úvah nie celkom presné a dostatočné. Pri
charakteristike veterných pomerov je taktiež nutné definovať smer vetra ako aj vplyv
redukcie rýchlosti vetra vplyvom rôznych bariér prítomných v území, čím sa spresní
hodnota priemernej rýchlosti vetra, ktorá by mala pôvodne vstupovať do výpočtov
pôdnych strát. Podľa Woodruff a Siddoway (1965), ktoré sú prepracované v knihe
„Wind erosion and control practices“ (ďalej „CP“) a podľa technickej správy programu
WEPS, rýchlosť vetra je taktiež funkciou nechránenej dĺžky (definovaná dvomi
stabilnými plochami). Priemerná rýchlosť vetra bola preto upravená ďalej popísaným
spôsobom (3.8.1.1)
3.8.1.1 Výpočet dynamickej rýchlosti
Dynamická nazývaná aj ako frikčná rýchlosť je aerodynamická veličina, ktorá sa
používa pri štúdiách prúdenia nad drsným povrchom. Dynamická rýchlosť narastá so
zväčšujúcim sa parametrom dynamickej drsnosti povrchu alebo porastu.
81
V programe WEPS je dynamická rýchlosť modelovaná v dvoch krokoch (Hagen, 1995).
V prvom kroku, dynamická rýchlosť na meteorologickej stanici (DUMS) sa vypočíta
pomocou logaritmickej rovnice 7. V druhom kroku sa dynamická rýchlosť na pôdnom
celku DUR vypočíta z Lettauovej rovnice 8 (Lanofsky a Dutton, 1984). Potom sa
nasimuluje ochranný účinok každej bariéry. Tento postup bol použitý aj pre
modelovanie rýchlosti pre C faktor v prostredí GIS pre následné ľahšie porovnanie
dosiahnutých výsledkov.
Pre každú bariéru sme podľa jej výšky, šírky a priepustnosti vypočítali
charakteristiky v celej oblasti. Pre každý bod (bunku v gride vo vrstve rastra), bola
dynamická rýchlosť vynásobená redukčným faktorom pre dosiahnutie konečnej
dynamickej rýchlosti (rovnica 10). Výstupný model obsahuje dve mapy. Prvá mapa
zobrazuje konečnú dynamickú rýchlosť a druhá mapa zobrazuje oblasti náchylné na
veternú eróziu.
Obrázok 42 [Schéma modelu GIS]
DU MS=
0,4∗U MS
ln( za
zz 0 ) (7)
kde
82
DUMS – dynamická rýchlosť na meteorologickej stanici (m/s)
UMS – rýchlosť vetra na meteorologickej stanici (m/s)
za – výška anemometra na meteorologickej stanici (mm)
zz0 – aerodynamická drsnosť na meteorologickej stanici (25 mm)
DU R=DU MS ×( z0R
z z 0)
0,067
(8)
DUR – dynamická rýchlosť v subregióne (m/s)
z0R – aerodynamická drsnosť v subregióne (mm)
Tabuľka 10 [Hodnoty parametra dynamickej drsnosti porastov z0 v období mesiaca máj (Novák,
1989)]
PlodinaHodnoty parametra
dynamickej drsnosti z0 (mm)
Obilniny ozimné 10
Obilniny jarné 20
Kukurica siata 18
Repa cukrová 20
Slnečnica ročná 18
Trávne miešanky 30
Sója fazuľová 20
Lucerna siata 100
Vodná plocha 0,05
Neporastená plocha 15,7
Vinice 100
Les 200
Zastavaná plocha 2500
Hodnoty parametra drsnosti pre pôdny povrch bez porastu boli určené podľa Saleh
(1997)
z0=0,0315 ×C rr+1,289 ×C rr2 +0,045 × K r
0,61 (9)
83
kde
Crr – náhodná drsnosť (m)
Kr - pravidelná drsnosť (m)
Hodnota Kr bola stanovená podľa Vránu (1977) pre orbu na 10,2 cm a hodnota
Crr podľa agronomického manuálu WEQ pre agronomický úkon orba na 4,83 cm.
Hodnota z0 pre pôdny povrch po orbe je 1,57 cm, čo sa približne rovná hodnote 2 cm
ktorú uvádza Novák (1989). Parameter dynamickej drsnosti z0 pre holý povrch po
agrotechnickom úkone sejba a pre orbu v prípade brázd rovnobežných so smerom
prevládajúceho vetra bol stanovená podľa Nováka (1989) na 0,3 cm.
Tabuľka 11 [Hodnoty parametra dynamickej drsnosti holého povrchu z0]
Pôdny povrch z0 (mm)
Pôda po orbe 15,7
Pôda po sejbe 3
Výsledná dynamická rýchlosť DUR je upravená redukčným faktorom
dynamickej rýchlosti FUMbr v akejkoľvek vzdialenosti od bariéry. Vo verzii WEPS
z roku 1999, je redukčný faktor definovaný podľa rovnice 9. Vplyv vetrolamov je
v prostredí GIS modelovaný podľa podmienok dynamickej rýchlosti, ktorá je funkciou
rýchlosti a smeru vetra, vzdialenosti od bariéry, výšky vetrolamu jeho priepustnosti,
šírky a orientácie. Profil rýchlosti vetra vzhľadom na prítomnú bariéru je zobrazený na
obr. 33. Oblasť chránená bariérou je úmerná výške vetrolamov a horizontálne
vzdialenosti sú zvyčajne vyjadrené vo vzťahu k výškovým jednotkám. Aby sme dosiahli
namodelovanie vplyvu vetra pred aj za bariérou, vytvorili sme mapu nechránených
dĺžok v severozápadnom (proti smeru vetra) a juhozápadnom smere (v smere vetra)
a vypočítali sme redukciu dynamickej rýchlosti pre oba smery, ktoré sme navzájom
vynásobili čím nám vznikla mapa dynamickej rýchlosti vetra v subregióne s vplyvom
bariér.
Ďalším parametrom ovplyvňujúcim rýchlosť vetra je drsnosť pôdneho povrchu z0,
ktorého hodnoty pre jednotlivé povrchy sú uvedené v tabuľke 10.
84
Obrázok 43 [Profil rýchlosti vetra vzhľadom na prítomnú bariéru (WEPS Tech, 1996)]
FUM br=1−exp [−0,0486∗|xp|1,2 ]+0,671∗exp [−0,000165∗( xp+5 )4,66 ] (9)
kde
XP - vzdialenosť od bariéry paralelná so smerom vetra vzhľadom na výšku bariéry (m)
FUMbr - redukcia dynamickej rýchlosti stredne priepustnej bariéry
Vypočítaná dynamická rýchlosť DUR sa vynásobí redukčným faktorom FUMbr na
získanie konečnej dynamickej rýchlosti DURF
DU FR=FUMbr × DU R (10)
Pri modelovaní veternej erózie podľa Skidmore (1986) bol dosah bariéry
definovaný ako násobok jeho výšky (v prípade zastavaných plôch sme počítali
s hodnotou 150 m a v prípade vegetačných bariér 80 m – FUM80,150 ). Skidmore definuje
túto vzdialenosť ako plochu s nulovou eróziou, teda pri modelovaní sa erózia počítala za
touto hranicou.
DU FR=FUM80,150 × DU R (11)
Hnacou premennou pre transport pôdnych častíc je dynamická rýchlosť DVR (m/s),
ktorá je vo vzťahu s rýchlosťou vetra V(z) (m/s) vo výške z (m) v logaritmickej rovnici
(Panofsky a Dutton, 1984). Podľa upravenej dynamickej rýchlosti (FUMbr * DVR) sme
vypočítali požadovanú rýchlosť vo výške 9,1 m, ktorá
85
zahŕňa vplyv bariér ako aj aerodynamickú drsnosť pôdneho povrchu, čím sme dosiahli
variabilitu C faktora pre jednotlivé plochy.
U ( z )=DU R
k× ln( z−d
z0R )
(12)
U(z) – rýchlosť vetra v akejkoľvek výške (m/s)
K – von KARMAN konštanta = 0,4
z – výška, v ktorej sa rýchlosť počíta
(Zdroj: WEPS tech., 1996)
Efektívna výška porastu
Pri výpočte dynamickej rýchlosti vetra je potrebné poznať efektívnu výšku porastu d,
ktorú možno približne určiť zo vzťahu
d=23
zr (13)
kde
d – efektívna výška porastu (m)
zr – výška porastu (m) (tab. 12)
Pre povrchy tvorené vodnou hladinou, neporastenou pôdou a nízkym porastom (zr<10
cm) možno uvažovať d = 0.
Tabuľka 12 [Výška jednotlivých plodín v jarnom období (máj)]
Plodina Výška (mm)
Pšenica letná f. ozimná 860
Slnečnica ročná 170
Jačmeň jarný 200
Jačmeň ozimný 720
Lucena siata (1. rok) 160
Repa cukrová 160
Kukurica siata 150
86
Plodina Výška (mm)
Sója fazuľová 100
Trávne miešanky 160
Tabuľka 13 [Vstupné dáta – úhrn zrážok (mm), teplota (°C), pre výpočet klimatického faktora C]
Mesiac
ÚZ
(mm) T (°C)
Január 64.06 -1,163
Február 62.52 0,415
Marec 72.12 4,824
Apríl 78.82 10,662
Máj 97.36 15,790
Jún 93.04 18,431
Mesiac
ÚZ
(mm) T (°C)
Júl 97.86 20,672
August 105.41 20,223
September 88.52 15,506
Október 81.00 10,303
November 82.82 4,5316
December 76.11 0,2156
V programe ArcView boli spracované dáta vstupujúce do klimatického faktora C, kde
boli následné vytvorené mapy C faktora pre roky 2004 a 2005, v prílohe mapy 6 a 7 pre
metodiku „CP (1993) a 8, 9 podľa metodiky Skidmore (1986).
3.8.2 Faktor erodovateľnosti pôd „I“
Je faktor erodibility, vyjadrený ako potenciálna priemerná ročná strata pôdy v
t.ha-1, ktorá by sa na danom mieste vyskytla, ak by bola daná oblasť
Izolovaná – absencia prichádzajúcej
saltácie
Rovinatá, bez rôznych výčnelkov
Hladká – bez efektu drsnosti
Nechránená – bez prítomnosti bariér
Na miestach kde sa C faktor rovná 100
Holá – bez vegetačného krytu
Kyprá
I faktor závisí od percentuálneho obsahu pôdnych častíc väčších ako 0,84 mm.
I faktor bol zadefinovaný Chepilom (1960) porovnávaním vypočítaných hodnôt
relatívnej erodibility so skutočne nameranými hodnotami straty pôdy v podmienkach
Garden City v Kansase. Podľa percentuálneho zastúpenia častíc väčších ako 84 mm je
možné určiť hodnotu I faktora podľa tabuľky 14.
87
Tabuľka 14 [Faktor erodovateľnosti I (Woodruff, Siddoway, 1965)]
Obsah
neerodo-
vateľných
častíc v %
Faktor erodovateľnosti pôdy I (t/ha/rok)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 - 694.9 560.4 493.4 437.1 403.5 381.1 358.1 358.7 336.2
10 300.4 293.7 286.9 280.2 271.2 262.3 253.3 2443 237.6 237.6
20 219.7 213 206.2 201.7 197.3 192.8 186.1 181.6 177.1 170.4
30 165.9 161.4 159.2 154.7 150.2 145.7 141.2 139 134.5 130
40 125.5 121 116.6 114.3 112.1 107.6 105.4 100.9 96.4 91.1
50 85.2 80.7 74 69.5 65 60.5 26 53.8 54.6 49.3
60 47.1 44.8 42.6 40.3 38.1 35.9 34.9 33.6 31.4 29.1
70 26.9 24.7 22.4 17.9 15.7 13.4 9 6.7 5.7 4.5
80 4.2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Tabuľka 15 [Hodnoty I faktora v závislosti od pôdneho druhu (WEQ, Handbook, 2002)]
Popis pôdneho druhu
Pôdny druh podľa
kategorizácie na
Slovensku
I faktorI faktor pri
závlahe
veľmi jemný piesok, jemný piesok alebo
hrubozrnný piesokpiesočnatá pôda 544 544
veľmi jemný hlinitý piesok, jemný hlinitý
piesok, hlinitý piesok, hrubozrnný hlinitý
piesok
hlinitopiesočnatá pôda 331 257
veľmi jemná piesočnatá hlina, jemná
piesočnatá hlina, piesočnatá hlina, hrubozrnná
piesočnatá hlina
piesočnatohlinitá pôda 213 139
88
Podľa údajov získaných z VÚPOP sme si zostrojili súčtové čiary zrnitosti pre každú
sondu v riešenom území a odhadli sme tak hodnotu obsahu zŕn (%) neerodovateľných
častíc, podľa ktorej sme z tabuľky 14 určili hodnotu I faktora v jednotlivých sondách.
Následnou interpoláciou sme vytvorili mapu I faktora pre celé riešené územie (mapa 10
v prílohe).
0.001 0.01 0.1 1 100
102030405060708090
100
Súčtová čiara sondy č. 3987
Súčtová čiara sondy č. 3987
priemer zŕn (mm)
obsa
h zŕ
n (%
)
Obrázok 44 [Súčtová čiara (VÚPOP, 1965)]
Druhý spôsob určenia I faktora (tabuľka 15) podľa druhu pôdy je veľmi nepresný,
keďže hodnoty I faktora v jednotlivých kategóriách majú veľké rozpätie.
3.8.3 Faktor drsnosti pôdy „K“
Faktor drsnosti je vyjadrením vplyvu hrebeňov a brázd vzniknutých pri orbe
a úkonoch sadenia na intenzitu erózie. V prevažnej časti výpočtov sa tento faktor
neberie do úvahy, teda vyjadrí sa hodnotou 1. Vrána (1977) vo svojej práci použil
hodnotu „ekvivalentnej drsnosti vĺn mikroreliéfu K´”, ktorá sa menila podľa stavu
povrchu pôdneho celku. Model rovnice veternej erózie Wind Erosion Equation
vyjadroval hodnotu K faktora podľa spôsobu agrotechnického obrábania pôdy a podľa
faktora erodibility I pre vybrané územie. Hrebene zachytávajú a znižujú veternú energiu
a zachytávajú pôdne častice. Prílišná drsnosť však spôsobuje turbulencie, ktoré môžu
spôsobovať zrýchľovanie pohybu častíc. Drsnosť pôdneho povrchu sa rozdeľuje na
pravidelnú (ridge alebo oriented) a na náhodnú (random). Pravidelná drsnosť sa dá
vypočítať pomocou nameraných dát (výška a vzdialenosť brázd, hrebeňov). Woodruff
a Siddoway (1965) uvádzajú vzťah na výpočet drsnosti hrebeňov
Kr=h2
s(mm) (14)
89
Obsah zŕn > 0,84 mm
podľa „CP“ (1993)
Kr=0,16 × h2
s(mm) (15)
(WERU, 1997)
K r=4× h2
s(inch) (16)
kde
Kr - drsnosť brázd v mm
h - výška brázdy v mm
s - vzdialenosť medzi brázdami v mm (v zásade platí, že h:4s)
Vzhľadom na nejasnosti pri tomto výpočte a odlišností rovníc pre výpočet
rovnakého parametra sme použili hodnotu drsnosti brázd podľa Vránu (1977) pre
čerstvo zorané pole s hrudkovitým a mierne drsným povrchom – 10,2 cm.
Z drsnosti brázd Kr sa faktor drsnosti vypočíta podľa závislosti určenej vzťahom
(Woodruff, Siddoway, 1965)
0 3 6 9 12 15 18 21 240.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Krivka závislosti pravidelnej drsnosti od faktora drsnosti
Drsnosť brázd "Kr" (cm)
Fakt
or d
rsno
sti K
Obrázok 45 [Krivka závislosti pravidelnej
drsnosti od faktora drsnosti (Woodruff,
Siddoway, 1965)]
K=0.34+ 12(K r+18)
+6.2 ×10−6× K r2
(17)
Jednou z možností ako určiť hodnoty nepravidelnej drsnosti je porovnanie obrázkov
(Allmaras, 1966) so skutočným stavom v sledovanej oblasti. Nepravidelná drsnosť je
definovaná ako štandardná odchýlka výšky drsnosti v mm.
90
10 mm 22 mm 10 m
19 mm 17 mm 6 mm
10 mm 19 mm
Obrázok 46 [Ukážky zistenej náhodnej drsnosti v sledovanom území porovnané s Allmaras 1966
(rozsah je definovaný na rozmer 1x1 m), (Grešová, 2009)]
Hodnoty nepravidelnej drsnosti boli určené podľa príručky RUSLE pre orbu na 4,83 cm
a pre sejbu a pre orbu s brázdami paralelnými so smerom prevládajúceho vetra na 1,02
cm. Následne boli z grafu odvodené hodnoty K faktora pre nepravidelnú drsnosť.
91
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
0.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1
Vyjadrenie závislosti K faktora od nepravidelnej drsnosti v závislosti od faktora I
I < 138I = 213I = 257I = 331
Nepravidelná drsnosť (cm)
K fa
ktor
Obrázok 47 [Vyjadrenie závislosti K faktora od nepravidelnej drsnosti v závislosti od faktora I
(WERU, 1997)]
Saleh (1993) vyvinul metódu na meranie drsnosti pôdneho povrchu využitím
rolovacej reťaze. Táto metóda je založená na princípe reťaze s určitou dĺžkou (L1),
ktorá je položená na povrchu, horizontálna vzdialenosť medzi koncami reťaze (L2)
klesá a narastajúcou drsnosťou. Drsnosť povrchu pôdy (Cr) sa následne vypočíta
pomerom L2/L1
C r=(1− L2L1 )× 100 (18)
Vzťah na výpočet drsnosti pôdy prí súčasnom pôsobení pravidelnej a náhodnej drsnosti
je vyjadrený rovnicou
K ´=exp (1,88 × K r−2,44 × K r0,934−0,124 ×C r) R2 = 0,984 (19)
Predovový vzťah medzi Saleh (1993) náhodnou drsnosťou a náhodnou drsnosťou podľa
RUSLE vyjadrujú vzťahy 20-22.
RR=A × CrB (20)
A=1−exp ¿ (21)
B=1/ {1−exp [−2,95 ×10−3 ( zr áž ky+321 ) ] } (22)
Podľa sprievodcu pre rovnicu veternej erózie (1997) hodnota nepravidelnej drsnosti RR
pre orbu je 48,3 mm.
92
Obrázok 48 [Ukážka spôsobu merania pomocou rolovacej reťaze (Grešová, 2010)]
Mnoho autorov pri výpočte veternej erózie pomocou rovnice WEQ definuje
hodnotu K faktora ako 1, teda zanedbávajú vplyv drsnosti pôdneho povrchu na odnosy
pôdy vetrom resp. rátajú s najhorším prípadom. Určiť priemernú ročnú hodnotu drsnosti
pôdneho povrchu, ktorý je pravidelne obrábaný a využívaný poľnohospodármi je
prakticky nemožné. Drsnosť pôdneho povrchu sa mení nielen vplyvom rôznych
agrotechnických úkonoch, ale aj vplyvom dažďa, tvorby kaluží, povrchového odtoku či
rozmŕzania pôdy. Preto sme zvolili výpočet drsnosti pre obdobie keď sú prejavy erózie
najzreteľnejšie a to v jarných a jesenných obdobiach, pre ktoré sú charakteristické
agrotechnické úkony orba a sejba.
3.8.4 Faktor nechránenej dĺžky „L“
Faktor dĺžky pôdneho celku vyjadruje dĺžku nechránenej jeho časti v smere
prevládajúceho smeru vetra a určí sa podľa
L= lw
l [cos ( π2
+α−ϕ )]+w ¿¿
(23)
93
kde
l a w - dĺžka a šírka pôdneho celku
α - smer vetra v smere hodinových ručičiek od severu v radiánoch
ϕ - uhol medzi dĺžkou pôdneho celku a severom v radiánoch
Tento výpočet je aplikovateľný na výpočet nechránenej dĺžky jedného pôdneho celku
a nezahŕňa vplyv bariéry, ktorá môže byť vzdialená niekoľko desiatok až stoviek
metrov od daného pôdneho celku. Teda vzťah nevyjadruje skutočnú nechránenú
vzdialenosť v riešenom území, pretože nerešpektuje prítomné bariéry v území
znázornených v nasledujúcich schémach.
Faktor L môže byť vypočítaný pomocou vzorca (23) alebo určený priamo z mapy.
Nechránená dĺžka jednotlivých pôdnych celkov bola určená v prostredí GIS, ktoré
poskytuje presnejšie vyjadrenie dĺžky L na celej ploche riešeného územia. Z mapy SKŠ
boli definované bariéry prítomné v území. V prostredí programu ArcView sme vytvorili
94
mapu nechránených dĺžok (definovanú dvomi stabilnými plochami prípadne bariérami)
rešpektujúc prevládajúci smer vetra. Podľa veterných ružíc poskytnutých SHMÚ,
Bratislava, 2009 je prevládajúci smer v danom území pri erozívne významných vetroch
severozápadný a z menej výraznej časti východný, z čoho vychádzame pri analýze
veterných pomerov v prostredí GIS.
Prevládajúci smer vetra
3.8.5 Vegetačný faktor „V“
Účinnosť vegetačného faktora je v rovnici veternej erózie vyjadrený ako
množstvo, druh a orientácia vegetačnej pokrývky na pôde. Vegetačný faktor je daný
množstvom vegetačného krytu a pozberových zvyškov vyjadrených v t/ha. Vzorky
vegetačného krytu sa buď očistia, vysušia a odvážia – zisťuje sa hmotnosť sušiny podľa
spracovaných tabuľkových hodnôt (Bedrna a kol., 1982). Vplyv rozmiestnenia
vegetácie (v riadkoch, brázdach) a jej rastovej fázy (výška, hustota) je tiež dôležitým jej
parametrom. Z vlastných výskumov Lyles a Allison (1980) odvodili vzťah
SGe=a× X b (24)
kde
SGe - „small – grain equivalent“ = V faktor pre „CP“ (kg/ha sušiny)
X - biomasa (kg/ha sušiny)
a,b - konštanty charakteristické pre jednotlivé plodiny
Hmotnosť sušiny nadzemnej časti jednotlivých plodín sme zistili vysušením
odobratých vzoriek v záujmovom území v sušičke pri teplote 105°C a ich odvážením.
Túto hodnotu sme vynásobili počtom plodín na 1 ha a konečnú hodnotu sme si zvolili
ako reprezentatívnu pre hmotnosť sušiny jednotlivých plodín pre jarné obdobie.
95
NNNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSES
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
0
20
40
Početnosť výskytu smerov vetra v [‰]v intervale 6 - 8 m/s
NNNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSES
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
0
20
40
Početnosť výskytu smerov vetra v [‰]v intervale > 8 m/s
NNNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSES
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
0
20
40
Početnosť výskytu smerov vetra v [‰]v intervale 4 - 6 m/s
Tabuľka 16 [Hmotnosť sušiny pre jednotlivé plodiny (Skidmore, 1986)]
Plodina a b X (kg/ha)KS 0,229 1,135 27,6
PO 4,306 0,97 10500
JJ 4,306 0,97 800
KZ 0,229 1,135 27,6
CR 0,15 0,15 114,8
LC 0,6 1,39 360
JM 0,19 1,18 360
SF 0,86 0,86 75
SR 0,021 1,342 28
JO 4,306 0,97 4160
Hodnota SGe vstupuje ako hodnota faktora V do výpočtov podľa „CP“ (1993).
Pre výpočet podľa Skidmore (1986) je vzťah medzi vegetačným faktorom a SGe je
podľa Williams (1984) definovaný ako
V=0,2533× SGe1,363 (25)
a následne V faktor vstupuje do rovníc pre výpočet dvoch vegetačných konštánt
Ψ 1=exp (−0,759× V )−( 4,74 ×10−2× V 2 )+(2,95 ×10−4 ×V 3) (26)
Ψ 2=(1+(8,93 ×10−2× V )+(8,51 ×10−3 ×V 2 )−(1,5 ×10−5×V 3 )) (27)
Tabuľka 17 [Hodnoty V faktora pre jednotlivé plodiny]
PlodinaSGe = V (t/ha) [„CP“, 1993]
V = 0,2533* SGe 1,363(t/ha)[Skidmore, 1986]
KS 9,89 0,0004
PL f.o. 34247,40 31,28
JJ 2818,84 1,04
KZ 9,89 0,0004
CR 0,30 4,10* 106
LC 2144,92 0,71
JM 197,32 0,02
SF 35,24 0,002
96
PlodinaSGe = V (t/ha) [„CP“, 1993]
V = 0,2533* SGe 1,363(t/ha)[Skidmore, 1986]
SR 1,83 4,73*105
JO 13950,65 9,19
Podľa osevných postupov z rokov 2005-2008 sme v každom roku vypočítali hodnoty
V faktora pre jednotlivé plodiny pestované v danom roku. Z týchto hodnôt sme
následne zostrojili mapy V faktora pre roky 2005-2008 (mapa 11 a 12 v prílohe).
3.8.6 Výpočet veternej erózie podľa „CP“
Z máp erodovateľnosti pôd I, drsnosti pôdneho povrchu Ko,kol, Ko,par a Ks,
klimatického faktora C, mapy nechránených dĺžok L a mapy vegetačného faktora V boli
zostrojené gridy v prostredí programu ArcView. Pomocou mapového kalkulátora boli
zostrojené mapy eróznych odnosoch pre I. variant (pôda bez vegetačného krytu
a brázdami kolmými vzhľadom na smer vetra), II. variant (pôda bez vegetačného krytu
a brázdami paralelnými vzhľadom na smer vetra) a variant plodina (pôda pokrytá
plodinami podľa jednotlivých osevných postupoch v rokoch 2005-2008) podľa vzťahu
28.
E=0,0015 ×2,718(−SGe /4500 ) × ( I 1,87 × K2 × (C /100 )1,3)× L0,3 (28)
Výsledkom výpočtov sú finálne mapy veternej erózie pre roky 2005-2008 pre tri
varianty riešenia (I. variant – kolmé brázdy vzhľadom na smer prevládajúceho vetra, II.
variant – paralelné brázdy vzhľadom na smer prevládajúceho vetra, variant plodina)
(mapy 13-24 v prílohe). Zohľadnenie rozdielnych rýchlosti vetra vplyvom bariér
i aerodynamickej drsnosti ako aj nechránenej dĺžky ohraničenú stabilnými plochami sa
prejavilo v celkovom výsledku veternej erózie ako postupným narastaním pôdnych strát
vetrom vzhľadom na nechránenú dĺžku v území ako aj vplyvom vetrolamov (zníženie
odnosov pred a za vetrolamom)
97
3.8.7 Výpočet veternej erózie podľa Skidmore (1986)
Podľa Skidmore (1986) existuje niekoľko spôsobov umožňujúcich výpočet
veternej erózie, ktorý si však vyžaduje špecifickú kombináciu niekoľkých faktorov.
Pomocou GIS sme aplikovali postupnosť výpočtu podľa Williams a kol. 1984. Tento
postup pozostáva z viacerých krokov výpočtov.
1. E 2=I × K (29)
2. E 3=I × K ×C (30)
3. E 4=¿ (31)
4. WF=E 2 ׿ (32)
5. L0=E 2 ׿ (33)
6. E 5=Ψ 1× E 4Ψ 2 (34)
kde
I – faktor erodovateľnosti pôd (t/ha/rok)
K – faktor drsnosti pôdy
C – klimatický faktor
WF – faktor dĺžky pôdneho celku ( vyjadruje vplyv dĺžky pôdneho celku na eróziu)
L0 – maximálna dĺžka pôdneho celku ovplyvňujúca odnosy pôdy vetrom
Ψ1 a Ψ2 – funkcie vegetačného faktora
E5 – je strata pôdy (t/ha/rok)
Hodnota E4 (variant I, variant II) predstavuje pôdnu stratu vetrom v jesennom
období, keď sme uvažovali so situáciou, keď je pôdny povrch bez vegetačného krytu po
agrotechnickom úkone orba, v prípade pestovania ozimných plodín sme uvažovali s
agrotechnickým úkonom sejba. Výstupom sú mapy v prílohe (27-38) roky 2005-2008,
pre potenciálnu stratu pôdy (E4 – dva varianty), resp. pre reálnu stratu pôdy E5.
98
4 Výsledky
Počítačový model spracováva množstvo informácií a logické dôsledky
predpokladov. Aby však platnosť zostaveného počítačového modelu nebola len otázkou
viery užívateľa, musí byť dostatočne zdokumentovaný, jednoduchý, nie zložitý ako
modelovaný systém a musí mať jasný účel. Kvalita modelu je závislá na kvalite
vstupných informácií a musí zjednodušiť realitu do pochopiteľnej formy.
WEPS je pôvodne navrhnutý na využitie v rôznorodých amerických
podmienkach, ale jednoducho sa dá využiť aj v iných častiach sveta. WEPS dovoľuje
užívateľovi vložiť vlastné dáta alebo použiť predtým pripravené databázové súbory.
Základom pre spustenie programu je vytvorenie piatich databáz (bariéry, pôda,
hospodárenie, plodiny a ich rozklad a klíma), potrebných pre vstup do erózneho
modelu. Užívateľské rozhranie dovoľuje vložiť údaje o počiatočnom stave simulovanej
oblasti (rozmery pôdneho celku, jeho orientácia, bariéry, lokalizácia, hospodárenie
a štruktúra pôdy). Po vytvorení potrebných databáz a zadaní vstupov do modelu
veternej erózie program WEPS 1.0 pomocou siedmych submodelov (hydrológia,
hospodárenie, pôda, plodiny, rozklad zvyškov, erózia) poskytne detailné výstupy
vrátane pôdnej straty v troch módoch: saltácia, suspenzia a čiastočiek PM 10. SWEEP
je počítačový model, ktorý simuluje veternú eróziu v priebehu jedného dňa
v hodinových, prípadne subhodinových intervaloch (30 min,15 min). Model pozostáva
z erózneho submodelu WEPS spojeného s jednoduchým grafickým prepojením
s užívateľom. (USDA-ARS, 2008). Geografický informačný systém je na počítačoch
založený informačný systém pre ukladanie, analýzu, vizualizáciu dát, ktoré majú
priestorový vzťah k povrchu Zeme. Geodata, s ktorými GIS pracuje sú definované
svojou geometriou, topológiou, atribútmi a dynamikou. Takto vytvorený model je
možné využiť aj pri výpočtoch pôdnych strát vetrom za určité obdobie v danej oblasti.
Monitoring a modelovanie veternej erózie je zložitou úlohou kvôli množstvu
fyzikálne komplexných parametrov ovplyvňujúcich proces veternej erózie, priestorovej
variabilite erózie ako aj dočasným procesom v krajine. Pomocou spomínaných troch
modelových systémov sme sa snažili zohľadniť všetky možné parametre ovplyvňujúce
veternú eróziu a porovnať vhodnosť využívania takýchto modelov na území Slovenska.
99
4.1 WEPS 1.0
Súčasná verzia MAIN vyžaduje nasledovné súbory pre simuláciu WEPS: a)
súbor, ktorý popisuje tvar pôdneho celku a bariéry, dĺžku simulovanej udalosti,
umiestnenie ďalších vstupných súborov a typ výstupov, b) súbor so začiatočnými
pôdnymi podmienkami, ktorý popisuje pôdne podmienky na začiatku každej simulácie,
c) súbor o obrábaní pôdy/hospodárenie na pôde, ktorý popisuje systém hospodárenia
a d) dva klimatické súbory vo formáte CLIGEN a WINDGEN, ktorý poskytuje
klimatické dáta na dennej báze.
Hlavný program začína zmenou na lokálnych miestach a potom dá signál
podprogramu, ktorý číta súbor simulácie a počiatočné pôdne podmienky. Simulácia je
potom hotová ako denný cyklus, ktorý kontroluje výpočty pre daný deň. Model je
schopný previesť akúkoľvek dĺžku simulácie na báze denného kroku, ale WEPS
uskutočňuje simuláciu pre jeden rotačný cyklus na spustenie pôdnych podmienok pred
tým ako je simulácia veternej erózie vykonaná. Pre každý simulovaný deň, je denné
počasie čítané z CLIGEN a WINDGEN dátových súborov. Ak sú všetky submodely
ukončené, súhrnné informácie môžu byť zostavené pre výstup. Po aktualizovaní
pôdnych podmienok, ak maximálna rýchlosť vetra pre daný deň prekročí minimálnu
hodnotu (napr. 8 m/s), sa na určenie prahových podmienok spustí ERÓZNY
(EROSION) submodel, ktorý vypočíta pôdnu eróziu. Nakoniec HLAVNÝ (MAIN)
program vyzve subprogramy, aby definovali pôdne podmienky a pôdne straty pre
obdobie rotácie. WEPS vyžaduje vstupy smeru a rýchlosti vetra na simuláciu procesov
pôdnej erózie vetrom ako aj iné charakteristiky ako zrážky, teplotu a solárnu radiáciu,
ktoré sú potrebné na vytvorenie dočasných zmien v hydrológii, erodibilite pôdy, rastu
plodín a rozkladu rastlinných zvyškov vo WEPS.
4.1.1 Klimatické dáta
Cligen je stochastický generátor počasia, ktorý počíta denné dáta pre zrážky,
teplotu rosný bod, vietor a solárnu radiáciu pre jeden geografický bod, využitím
mesačných parametrov (priemerov, stredných odchýlok, šikmosti atď.) odvodených z
historických meraní. Cligen bol vytvorený Arlinom Mickom a Genemom Ganderom v
USDA Poľnohospodárskom výskumnom stredisku (ARS) v Durante, Oklahome. Cligen
(GenStPAr & FindMatch) beží v prostredí Windows z okna DOS. Prípona súboru
100
CLIGEN je „*.cli“ (napr. Nitra_Janikovce.cli). Generátor počasia CLIGEN bol
vyvinutý na využitie v Programe na predikciu vodnej erózie (WEPP) (Flanagan, et al,
2001) a využíva sa v programe WEPS na simuláciu ďalších parametrov počasia.
Vstupný súbor vytvorený v prostredí CLIGEN zahŕňa zrážky (mm), trvanie (hod) ako aj
maximálnu a minimálnu teplota vzduchu (°C), solárnu radiáciu (ly/den) a teplotu
rosného bodu (°C). Tento súbor taktiež obsahuje historické mesačné priemery pre Tmax
a Tmin, ktoré sú programom WEPS vyžadované.
CliGen: Teplota, Zrážky, Radiácia, Rosný bod, Rýchlosť a Smer vetra
Tabuľka 18 [Ukážka výstupu súboru „*.cli“]
5.225640 1 0 0 Station: Velke Janikovce SVK CLIGEN VERSION 5.22564 Latitude Longitude Elevation (m) Obs. Years Beginning year Years simulated 48.33 -17.67 131 15 1 30 Observed monthly ave max temperature (C) 1.9 3.8 10.4 15.7 21.1 24.7 27.2 26.4 22.2 15.9 7.3 3.5 Observed monthly ave min temperature (C) -3.6 -2.8 1.5 4.8 9.6 13.1 14.7 14.4 11.1 6.0 1.5 -1.2 Observed monthly ave solar radiation (Langleys/day) 117.0 187.0 280.0 313.0 460.0 521.0 530.0 466.0 318.0 250.0 125.0 100.0 Observed monthly ave precipitation (mm) 42.4 44.3 35.7 27.6 57.7 61.3 38.8 57.3 41.7 31.5 54.6 47.9
da mo year prcp dur tmax tmin rad w-vl w-dir tdew
(mm) (h) (°C) (°C) (l/d) (m/s) (Deg) (°C)
1 1 1 5,3 2,42 0,1 -4,3 51 5,8 307 -2,3
2 1 1 1,6 1,64 -3,9 -8,0 88 7,1 289 -6
3 1 1 13,9 0,86 -2,2 -7,6 137 2,6 143 -13,1
4 1 1 0,0 0 8,7 -8,7 110,0 6,4 311 -12,7
5 1 1 0,0 0 1,5 -2,3 84,0 5,9 272 -0,6
6 1 1 0,0 0 7,1 2,1 77,0 7,1 280 2,3
7 1 1 0,0 0 -2,0 -5,2 97,0 3,7 53 -4,2
8 1 1 0,0 0 6,3 0,7 140,0 2,5 190 -3,1
101
da mo year prcp dur tmax tmin rad w-vl w-dir tdew
(mm) (h) (°C) (°C) (l/d) (m/s) (Deg) (°C)
9 1 1 36,1 3,19 2,0 1,8 133,0 6,2 5 -0,7
10 1 1 1,1 1,91 3,9 -5,8 125,0 3,9 326 -1,1
WindGen: bol vyvinutý špeciálne na využitie v programe WEPS. Stochasticky
generuje smer vetra a hodinové rýchlosti vetra (van Donk et al, 2004). Prípona súboru
WINDGEN je „*.win“ (napr. SVK_JAN.win). Tento súbor obsahuje informácie
o rýchlosti vetra (m/s) a o smere vetra (v stupňoch v smere hodinových ručičiek od
severu) pre každý deň simulácie. Dáta pre veterné pomery boli získané zo Slovenského
hydrometeorologického ústavu v Bratislave pre stanicu Veľké Janíkovce pre roky 1982-
2007. Periodicita smerov vetra bola počítaná pre všetkých 16 smerov pre každý mesiac.
Rýchlosti vetra menšie ako 0,5 m/s boli považované za „calm“ (bezvetrie).
Tabuľka 19 [Ukážka výstupu súboru „*.win“]
# WIND_GEN4 Hourly values per day output
# station: 11855 Janikovce SVK. SVK SK
# lat: 48deg 19min N lon: 17deg 40min E
# period: 19820101-20071231 el: 131m
da
y
m
o
yea
r dir
hr
1
hr
2
hr
3
hr
4
hr
5
hr
6
hr
7
hr
8
hr
9
hr
10
hr
11
hr
12
hr
13
hr
14
deg
m/
s
m/
s
m/
s
m/
s
m/
s
m/
s
m/
s
m/
s
m/
s
m/
s
m/
s
m/
s
m/
s
m/
s
1 1 1
49.
0
0.
0
0.
0
0.
0
0.
0
0.
0
0.
0
0.
0
0.
0
1.
0
1.
0
1.
0 1.0
1.
0
1.
0
2 1 1
55.
0
3.
0
3.
0
3.
0
3.
0
3.
0
3.
0
3.
0
3.
0
5.
0
5.
0
5.
0 5.0
5.
0
5.
0
3 1 1 298
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
2.
0
2.
0
2.
0 2.0
2.
0
2.
0
4 1 1 330
2.
0
2.
0
2.
0
2.
0
2.
0
2.
0
2.
0
2.
0
1.
0
1.
0
1.
0 1.0
1.
0
1.
0
102
5 1 1 356
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
5.
0
5.
0
5.
0 5.0
5.
0
5.
0
6 1 1 282
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
5.
0
5.
0
5.
0 5.0
5.
0
5.
0
7 1 1 322
8.
0
8.
0
8.
0
8.
0
8.
0
8.
0
8.
0
8.
0
7.
0
7.
0
7.
0 7.0
7.
0
7.
0
8 1 1 326
7.
0
7.
0
7.
0
7.
0
7.
0
7.
0
7.
0
7.
0
5.
0
5.
0
5.
0 5.0
5.
0
5.
0
9 1 1 328
6.
0
6.
0
6.
0
6.
0
6.
0
6.
0
6.
0
6.
0
7.
0
7.
0
7.
0 7.0
7.
0
7.
0
10 1 1 25
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0
1.
0 1.0
1.
0
1.
0
11 1 1 348
3.
0
3.
0
3.
0
3.
0
3.
0
3.
0
3.
0
3.
0
6.
0
6.
0
6.
0 6.0
6.
0
6.
0
12 1 1
33.
0
0.
0
0.
0
0.
0
0.
0
0.
0
0.
0
0.
0
0.
0
6.
0
6.
0
6.
0 6.0
6.
0
6.
0
4.1.2 Submodel hydrológia
Submodel hydrológia v Systéme prognózy veternej erózie (WEPS) využíva vstupy
generované ostatnými submodelmi WEPS ako počasie, plodiny, pôdy, hospodárenie
a rozklad plodín na prognózu obsahu vody v rôznych vrstvách pôdneho profilu
a prepojenia pôdy a atmosféry počas období simulácií. Presná simulácia ostatných
WEPS submodelov vyžaduje predikciu denných zmien v profile pôdnej vody. Odhad
pôdnej vlhkosti v rozhraní medzi pôdou a atmosférou je dôležitý pretože má značný
vplyv na náchylnosť pôdy na veternú eróziu.
Submodel hydrológie programu WEPS počíta nepretržitú dennú odchýlku pôdnej vody
využitím vzorca
SWC=SWCI +( PRCP+DIRG )+SNOW −RUNOFF−ETA−DPRC
(35)
kde
SWC - množstvo vody v pôdnom profile v ktorýkoľvek deň
103
SWCI - počiatočné množstvo vody v pôdnom profile
PRCP - množstvo denných zrážok
DIRG - množstvo závlahy
SNOW - množstvo snehovej pokrývky mínus denný prírastok
RUNOFF - množstvo denného povrchového odtoku
ETA - množstvo dennej skutočnej evapotranspirácie
DPRC - množstvo denného hĺbkového priesaku
Množstvo denných zrážok (PRCP) je rozdelené medzi zrážky a sneženie na základe
priemerných denných teplôt. Ak je denná priemerná teplota 0°C alebo menej zrážky
nadobúdajú charakter sneženia, v opačnom prípade sa jedná o dážď.
Simulácia dynamiky pôdnej vody na dennej báze v hydrologickom submodeli zahŕňa tri
hlavné postupy.
1) Submodel rozdeľuje celkové množstvo vody dostupnej zo zrážok, závlahy
a/alebo topiaceho sa snehu do povrchového odtoku a infiltrácie. Submodel
uchováva denné množstvo vody dostupnej pre infiltráciu do pôdneho profilu.
2) Submodel určuje vplyv okolitých klimatických podmienok výpočtom
potenciálnej evaportanspirácie.
3) Submodel prerozdeľuje pôdnu vodu v pôdnom profile v hodinovom časovom
kroku, teda poskytuje hodinové časové výpočty obsahu vody v pôdnom profile.
Submodel počíta skutočné množstvo evaportanspirácie pomocou potenciálnej
hodnoty na základe dostupnosti pôdnej vody.
Hydrologický submodel počíta povrchový odtok a infiltráciu pre každú simuláciu pre
deň, v ktorom sa vyskytla zrážka/závlaha. Submodel počíta denné množstvo vody
dostupnej pre infiltráciu do pôdy odpočítaním množstva denného povrchového odtoku
z množstva zrážok, topiaceho sa snehu a/alebo závlahy. Infiltrovaná voda je zadržiavaná
v najvyššej simulovanej vrstve kým obsah vody nedosiahne poľnú vodnú kapacitu.
Akýkoľvek prebytok vody je potom prerozdeľovaný do nasledujúcich nižších pôdnych
vrstiev, kde zotrváva podľa rovnakých pravidiel. Akýkoľvek prebytok vody, ktorý
odteká z najnižšej simulovanej vrstvy sa stáva súčasťou hĺbkového priesaku.
Potenciálna evapotranspirácia je počítaná využitím upravenej verzie Peenmanovej
kombinačnej metódy (Van Bavel, 1966). Celkové množstvo potenciálnej
evapotranspirácie je potom prerozdelené na základe indexu listovej plochy na
104
potenciálnu pôdnu evaporáciu a potenciálnu rastlinnú transpiráciu. Submodel
hydrológie využíva zjednodušené metódy na redistribúciu pôdnej vody pomocou
jednodimenzionálnej Darcyho rovnice. Časový krok redistribúcie pôdnej vody je 1
hodina, čo umožňuje hodinový odhad pôdnej vlhkosti. Vzťah medzi hydraulickou
vodivosťou a obsahom vody sa rieši pomocou transportných rovníc pohybu vody
v pôdne. Submodel hydrológie počíta v hodinovom časovom kroku pôdnu vlhkosť
pôdy využitím kombinácie dvoch metód. Extrapoláciou sa v submodeli počíta obsah
vody v pôde v troch najvyšších vrstvách pôdneho profilu. Pomocou číselného riešenia
známeho ako Cramerovo pravidlo (Miller, 1982) sa vypočíta obsah extrapólovaného
obsahu vody v pôdnom povrchu vyriešením troch súbežných rovníc, ktoré popisujú
vzťah medzi obsahom vody a hĺbky pôdy pre tri najvyššie vrstvy pôdneho profilu.
Submodel taktiež extrapoluje funkčné vzťahy medzi vlhkosťou na pôdnom povrchu
a hodinovým evaporačným pomerom. (USDA, ARS, 2008)
4.1.3 Submodel hospodárenia
Cieľom WEPS je simulovať rôzne postupy hospodárenia v krajine vzhľadom na
veternú eróziu. Rôznorodosť súčasných postupov aplikovaných v poľnohospodárskej
krajine poľnohospodármi sťažuje túto úlohu. Program WEPS musí primerane simulovať
typické postupy na presné stanovenie ich vplyvov na kontrolu veternej erózie.
Submodel hospodárenia sa zaoberá týmito postupmi, ktoré ovplyvňujú pôdny povrch.
Všetky poľnohospodárske postupy, metódy a procesy spadajú do kategórie „človekom
riadené“. Takéto procesy, ktoré ovplyvňujú pôdnu štruktúru a pôdny povrch sú
iniciované typickými hospodárskymi postupmi ako orba, sadba, žatva, závlaha atď.
Preto účelom submodelu hospodárenia je vytvoriť prototyp, ktorý bude zahŕňať hlavné,
človekom - kontrolované činnosti v rámci WEPS, v určitom systéme definujúcom
dočasné pôdne a povrchové podmienky.
Ciele hospodárskeho submodelu sú:
1. Modelovať primárne človekom spustené procesy, ktoré môžu ovplyvňovať
náchylnosť oblastí na veternú eróziu
2. Poskytnúť potrebnú štruktúru priebehu všetkých človekom riadených procesov
(napr. typickými hospodárskymi postupmi ako orba, osevné postupy)
105
Pre zachovanie filozofie WEPS, submodel hospodárenia simuluje procesy
prostredníctvom fyzikálnych procesov, zahŕňajúc zachovanie teórie hmoty a energie
a využíva minimálne množstvo parametrov s dostupnými hodnotami.
Koncepciou submodelu hospodárenia je zaoberať sa rozmanitosťou hospodárskych
procesov na:
1. Identifikáciu primárnych fyzikálnych procesov
2. Znázornenie individuálnych hospodárskych operácií ako časť primárnych
fyzikálnych procesov
3. Vylepšenie súborov hospodárenia dovoľujúc užívateľovi vkladať vstupy
postupností hospodárskych operácií (hospodárske operácie, rotácia plodín,
poľnohospodárske úkony) užívateľom špecifikované.
Všetky operácie modelované v submodeli hospodárenia spadajú do nasledovných
hosporárskych kategórií
1. Primárna orba - orba vykonávaná na primárnu redukciu pôdnych zvyškov, nárast
skrátených infiltračných hodnôt a kontrolu buriny. Po žatevná orba spravidla
spadá do tejto kategórie
2. Druhotná orba - orba zvyčajne vykonávaná ako príprava pred sadbou alebo
sejbou; tieto úkony sú zvyčajne zamerané na vyhladenie pôdneho povrchu,
zníženie priemernej veľkosti agregátov a kontrolu rastu buriny
3. Kultivátorovanie - orba špecificky navrhnutá na elimináciu buriny po vyklíčení
plodiny
4. Sejba/Sadba - úkony potrebné na sejbu alebo sadenie plodín na pôdny celok
5. Zber - úkon zameraný na odstránenie biomasy z pôdneho celku, odstránená
biomasa môže zahŕňať obilie, koreňové zvyšky alebo celú biomasu nad pôdnym
povrchom
6. Závlaha - umelá aplikácia alebo pridávanie vody do pôdy
7. Spaľovanie - odstraňovanie biomasy z pôdneho povrchu ohňom
Databáza pre naše riešené územie bola vytvorená z údajov získaných
z poľnohospodárskeho družstva Šaľa. Boli vytvorené mapy osevných postupov (ako
príklad uvádzame mapy 11 a 12 v prílohe) pre roky 2005 a 2008 a tabuľka
106
s agrotechnickými opatreniami (dobou a spôsobom ich vykonávania) pre jednotlivé
pôdne celky (tabuľka 2 v prílohe).
4.1.4 Submodel pôdnych charakteristík
Všetky pôdne charakteristiky, ktoré vstupujú do modelu veternej erózie sa menia
v čase. Preto predmetom pôdneho submodelu je simulácia týchto dočasných pôdnych
vlastností v dennom časovom kroku ako reakcia na ostatné procesy. Procesy, ktoré
spôsobujú zmenu pôdnych vlastností sú najčastejšie spojené s počasím, avšak séria
výskytu individuálnych hnacích procesov je vysoko premenná. Teda submodel musí
byť schopný aktualizovať pôdne zmeny, pre akýkoľvek hnací proces a pôdne
podmienky pre predchádzajúci deň. (USDA, ARS, 2008).
4.1.4.1 Priestorový režim pôdy
V pôdnom submodeli, sa zohľadňuje homogénnosť priestorového režimu
v horizontálnom smere v simulovanej oblasti, ale heterogénnosť vo vertikálnom smere.
Vertikálny smer je rozdelený do vrstiev v každom pôdnom profile.
107
Obrázok 49 [Pohľad na vertikálny profil pôdy v programe WEPS 1.0, (USDA, ARS, 2008)]
Vertikálna štruktúra pôdy ovplyvňuje submodely hydrológie a plodín modelu
WEPS. Hydrologický submodel simuluje pohyb vody v pôde ako reakciu na relatívnu
vlhkosť susediacich vrstiev. Submodel plodín odhaduje rast plodín na báze niekoľkých
faktorov, jedným z najdôležitejších je dostupnosť vody v koreňovej zóne. Je dôležité
aby WEPS sledoval koľko vody je dostupnej v rozličných hĺbkach. WEPS vníma pôdu
ako sériu vrstiev s jednoznačne zadefinovanými fyzikálnymi vlastnosťami.
4.1.4.1.1 Parametre pôdy potrebné pre vstup do modelu WEPS
1. Názov pôdy (má len informatívny charakter a nie je rozhodujúci parameter
v programe)
2. Percentuálne zastúpenie na pôdnom celku (má len informatívny charakter a nie
je rozhodujúci parameter v programe) – rozpätie od 0 do 100
3. Štát , Katastrálne územie
4. Tolerancia pôdnej straty (T faktor) – maximálne množstvo erózie, pri ktorej je
rastlinám poskytnutá stredná kvalita pôdy. (t/ac/rok) (tolerancia straty pôdy nie
je rozhodujúcim faktorom pri operácií s WEPS a využíva sa len ako
identifikačná hodnota). Typické rozpätie od 1 - 5
5. Pôdne albedo - spôsobilosť daného pôdy odrážať žiarenie slnka a oblohy,
desatinné číslo, obvykle vyjadrované percentuálne od 0 do 100 percent. Typické
rozpätie od 0,05 do 0,25 (podľa metódy Post et.al., (2000) alebo Baumer
(1990)).
6. Sklon svahu – rozdiel v nadmorskej výške medzi dvoma bodmi na povrchu
pôdneho celku, vyjadrené ako časť (k pomeru) vzdialenosti medzi týmito bodmi
(hodnota = 0,01)
Vlastnosti pôdnych vrstiev
1. Počet pôdnych horizontov , pre ktorých sú identifikované jednotlivé vlastnosti
(1-5)
108
2. Hĺbka vrstiev – hĺbka každej vrstvy v mm.
3. Zrnitostné frakcie
3.1. Piesočnatá frakcia – minerálne častice s veľkosťou od 0.05 do
2.0 mm (Absolútna hodnota 0.0 do 1.0 )
Výpočet: piesočnatá frakcia = [1.0 – (frakcia ílu + frakcia prachových častíc) ]
- veľmi hrubozrnná – minerálne častice 1,0 – 2,0 mm
- hrubozrnná – minerálne častice 0,5 – 1,0 mm
- stredne zrnná – minerálne častice 0,2-0,5 mm
- jemnozrnná – minerálne častice 0,1-0,2 mm
- veľmi jemnozrnná – minerálne častice 0,05 – 0,1 mm
3.2. Prach – minerálne častice o veľkosti 0,002-0,05 mm
3.3. Íl – minerálne častice s priemerom menším ako 0,002 mm
3.4. Kamenné fragmenty – častice v pôdnej vrstve s veľkosťou 2,0
mm
4. Objemová hmotnosť pôdy – typické rozpätie od 0,8 do 1,6 g/cm3
5. Obsah humusu– vyjadrený v (%) oxidovateľného uhlíka (Cox)
6. pH – záporný logaritmus (so základom 10) aktívnych iónov v pôde podľa
pomeru 1:1 pôda : voda (bezrozmerná), typické rozpätie od 4,0 do 9,0
7. CaCO3 – množstvo (CO3)
8. CEC – katiónová výmenná kapacita vyjadrená v (mval.kg-1), typické rozpätie od
0-400,0
Agregáty
1. Stredný geometrický priemer agregátu (GMD) - stredný geometrický priemer
modifikovanej logaritmickej normovanej distribúcie (mm), typické rozpätie od
0.1 do 15.0
Výpočet: gmd = exp(1.343 - 2.235 * piesok - 1.226 * prach - 0.0238 * piesok / íl + 33.6
* humus + 6.85 * CaCO3) * (1.0 + 0.006 * hĺbka pôdnej vrstvy)
Štandardná odchýlka agregátu (GSD)
Výpočet: gsd = 1.0 / (0.0203 + 0.00193(gmd) + 0.074 / (gmd)0.5)
Maximálna veľkosť agregátov – (mm)
Výpočet: aggr.max. veľkosť = (gsd)p * (gmd) + 0.84
109
kde p = 1.52 * (gsd)-0.449
2. Minimálna veľkosť agregátov – (mm), hodnota = 0,01
3. Hustota agregátov – priemerná hustota (Mg/m3), typické rozpätie od 0,8 do 2,0
Výpočet: hustota agregátov = 2,0 pre hĺbku vrstvy > 300 mm
hustota agregátov = 2.01 *(0.72 + 0.00092 * hĺbka vrstvy < 300 mm
4. Stabilita agregátov – priemerná hodnota energie lámania agregátov (ln(J/kg))-
typické rozpätie od 0,5 do 5,0
Výpočet: stabilita = 0.83 + 15.7 * íl - 23.8 * íl2
5. Hrúbka pôdneho prísušku – priemerná hrúbka konsolidovanej zóny na pôdnom
povrchu (mm), typické rozpätie od 0,0 do 10
6. Hustota pôdneho prísušku – hustota pôdneho prísušku (Mg/m3), typické rozpätie
od 0,8 do 1,6, hodnota určená hustotou agregátov
7. Stabilita pôdneho prísušku - hodnota určená stabilitou agregátov
Drsnosť - určená podľa Allmaras et. al., (1966)
Obrázok 50 [Ukážka „*ifc“ súboru]
Informácie o pôde pre jednotlivé riešené pôdne celky bolo potrebné pre
podmienky riešených katastrálnych území zosumarizovať do pôdnej databázy (podľa
ukážky obr. 50) Vychádzali sme z dát z komplexného prieskumu pôd (1962), keďže
aktuálnejšie informácie k dispozícii nemáme. Pre zhotovenie tejto databázy sme
zostavili mapu „Analýza KPP“ (mapa č. 25 v prílohe). Pre pôdne celky ohrozené
110
veternou eróziou sme vyberali celkovo 29 sond s obsahom potrebných informácií pre
vstup do databáz. Potrebné dáta vybraných sond sú uvedené v prílohe 3. Všetky sondy
(počet 29) sa nachádzajú v rovinatom území riešeného územia, veľmi teplej
agroklimatickej oblasti, veľmi hlbokých pôdach. Vzorky sa odoberali počas KPP v roku
1960 a potrebné dáta boli poskytnuté Výskumným ústavom pôdoznalectva a ochrany
pôdy v roku 2009 pre územie Šaľa a Kráľová nad Váhom.
4.1.5 Submodel rozkladu rastlinných zvyškov
Tento submodel simuluje redukciu zvyškov biomasy v dôsledku mikrobiálnej
aktivity. Proces rozkladu je modelovaný ako prvotná reakcia vzhľadom na teplotou
a vlhkosť, ktoré v tomto procese vystupujú ako hlavné hnacie premenné. Rozklad je
funkciou dní rozkladu. Biomasa je po žatve rozdelená do kategórii stojacej, ležiacej na
pôdnom povrchu, biomasu spálenú a biomasu nachádzajúcu sa v koreňovej zóne.
Keďže zvyškový rozklad môže vyžadovať dlhšie časové obdobie zvyšková biomasa
z nasledujúcich žatiev sa počíta pre tri odlišné časti. Biomasa z čerstvo požatej plodiny
bude v časti jedna, biomasa z predposlednej plodiny bude v časti dva a tretia časť
obsahuje najstaršiu plodinu. Po žatve akákoľvek zvyšková biomasa z predchádzajúcej
plodiny sa presunie do staršej časti a zvyšok z práve požatej plodiny sa presunie do
prvej častí dekompozičného rozkladu. Na hodnotenie vertikálnej stonkovej plochy,
ktorú vietor narazí je potrebný denný výpočet stojacej populácie. Stonková plocha je
predstavovaná indexom plochy stonky, ktorá je počítaná z počtu stojatých stoniek,
výšky stoniek a priemeru stoniek. Ovplyvňuje aerodynamickú odolnosť a napokon
veternú eróziu.
4.1.6 Výstupy z WEPS 1.0
Program WEPS poskytuje mnoho výstupov, ktoré v mnohom nájdu uplatnenie pri
ochrannom plánovaní. Tieto výstupy sú dostupné cez „View Output“ na hlavnej
obrazovke. Kliknutím na ponuku sa zobrazia dve možnosti „Súčasná simulácia –
(Present simulation)“ a „Predchádzajúca simulácia – (Previous simulation)“. Súhrn
obsahuje názvy vstupných súborov ako aj ostatné vstupné parametre, základné
informácie o pôdnej strate v ročnej rotácií a priemernú ročnú stratu pre celkovú
simuláciu. Výstup straty pôdy v súhrne obsahuje: hrubú stratu, priemernú eróziu na
pôdnom celku, celkovú stratu, priemernú celkovú čistú stratu na pôdnom celku, gúľanie
111
po povrchu/saltácia, priemernú stratu gúľaním plus saltácia ako čistá strata z pôdneho
celku, suspenziu, priemernú stratu suspenziou ako čistá strata z pôdneho celku a PM10,
priemernú čistú stratu častíc s priemerom menším ako 10 mikrometrov z pôdneho celku.
Nános (depozícia) pôdnych častíc sa objavuje ak sa rýchlosť vetra zmenší pri pohybe
ponad pôdny celok alebo sa pôdne podmienky stanú menej erodibilné. (transportná
kapacita vetra presiahne transportnú kapacitu pre dané pôdne podmienky). V programe
WEPS 1.0 sa ukladanie objaví s poklesom rýchlosti vetra ponad pôdny celok v dôsledku
prítomných bariér na náveternej strane pôdneho celku alebo meniacich sa pôdnych
podmienok na pôdnom celku pri eróznych procesoch.
4.1.6.1 Simulácia 1
Maximálne potenciálne odnosy pôdy vetrom pre jednotlivé BPEJ na pôdnych
celkoch v sledovanom území, definovanými charakteristikami KPP a rýchlostí a smerov
vetra za obdobie 26 rokov na pôdnom povrchu bez vegetácie simulované v programe
WEPS 1.0.
0017
003_2
h
0002
001_3
h
0019
001_5
h
0017
001_1
2h
0035
001_1
5h
0002
001_1
7h
0002
001_1
8h
0002
001_2
1h
0002
001_
22h
0001
001_2
4h
0001
001_2
8h0
102030405060708090
100
Saltácia
Suspenzia
Odnos pôdy pre jednotlivé BPEJ podľa WEPS 1.0
BPEJ
Odn
os p
ôdy
v t/h
a/ro
k
Obrázok 51 [Odnos pôdy pre jednotlivé BPEJ podľa WEPS 1.0]
Pre porovnanie uvádzame ohrozenie pôd veternou eróziou podľa BPEJ
Stupeň ohrozenia BPEJ
2 0017003
2 0002001
112
3 0019001
3 0035001
1 0002001
3 0001001
Program WEPS dokáže presnejšie vypočítať pôdnu stratu pre dané pôdne
charakteristiky a určiť maximálnu potenciálnu pôdnu stratu definovanú v dvoch
transportných módoch saltácia a suspenzia, zatiaľ čo pri určovaní pôdnej straty vetrom
podľa BPEJ sa dá charakterizovať iba stupeň ohrozenia, ktorý nevyčísľuje maximálne
ani minimálne potenciálne odnosy pôdy pre danú BPEJ.
4.1.6.2 Simulácia 2
Simuláciu 2 sme uskutočnili so vstupnými parametrami WindGen: Janikovce.win,
CliGen: Janikovce.cli, Pôda: 0001001_24h, Hospodárenie: pestovaná plodina
Kukurica siata (jeden rok)
1-14.3.01 -17.5.01 Predsejbové kyprenie20.5.01 Sejba15.9.01 Zber
20.10.01 Orba
Časové obdobie: 1-14. 3. 01
1-14.30.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00SuspenziaSaltácia
Erózny odnos pre simuláciu 2 (t/ha)
Výstupom druhej simulácie je erózny odnos pôdy (2,4 t/ha) za časové obdobie jeden rok
pre pestovanú plodinu kukuricu siatu.
113
4.1.6.3 Simulácia 3
Simuláciu 3 sme uskutočnili so vstupnými parametrami, WindGen: Janikovce.win,
CliGen: Janikovce.cli, Pôda: 0001001_24h, Hospodárenie: Osevný postup 1
28.11.01 Orba 6.5.02 Sejba Kukurica siata (Zea mays)
12.9.02 Zber Kukurica siata9.9.02 Orba 5.5.03 Sejba Kukurica siata23.9.03 Zber Kukurica siata16.10.03 Diskovanie 21.10.03 Diskovanie 24.10.03 Sejba Pšenica letná f. o. (Triticum aestivum)
24.9.04 Zber Pšenica letná f. o.27.11.04 Orba 15.4.05 Diskovanie 18.4.05 Sejba Kukurica siata28.9.05 Zber Kukurica siata28.11.05 Orba 28.2.06 Diskovanie
V prvom roku došlo k minimálnej strate pôdy vetrom v jarnom období, ktorá
predstavovala menej ako 1 t/ha (čo je hodnota orientačná vzhľadom na to, že sme rok 1
začali jesennou orbou) a k veľkej strate v jesennom období > 8 t/ha (s najväčším
podielom módu saltácia a suspenzia). V druhom roku a treťom roku sa pestovala
plodina kukurica siata, čo spôsobilo pôdnu stratu < 2 t/ha. Vo štvrtom roku (pšenica
letná f.o.) a v piatom roku (kukurica na zrno) k pôdnej strate opäť nedošlo. V šiestom
roku program vypočítal pôdnu stratu < 2 t/ha, čo je spôsobené tým, že v roku 6 bola
prevedená jediná operácia diskovanie, čo nie celkom odpovedá skutočnosti. Pri
vytváraní databáz hospodárenia musíme počítať aj s rokom predchádzajúcim, keďže sa
v tomto roku zväčša uskutočňuje orba pre plodinu, ktorá sa vysieva v nasledujúcom
roku ako aj s rokom nasledujúcim pri ukončení osevného postupu. Výpočty v týchto
rokoch však nezahŕňajú žiadnu plodinu a preto sa tieto pôdne straty neberú do úvahy.
114
4.1.6.4 Simulácia 4
Simuláciu
4 sme uskutočnili
so vstupnými parametrami, WindGen: Janikovce.win, CliGen: Janikovce.cli, Pôda:
0001001_24h, Hospodárenie: Osevný postup 2
01.12.01 Orba 20.03.02 Sejba Repa cukrová (Beta vulgaris)12.09.02 Zber 30.09.02 Diskovanie 24.03.03 Sejba Jačmeň jarný (Hordeum vulgare)03.08.03 Zber 13.08.03 Diskovanie 28.11.03 Orba23.4.04 Sejba Slnečnica ročná (Helianthus annuum)20.8.04 Zber 10.10.04 Diskovanie 13.10.04 Sejba Pšenica letná f. o. (Triticum aestivum)06.07.05 Zber 13.07.05 Diskovanie 25.08.05 Diskovanie
115
15-3
0.4.
01
1-14
.11.
01
15-2
7.11
.01
15-3
0.4.
03
15-3
0.11
.06
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Pôdna strata pre osevný postup 1
PM-10 Suspenzia
Saltácia
Pôdna strata (t/ha)
časové obdobie
Obrázok 52 [Pôdna strata vetrom počas rokov 2004-2008 (osevný
postup 1) (Grešová, 2009)]
01.09.05 Sejba Jačmeň ozimný (Hordeum vulgare)19.07.06 Zber 11.09.06 Diskovanie 10.11.06 Diskovanie 19.11.06 Sejba Pšenica letná f. o (Triticum aestivum)
Repa cukrová patrí medzi vysoko erozívne plodiny, čo sa potvrdilo aj v prvom
roku v osevnom postupe 2 v jarnom období. Strata pôdy v prvom roku, dosiahla takmer
30 t/ha. V ostatných rokoch bola strata pôdy vetrom veľmi mierna (v treťom a šiestom
roku dosiahla hodnotu menšiu ako 2 t/ha pri pestovaní plodín jačmeň jarný a repka
ozimná). Pestovanie repy cukrovej nie je vhodné z hľadiska ochrany pred veternou
eróziou v riešenom území pokiaľ sa v danom území neuskutočnia vegetačné úpravy
v podobe vegetačných bariér.
15-29.2.01 15-31.3.03 15-18.11.060
5
10
15
20
25
30
Pôdna strata pre osevný postup 2
PM-10SuspenziaSaltácia
Obrázok 53 [Pôdna strata vetrom počas rokov 2004-2008 (osevný postup 2) (Grešová, 2009)]
4.1.7 Záver pre WEPS 1.0
WEPS je vhodný na testovanie mnohých variantov vstupných dát, vrátane
pridávanie bariér a špecifikovaním mnohých možnosti hospodárenia. WEPS taktiež
dokáže vyhotoviť veľmi detailné výstupy a poskytnúť tak užívateľovi lepšie pochopenie
ktoré pôdne podmienky a podmienky hospodárenia zapríčiňujú stratu pôdy vetrom.
116
4.2 SWEEP
Program na vyhodnotenie jednorazového javu veternej erózie (Single-event
wind erosion evaluation program) - (SWEEP) je počítačový model, ktorý simuluje
jednorazový jav veternej erózie v časovom období od začiatku po koniec jedného
erózneho javu v hodinových, prípadne subhodinových intervaloch (30 min,15 min).
Model pozostáva z erózneho submodelu WEPS spojeného s jednoduchým grafickým
prepojením s užívateľom. (USDA-ARS, 2008).
4.2.1 Simulácia 1
Pôdny celok s rozmermi X=300 m, Y=1200 m bez prítomnosti bariér, bez
vegetačného krytu. Pôdne dáta boli analyzované zo sondy číslo 28. Z meteorologických
dát bol vybraný deň 29.3.2006, vzhľadom na prítomnosť intenzívnych vetrov
s priemerom za deň 8,7 m/s a s rmax 14,3-14,7 m/s medzi 14 a 15 hodinou so smerom
300 °, priemernou dennou teplotou 7.6 °C.
X
Pôdny celok
X = 300 m
Y = 1200 m
Y Y
X
Tabuľka 20 [Vstupné dáta charakteristík pôdnych vrstiev]
Počet pôdnych vrstiev 1 2 3
Hĺbka pôdneho horizontu (mm) 270 550 830
Obsah piesčitej frakcie (0.05-2.0) mm 0,11 0,26 0,23
Obsah najjemnšejšej piesčitej frakcie (0.05-0.1) mm 0,1 0,25 0,22
Obsah prachových častíc (0.002-0.05) mm 0,61 0,51 0,53
117
Obsah ílovitých častíc (pod 0.002 mm) 0,28 0,23 0,24
Obsah kamennej frakcie (nad 2 mm) 0 0 0
Objemová hmotnosť (g/cm3) 1,31 1,36 1,35
Priemerná hustota agregátov 1,49 1,53 1,58
Priemerná stabilita suchého agregátu (ln/J/kg) 2,37 2,56 2,56
GMD veľkosti agregátov (mm) 1,06 1,49 1,85
GSD veľkosti agregátov (mm) 10,6 12 12,78
Minimálna veľkosť agregátov (mm) 0,01 0,01 0,01
Maximálna veľkosť agregátov (mm) 4,51 6 7,2
Bod vädnutia (% obj) 6,85 6,85 4,6
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
Subhodinová rýchlosť vetra (m/s)
Subhodinová rýchlosť ve-tra (m/s)
Obrázok 54 [Rýchlosť vetra v hodinových intervaloch počas dňa simulácie (m/s)]
Grafické vyjadrenie straty pôdy na pôdnom celku (veternej erózie za deň 29.3.2006)
Obrázok 55 [Celková strata pôdy (kg/m2)]
118
Celková strata pôdy po dĺžke nechráneného pôdneho celku bez vegetácie
exponenciálne narastá a dosahuje obrovské hodnoty. Ďalšie grafy znázorňujú odnos
častíc v troch transportných módoch ako aj dynamickú rýchlosť vetra pozdĺž pôdneho
celku a kritickú rýchlosť pre daný pôdny celok. V nasledovných simuláciách
poukazujeme na výhody programu SWEEP, kde si užívateľ môže dopredu nasimulovať
projektové varianty a otestovať jednotlivé riešenia a vybrať to najviac vyhovujúce pre
krajinu.
Obrázok 56 [Strata pôdy saltáciou a gúľaním častíc po povrchu (kg/m2)]
Obrázok 57 [Strata pôdy suspenziou (kg/m2)]
Najväčšie množstvo pôdnych častíc (66%) sa pohybuje v móde suspenzia.
119
Obrázok 58 [Strata pôdy časticami PM-10 (kg/m2)]
Obrázok 59 [Dynamická rýchlosť (m/s)] Obrázok 60 Kritická rýchlosť transportnej
dynamickej rýchlosti (m/s)
Celková strata pôdy (kg/m2) 2.85 100%
Strata pôdy saltáciou a gúľaním sa častíc po povrchu (kg/m2) 1.16 40.70%
Strata pôdy suspenziou (kg/m2) 1.65 57.89%
Strata pôdy časticami PM-10 (kg/m2) 0.04 1.41%
120
w
N
Y
X
4.2.2 Grafické vyjadrenie straty pôdy vplyvom vetrolamov
Parametre vetrolamu:
Jednoradový s opadávajúcim lístím
X1 = 150
Y1 = 1200
X2 = 150
Y2 = 0.0
Výška: 2.13 m
Šírka: 1.28 m
Priepustnosť: 90%
Obrázok 61 [Celková strata pôdy (kg/m2) vplyvom prítomnej bariéry (vetrolamu)]
Obrázok 62 [Strata pôdy saltáciou a gúľaním častíc po povrchu (kg/m2)]
121
Obrázok 63 [Strata pôdy suspenziou (kg/m2)]
Obrázok 64 [Strata pôdy časticami PM-10 (kg/m2)]
Obrázok 65 [Dynamická rýchlosť (m/s)]
Celková strata pôdy (kg/m2) 5.34 100%
122
Obrázok 66 [Kritická rýchlosť
transportnej dynamickej rýchlosti (m/s)]
w
N
Y
X
Strata pôdy saltáciou a gúľaním sa častíc po povrchu (kg/m2) 2.21 41.39%
Strata pôdy suspenziou (kg/m2) 3.04 56.93%
Strata pôdy časticami PM-10 (kg/m2) 0.09 1.68%
Parametre vetrolamu:
Trojradový s
opadávajúcim lístím
X1 = 150
Y1 = 1200
X2 = 150
Y2 = 0.0
Výška: 7.62 m
Šírka: 11.20 m
Priepustnosť: 52%
Obrázok 67 [Celková strata pôdy (kg/m2)]
123
Obrázok 68 [Strata pôdy saltáciou a gúľaním častíc po povrchu (kg/m2)]
Obrázok 69 [Strata pôdy suspenziou (kg/m2)]
Obrázok 70 [Strata pôdy časticami PM-10 (kg/m2)]
124
Obrázok 71[Dynamická rýchlosť (m/s]
Celková strata pôdy (kg/m2) 0.232 100%
Strata pôdy saltáciou a gúľaním sa častíc po povrchu (kg/m2) 0.082 35.34%
Strata pôdy suspenziou (kg/m2) 0.142 61.21%
Strata pôdy časticami PM-10 (kg/m2) 0.008 3.45%
4.2.3 Záver pre SWEEP
Pôda bez prítomnosti vegetácie a vetrolamov vykazuje výrazné celkové straty
pôdy. Po pridaní vetrolamu do simulácie s priepustnosťou 90% sa tieto straty zvýšili
takmer o 100 %, čo si vysvetľujeme tým, že rýchlosť vetra sa vplyvom priepustnosti
vetrolamu výrazne zvýši teda aj straty pôdy narastajú. Pri simulovaní vetrolamu
polopriepustného (52 %) sa straty pôdy zredukovali takmer na minimum. Takýmto
spôsobom si môže užívateľ jednoducho nasimulovať akúkoľvek situáciu, ktorú
potrebuje v krajine riešiť, vytvoriť tak najvhodnejšiu kombináciu umiestnenia, zloženia
ako aj typu vetrolamu a otestovať varianty predtým ako sa zrealizujú, čo výrazne môže
šetriť náklady spojené s ich výsadbou a údržbou.
4.3 GIS
Geografický informačný systém predstavuje moderný nástroj na tvorbu máp
a mapových kalkulácií aj pri riešení problémov spôsobovaných veternou eróziou.
125
Obrázok 72 Kritická rýchlosť transportnej
dynamickej rýchlosti (m/s)
Prostredníctvom tohto nástroja rovnica veternej erózie nadobúda nový rozmer
v hodnotení odnosov vetra, ktoré sa dajú identifikovať pre konkrétny pôdny celok
v celom riešenom území, čo má obrovský význam pri plánovaní ochrany krajiny.
Priestorové vyjadrenie variability jednotlivých parametrov vstupujúcich do rovnice
veternej erózie umožňuje analýzu presne definovaných miest ohrozovaných veternou
eróziou. Podobne ako v počítačových modeloch aj v GIS je možná analýza
a porovnanie súčasného stavu s návrhovými variantmi riešenia a výber
najoptimálnejšieho riešenia pred realizáciou protieróznych opatrení. V tejto práci sme
sa zamerali na výpočet veternej erózie pre štyri roky 2005-2008 pomocou rovnice WEQ
(Woodruff, Siddoway, 1965), podľa metodiky Skidmore (1986) a „CP“ (1993). Využili
sme pritom programy ArcView 3.2 a ArcGIS 9.3 na spracovanie pôdnych, klimatických
územných a vegetačných parametrov, z ktorých sme následne pomocou rovníc
uvedených v kapitolách 3.8.6 a 3.8.7 pre výpočet oboch metodík zostrojili výsledné
mapy a grafy eróznych odnosoch ako aj porovnania súčasného a navrhovaného stavu.
4.3.1 Porovnanie metodík Skidmore (1986) a „CP“ (1993)
Najviac zastúpenou plodinou v osevnom postupe v roku 2005 bola lucerna siata,
ktorá zaberala približne 26 % výmery poľnohospodárskej pôdy, 20 % zastúpenie mali
plodiny kukurica siata a jačmeň ozimný, 12 % predstavovali trávne miešanky a pod
10 % repa cukrová, jačmeň ozimný a výmeru pod 2 % zaberali plodiny sója fazuľová,
slnečnica ročná, jačmeň jarný a pšenica letná f. o. V tomto osevnom postupe (OP)
prevažovali úzkoriadkové plodiny oproti širokoriadkovým.
Zastúpenie jednotlivých plodín v OP 2005
Jačmeň jarný
Jačmeň ozimný
Kukurica siata
Lucerna siata
Orná pôda
Pšenica letná f.o.
Repa cukrová
Slnečnica ročná
Sója fazuľová
Trávne miešanky
126
Obrázok 73 [Zastúpenie jednotlivých plodín v OP 2005 (Grešová, 2010)]
Kukurica siata v osevnom postupe v roku 2008 zaberala približne 29 % výmery
poľnohospodárskej pôdy, 37 % pšenica letná f. o., 11 % slnečnica ročná, 19 % repa
cukrová a 2 % jačmeň jarný. V tomto osevnom postupe prevládajú širokoriadkové
plodiny (60 % zastúpenie).
Zastúpenie jednotlivých plodín v OP 2008
Slnečnica ročná
Pšenica letná f.o.
Kukurica siata
Orná pôda
Repa cukrová
Jačmeň jarný
Obrázok 74 [Zastúpenie jednotlivých polodín v OP 2008 (Grešová, 2010)]
Pri porovnaní výsledných máp jednotlivých variantov v riešených rokoch sa pri
oboch metodikách (podľa Skidmore, 1986 a „CP“, 1993) prejavil fakt, že najväčší
odnos pôdy vetrom je spôsobený širokoriadkovými plodinami, pri pestovaní ktorých sa
odnos na jar oproti odnosu z holého povrchu zvýšil, čo nastalo vplyvom urovnania
povrchu (zmena faktora drsnosti) a nízkou váhou vegetačného faktora. V prípade
ozimných plodín sa erózia v jarnom období znížila na minimum, keďže porast sa
vyznačoval hustým zapojením a hodnota V faktora jednoznačne ovplyvnila hodnotu
erózneho odnosu. Pri plodinách jačmeň jarný, lucerne a trávnych miešankách sa erózia
znížila (obr. 75,76, 79, 80).
127
JJ JO KS LS OP PL f.o. RC SR SF TM0
10
20
30
40
50
60
70
80
Priemerný odnos pôdy vetrom 2005 - podľa plodín ("CP")
I. variant
II. variant
variant plodina
Plodiny
Odn
os (m
3/ha
)
Obrázok 75 [Priemerný odnos pôdy vetrom podľa "CP" (Grešová, 2010)]
JJ JO KS LS OP PL f.o. RC SR SF TM0
5
10
15
20
25
30
35
40
Priemerný odnos pôdy vetrom 2005 - podľa plodín (Skidmore)
I. variantII. variantvariant plodina
Plodiny
Odn
os (m
3/ha
)
Obrázok 76 [Priemerný odnos pôdy vetrom podľa Skidmore (Grešová 2010)]
1 2 3 4 50
500
1000
1500
2000
Jeseň 2004, I. variant
Jeseň 2004, II. variant
Jar 2005, variant plodina
Stupeň ohrozenia podľa Zachara
Vým
era
(ha)
Zastúpenie stupňov ohrozenia veternou eróziou v riešenom území ("CP")
Obrázok 77 [Zastúpenie stupňov ohrozenia podľa „CP“ (Grešová, 2010)]
128
1 2 3 4 50
500
1000
1500
2000
2500
3000
Zastúpenie stupňov ohrozenia veternou eróziou v riešenom území (Skidmore)
I. variantII. variantvariant plodina
Stupeň ohrozenia (m3/ha)
Vým
era
(ha)
Obrázok 78 [Zastúpenie stupňov ohrozenia podľa Skidmore (Grešová, 2010)]
SR PL f.o. KS OP RC JJ LS TM SF0
20
40
60
80
100
120
Priemerný odnos vetrom 2008 - podľa plodín ( "CP")
I. variantII. variantvariant plodina
Plodiny
Odn
os (m
3/ha
)
Obrázok 79 [Priemerný odnos vetrom podľa „CP“ (Grešová, 2010)]
JJ TM SF SR PL f.o. OP LS KS RC0
10
20
30
40
50
60
Priemerný odnos pôdy 2008 - podľa plodín (Skidmore)
I. variantII. variantvariant plodina
Plodiny
Odn
os p
ôdy
(m3/
ha)
Obrázok 80 [Priemerný odnos vetrom podľa Skidmore (Grešová, 2010)]
129
1 2 3 4 50
500
1000
1500
2000
2500
Zastúpenie stupňov ohrozenia veternou eróziou v riešenom území
(Skidmore)
I. variantII. variantvariant plodina
Stupeň ohrozenia pôd (Zachar, 1970)
Vým
era
(ha)
Obrázok 81 [Zastúpenie stupňov ohrozenia podľa Skidmore (Grešová, 2010)]
Najviac erodovaných plôch spadá do štvrtej a piatej kategórie (podľa Zachara),
čo predstavuje stratu od 15-50 a 50-200 t/ha/rok. Záujmové územie teda patrí medzi
vysoko náchylné k veternej erózie. Je to dané druhom pôdy, ktoré sa na danom území
vyskytujú, ale aj vysokým podielom pestovania širokoriadkových plodín a nízkym
podielom vetrolamov a bariér v území a jeho okolí. Pri variante I, je umiestnenie brázd
kolmé smerom na smer prevládajúceho vetra, teda parametrom drsnosti ovplyvňujúcim
erózny odnos je pravidelná aj nepravidelná drsnosť. Vo vyšších triedach odnosu
prevláda nepravidelná drsnosť teda aj odnosy pôdy sú v týchto triedach vyššie.
Pozitívny účinok úzkoriadkových plodín sa prejavil v prvej a druhej kategórii. Pri
pestovaní širokoriadkových plodín sa výmera plôch ohrozených vetrom spadajúcich do
štvrtej a piatej kategórie výrazne zvýšila.
I. variant II. variant variant plodina0
10
20
30
40
50
60
70
80
Porovnanie odnosu pôdy v období 2005-2008 "CP"
2005200720072008
Odn
os (m
3/ha
)
Obrázok 82 [Porovnanie odnosu pôdy v období 2008-2008 podľa „CP“ (Grešová, 2010)]
130
\
I. variant II.variant variant plodina0
10
20
30
40
50
60
70
Porovnanie odnosu pôdy v období 2005-2008 (Skidmore)
2005
2006
2007
2008
Odn
os (m
3/ha
)
Obrázok 83 [Porovnanie odnosu pôdy v období 2008-2008 podľa Skidmore (Grešová, 2010)]
4.4 Návrh siete vetrolamov
Pri návrhu siete vetrolamov sme sa snažili predovšetkým o zníženie nechránenej
dĺžky, ktorá v určitých miestach dosahovala vzdialenosti niekoľkých kilometrov (obr.
92, 93, 94, 95). Ako hranice navrhovaných vetrolamov boli využívané prírodné už
existujúce siete vodných kanálov (Kráľovský kanál, Selický kanál, Zajarčie,
Sládečkovce-Veča), poľné cesty a na miestach kde nebolo možné využiť prírodný
koridor, bola sieť vetrolamov navrhnutá na hranici katastra. Bolo spolu navrhnutých 7
línií vetrolamov, v celkovej dĺžke 19,6 km.
Tabuľka 21 [Navrhované dreviny pre sieť vetrolamov]
Navrhované druhy Charakteristika drevín
Populus nigra
Cieľová drevina
Domáci, mohutný strom, rýchlorastúci, drevo je mäkké
a ľahké, v mladosti dobre ohybné, preto je vhodný do
vetrolamov, neskôr sú však lámavé a krehké. Darí sa mu
v hlbokých, hlinitých pôdach, má mohutný koreňový
systém, je vhodný do krajinárskych úprav.
Quercus robur
Kostrová drevina
Mohutný, domáci druh, je svetlomilný, má rád živné
a vlhkejšie pôdy, dobre znáša i občasné sucho, dožíva sa
vysokého veku, preto je vhodný ako kostrová drevina,
vhodný do alejí i ako solitér, tiež do krajinárskych úprav,
pretože oživuje krajinu.
131
Cerasus avium
Cieľová drevina
Domáci druh, má rád slnečné stanovištia, rýchlorastúci, má
rád živné vápenité pôdy, vhodný do alejí i ako solitér,
kvitne v apríli až v máji, tiež je vhodný do krajinárskych
úprav, oživuje krajinu.
Crataegus monogyna
Stromoker-podrast
Tŕnistý menší strom, do 10 m. Rastie v celej Európe.
Kvitne v máji na bielo. Okrasný je aj plodmi- malvičkami.
Sú nenáročné, dobre regenerujú.
Acer tataricum
Stromoker - podrast
Pochádza z juhovýchodnej Európy, u nás rastie i vo voľnej
prírode. Dosahuje výšku max.8 m. Listy sa na jeseň
sfarbujú do žltočervena. Ozdobné sú aj krídla plodov je
nenáročný, sadí sa do podrastu a krovitých skupín.
Prunus spinosa
Ker - podrast
Domáci nízky stromoker, dorastá do výšky 5-7m, vysádza
sa ako podrast k vyšším stromom. Rýchlo rastie a ľahko
regeneruje. Okrasný je voňavými kvetmi v jarnom období.
4.4.1 Porovnanie súčasného stavu s návrhovým riešením
Z hľadiska protieróznej ochrany bol osevný postup v roku 2006 v porovnaní
s ostatnými riešenými rokmi najmenej vhodný, čo sa prejavilo na eróznych odnosoch
vetrom vo variante plodina, v ktorom nastal viac ako 100% nárast objemu erodovaných
častíc. Podľa metodiky CP najväčší odnos v roku 2006 bol vypočítaný v prvom
a druhom variante riešenia. Podľa erózneho ohrozenia roku 2006 sme navrhli preto sieť
vetrolamov na miestach s najväčšími odnosmi, čím sme dosiahli zníženie nechránenej
dĺžky (mapa 26c pre “CP” a mapa 26d pre Skidmore v prílohe), čo malo priamy vplyv
na zníženie odnosov pôdy vetrom. Podľa metodiky CP nechránená dĺžka vstupuje
priamo do vzorca a má výraznú váhu pri eróznych odnosoch. Podľa metódy Skidmore
nechránená dĺžka je redukovaná o L0, ktoré vyjadruje dĺžku, na ktorej je pôdy celok
chránený pred odnosmi vetrom. Teda podiel L/L0 ovplyvňuje erózny odnos iným
spôsobom, ale s rovnakým výsledkom, zníženia erózneho odnosu.
132
KS JO LS PL f.o RC OP SR SF0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Priemerný erózny odnos podľa plodín pred a po návrhu ("CP")(I. variant, jeseň 2005)
pôvodný stavnávrh
Plodiny
Eróz
ny o
dnos
(m3/
ha)
Obrázok 84 [Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa „CP“, I. variant (Grešová, 2010)]
KS JO LS PL f.o RC OP SR SF0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Priemerný erózny odnos podľa plodín pred a po návrhu ("CP")(II. variant, jeseň 2005)
pôvodný stavnávrh
Plodiny
Odn
os (m
3/ha
)
Obrázok 85 [Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa „CP“, II. variant (Grešová, 2010)]
KS JO LS PL f.o RC OP SR SF0
10
20
30
40
50
60
70
80
Priemerný erózny odnos podľa plodín pred a po návrhu ("CP")(variant plodina, jar 2006)
pôvodný stavnávrh
Plodiny
Odn
os (m
3/ha
)
133
Obrázok 86 [Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa „CP“, variant plodina (Grešová,
2010)]
1 2 3 4 5 60
500
1000
1500
2000
2500
3000
Zastúpenie stupňov ohrozenia veternou eróziou v riešenom území pred a po návrhu ("CP")
pôvodný stav, I. variant
návrh, I. variant
pôvodný stav, II. variant
návrh, II. variant
pôvodný stav, variant plodina
návrh, variant plodina
Stupeň ohrozenia (Zachar, 1970)
Vým
era
(ha)
Obrázok 87 [Zastúpenie stupňov ohrozenia pred a po návrhu podľa „CP“ (Grešová, 2010)]
Navrhnutá sieť vetrolamov prispela k výraznému zníženiu erózneho odnosu
v riešenom území. Prejavilo sa to najmä v metodike podľa CP (1993) (obr. 98), kde do
výpočtov vstupuje nechránená dĺžka v území v plnom rozsahu, redukovaná o funkciu
redukcie pred a za vetrolamom, kde je dĺžka prerušená. V metodike podľa Skidmore
(1989), nechránená dĺžka je redukovaná o parameter L0, ktorý vyjadruje maximálnu
prípustnú dĺžku vzhľadom na erodibilitu a drsnosť pôdy a v tomto prípade sa návrh
vetrolamov neprejavil vo výraznom znížení odnosu pôdy, preto je diskutabilná
vhodnosť redukcie nechránenej dĺžky o parameter L0. Rozdiely v jednotlivých
metodikách sa prejavili teda aj v zaradení do tried odnosov podľa Zachara (1970).
Podľa CP sa odnosy v návrhovom variante zvýšili v kategóriách 1,2 a 3 a znížili v 4 a 5
kategórii, podľa Skidmore boli rozdiely medzi návrhom a pôvodným stavom
v podobným trendom avšak v oveľa menších rozdieloch. V metodike podľa Skidmore
absentujú 1 a 2 kategória, čo je spôsobené tým, že chránená dĺžka za vetrolamom je
definovaná ako násobok jeho výšky (80 m v prípade vetrolamu a 150 m v prípade
zastavaného územia), čo sa neprejavilo postupným nárastom erózneho odnosu v smere
za vetrolamom ako pri metodike podľa CP. Porovnanie eróznych odnosov pred a po
návrhu podľa Skidmore vyjadrujú obr. 99 a 100.
134
KS JO LS PL f. o. RC OP SR SF0
10
20
30
40
50
60
Priemerný erózny odnos podľa plodín pred a po návrhu (Skidmore) (I. variant, jeseň 2005)
pôvodný stavnávrh
Plodiny
Odn
os (m
3/ha
)
Obrázok 88 [Priemerný erózny odnos pred a po návrhu (Skidmore), I. variant (Grešová, 2010)]
KS JO LS PL f. o. RC OP SR SF0
10
20
30
40
50
60
Priemerný erózny odnos podľa plodín pred a po návrhu (Skidmore)(II. variant, jeseň 2005)
pôvodný stavnávrh
Plodiny
Odn
os (m
3/ha
)
Obrázok 89 [Priemerný erózny odnos pred a po návrhu (Skidmore), II. variant (Grešová, 2010)]
KS JO LS PL f. o. RC OP SR SF0
5
10
15
20
25
30
35
40
Erózny odnos 2006 (Skidmore)(variant plodina, jar 2006)
pôvodný stavnávrh
Plodiny
Odno
s (m
2/ha
)
Obrázok 90 [Priemerný erózny odnos pred a po návrhu (Skidmore), variant plodina (Grešová,
135
2010)]
1 2 3 4 50
500
1000
1500
2000
2500
Stupeň ohrozenia pôd 2006 (Skidmore)
I. variant, pôvodný stav
I. variant, návrh
II. variant, pôvodný stav
II. variant, návrh
variant plodina, pôvodný stav
variant plodina, návrh
Stupeň ohrozenia (Zachar, 1970)
Vým
era
(ha)
Obrázok 91 [Stupeň ohrozenia pôd - návrh (Skidmore, 1986)]
Obrázok 92 [Detail nechánenej dĺžky v
území podľa "CP" pred návrhom]
136
Obrázok 93 [Detail nechránenj dĺžky v
riešenom území podľa „CP“ po návrhu]
Obrázok 94[Detail nechránenej dĺžky
v území podľa Skidmore pred návrhom]
137
Obrázok 95 [Detail nechránenej dĺžky
v územi podľa Skidmore po návrhu]
Obrázok 96 [Detail rýchlosti vetra podľa
"CP"]Obrázok 97 [Detail rýchlosti vetra podľa
Skidmore]
Obrázok 98[Detail erózneho odnosu pôdy Obrázok 99 [Detail erózneho odnosu
„CP“ – pôvodný stav] pôdy „CP“ – návrh]
Obrázok 100 [Detail erózneho odnosu Obrázok 101 [Detail erózneho odnosu pôdy
podľa Skidmore – pôvodný stav] podľa Skidmore – návrh]
138
5 DiskusiaV súčasnosti existuje mnoho spôsobov výpočtu a modelovania veternej erózie.
V tejto práci sme sa zamerali na testovanie troch spôsobov modelovania prejavov
veternej erózie. Jedným zo spôsobov bol program WEPS 1.0, ktorý sa javí ako
komplexný nástroj a slúži nielen na výpočet pôdnych strát vetrom, ale zahrnutím
širokého spektra vstupných parametrov užívateľ získa podrobný prehľad o problémoch
veternej erózie v riešenom území. Schopnosť simulovať časovú a priestorovú variabilitu
pôdnych podmienok, simulácia komplexných pôdnych tvarov, bariér a komplexnej
topografie posúva spôsoby výpočtov a dosiahnuté výsledky na vyššiu úroveň
hodnotenia prejavov erózie a možností projektovania opchranných opatrení. Schopnosť
oddeliť pôdne straty váľaním po povrchu, skokmi, vznášaním vo vzduchu a čiastočky
PM10 je ďalším pozitívnym prínosom WEPS. Každý z týchto komponentov má
špecifické charakteristiky a účinok. Váľanie a saltácia sú typicky usadené lokálne kde
ovplyvňujú kvalitu vody a pôdy, zasypávajú plodiny, cesty, závlahové kanály alebo sa
zachytávajú v plotoch alebo vetrolamoch. Vznášaním vo vzduchu môžu byť častice
zdvihnuté do vzduchu a prenášané na veľké vzdialenosti. Tým sa spôsobuje škoda na
kvalite vzduchu, vzniká riziko zdravotných ťažkostí, redukuje sa viditeľnosť pozdĺž
transportných systémov. Odhady pôdnych strát každého z týchto komponentov
prispievajú k presnejšiemu hodnoteniu životného prostredia. Veľké množstvo vstupných
parametrov však môže vyvolávať otázky vhodnosti využívania takéhoto modelu, kvôli
zdĺhavosti zhromažďovania potrebných dát a vytváraniu databáz ako aj presnosti dát.
Veľké pozitívum počítačového modelu je, že užívateľ môže dopredu porovnať pozitívne
a negatívne dopady navrhovaných zmien v krajine a zvoliť vhodné riešenie po následnej
analýze, čo môže pozitívne vplývať na ekonomické hľadisko pri pretváraní krajiny.
Druhým modelom, ktorý sme využili pri hodnotení eróznej ohrozenosti územia
je program SWEEP, ktorý slúži na hodnotenie jedného erózneho javu. Tento model sa
javí ako rýchly spôsob vyhodnotenia prejavov erózie hlavne v krajinách, kde sa erózia
vyskytuje niekoľkokrát do roka v určitých obdobiach. Pomocou tohto programu sa dajú
dosiahnut podrobné výstupy z eróznych udalostí v troch módoch pohybu pôdnych častíc
ako aj vplyvu protieróznych bariér prítomných v území.
Proti výhodam používania počítačových modelov, ktorých používanie je
rýchlejšie a pohodlnejšie pre užívateľov s dostatočnými dátami potrebnými pre vstup do
modelu stojí v súčasnosti stále využívaná rovnica veternej erózie. Pri modelovaní
139
pomocou konkrétnej rovnice užívateľ pozná jednotlivé kroky výpočtov, avšak
komplikácie nastávajú pri výpočtoch jednotlivých faktorov. Kalkulácie a spôsoby
výpočtov celého procesu erózie v počítačových programoch ostávajú ukryté v skrytých
procesov a ako „know how“ tvorcov programov.
Geografické informačné systémy ako nástroj na tvorbu máp a mapových
kalkulácií sa v súčasnosti radia na popredné miesto a prostredníctvom tohto nástroja
rovnica veternej erózie nadobudla nový rozmer v hodnotení odnosov vetra, ktoré sa dajú
identifikovať pre konkrétny pôdny celok v celom riešenom území, čo má obrovský
význam pri ochrannom plánovaní krajiny. C faktor sa v rovnici WEQ definuje pre
časové obdobie jeden rok vypočítaný z historických dát. Pre modelovanie prejavov
veternej erózie, je rozhodujúcim eróznym činiteľom vietor a jeho parametre rýchlosť
a smer. Rýchlosť vetra je rozhodujúca v jednotlivých dňoch a hodinách je dosahuje
najväčšie rýchlosti. Do C faktora vstupuje rýchlosť v podobe priemernej ročnej
hodnoty. Čo je hodnota pre veternú eróziu absolútne nereprezentatívna. Smer vetra do
faktora nevstupuje. V porovnaní s programom WEPS 1.0 kde sú vstupnými
parametrami klimatického faktora smery a rýchlosti vetra za časové obdobie niekoľkých
desiatok rokov zadávané v hodinových intervaloch sa môže teda C faktor v rovnici
WEQ javiť ako veľmi nepresné definovanie klimatických podmienok v danej oblasti.
Ďalším faktorom vstupujúcim do rovnice veternej erózie je K faktor. Faktor drsnosti
pôdy je bol zadefinovaný viacerými autormi (Skidmore, Woodruf a Siddoway,
Chainova metóda, agronomický manuál USA, RUSLE, Vrána). Pravidelná drsnosť je
podľa (Woodruff, Siddoway) definovaná pomerom výšky brázd umocnených na druhú
a ich vzdialenosťou. Vrána uvádza konkréte hodnoty drsnosti vĺn mikroreliéfu pre
určitý stav pôdneho povrchu. Existuje viacero metód na určenie hodnoty nepravidelnej
drsnosti (Allmaras, Chainova metóda, digitálne snímkovanie povrchu pôdy). Na
jednotlivých pôdnych celkoch po konkrétnych agrotechnických opatreniach sa môžu
vyskytovať obe drsnosti. V agronomickom manuále USA je drsnosť vyjadrená ako
násobok týchto oboch drsností. Fryrear a Saleh (1997) však uvádzajú konkrétny vzťah,
ktorý vyjadruje funkciu týchto dvoch drsností. Na rýchlosť vetra výrazne vplýva
drsnosť povrchu pôdy. Preto je dôležité vyjadrenie rýchlosti s vplyvom aerodynamickej
drsnosti povrchu. V priebehu roka sa aerodynamická drsnosť povrchu výrazne mení
a tým ovplyvňuje rýchlosť vetra. Podstatné je aj zohľadnenie vplyvu bariér na prúdenie
vzduchu. Autori programu WEPS zohľadňujú jednotlivé bariéry vyjadrením vplyvu
redukcie dynamickej rýchlosti pred a za bariérami ako funkciu vzdialenosti od bariéry
140
vzhľadom na jej výšku. Takto upravený C faktor je vyjadrením nielen klimatických
charakteristík pre určitú oblasť, ale zahŕňa všetky vplyvy bariér ako aj charakter
pôdneho povrchu. Ďalším faktorom vstupujúcim do rovnice WEQ je faktor nechránenej
dĺžky, ktorého definície sa rôznia. Autori „CP“ uvádzajú nechránenú dĺžku ako
vzdialenosť od bariéry po baréru. Skidmore (1989) definuje túto dĺžku vzhľadom na
hranice pôdnych celkov, čo nevystihuje podstatu nechránenej dĺžky pre veternú eróziu,
keďže cesty a hranice pôdnych celkov nepredstavujú protierózne zábrany pre
pohybujúce sa pôdne častice. Vegetačný faktor je pri oboch metodikách definovaný
pomocou rovnakých vzorcoch ako parameter SGe, ktorý pre Skidmore vstupuje do
parametra V.
Tieto rozdielnosti jednak v rovnici WEQ pre obe metodiky ako aj rozdiely
medzi počítačovými modelmi a súčasnou rovnicou sa prejavili v rôznych dosiahnutých
výsledkoch, najmä v hodnotách eróznych odnosoch.
141
6 ZáverPomocou programu WEPS sme presnejšie vypočítali pôdnu stratu pre určité
pôdne charakteristiky a určili maximálnu potenciálnu pôdnu stratu definovanú v dvoch
transportných módoch saltácia a suspenzia, zatiaľ čo sa pri doterajších spôsoboch
určovaní pôdnej straty vetrom podľa BPEJ dal charakterizovať iba stupeň ohrozenia,
ktorý nevyčísľuje maximálne ani minimálne potenciálne odnosy pôdy pre danú BPEJ.
Maximálne potenciálne odnosy pôdy pre jednotlivé BPEJ boli v rozpätí od 35 do 95
t/ha/rok. Pri testovaní osevných postupov, sa plodiny kukurica siata a repa cukrová
prejavili ako najviac erozívne a odnosy pôdy dosahovali od 2 do 30 t/ha/rok, čo sú
v porovnaní s výpočtami dosiahnutými pomocou rovnice WEQ nižšie hodnoty eróznych
odnosov, čo je podľa nášho názoru spôsobené schopnosťou časovej a priestorovej
variability a kombinácie klimatických, pôdnych, hydrologických podmienok, ktoré sú
súčasťou programu WEPS 1.0.
V programe SWEEP sme testovali tri varianty riešenia, bez prítomnosti
vetrolamov a s prítomnosťou priepustného a polopriepustného vetrolamu. Strata pôdy
bez prítomnosti vetrolamu dosiahla 2,85 kg/m2 (28,5 t/ha). Strata pôdy s prítomnosťou
vetrolamu s priepustnosťou 90% dosiahla vyššiu hodnotu 5,34 kg/m2 (53,4 t/ha), čo
predstavuje takmer 100% nárast erózneho odnosu. Rýchlosť vetra sa prechodom cez
priepustný vetrolam zvýši a tým dochádza aj k väčším eróznym odnosom. Preto pri
tvorbe ochranných plánovaní proti veternej erózie treba zvážiť vhodnosť navrhnutých
opatrení, aby po návrhoch nedochádzalo k väčším škodám ako pred návrhmi. Práve
tento program sa javí ako vhodná možnosť testovania rôznych návrhových variánt. Pri
zvolení vhodného polopriepustného vetrolamu (52%) sa erózny odnos znížil na 0,23
kg/m2 (2,3 t/ha).
Modelovanie erózie pomocou rovnice WEQ je náročnejšie z časového hľadiska.
Taktiež rozdielnosti pohľadov jednotlivých metodík („CP“, Skidmore) prinášaju
rozdielne výsledky. V roku 2005 boli podľa „CP“ najvyššie odnosy pre repu cukrovú (I.
variant – 13 t/ha, II. variant – 55 t/ha, vatiant plodina – 70 t/ha/rok), podľa Skidmore (I.
variant – 16 t/ha rok, II. variant – 34 t/ha/rok, variant plodina – 37 t/ha/rok). Vysledky
sa líšia aj pre ostatné plodiny v OP 2005. V oboch metodikách sme dosiahli aj rozdielne
výmery ohrozenia pôdy v jednotlivých stupňoch ohrozenia podľa Zachara (1970).
Najviac erodovaných plôch spadá do štvrtej a piatej kategórie (podľa Zachara), čo
142
predstavuje stratu od 15-50 a 50-200 t/ha/rok. Záujmové územie teda patrí medzi
vysoko náchylné k veternej erózie. Je to dané druhom pôdy, ktoré sa na danom území
vyskytujú, ale aj vysokým podielom pestovania širokoriadkových plodín a nízkym
podielom vetrolamov a bariér v území a jeho okolí. Z hľadiska ochrany pôdy pred
veterneou eróziou je osevný postup roku 2006 najnevhodnejší a erózne odnosy v tomro
roku dosiahli najväčšie hodnoty. Navhrli sme preto sieť vetrolamov, kde sme sa snažili
predovšetkým o zníženie nechránenej dĺžky, ktorá v určitých miestach dosahovala
vzdialenosti niekoľkých kilometrov. Ako hranice navrhovaných vetrolamov boli
využívané prírodné už existujúce siete vodných kanálov (Kráľovský kanál, Selický
kanál, Zajarčie, Sládečkovce-Veča), poľné cesty a na miestach kde nebolo možné
využiť prírodný koridor, bola sieť vetrolamov navrhnutá na hranici katastra. Bolo spolu
navrhnutých 7 línií vetrolamov, v celkovej dĺžke 19,6 km. Pri porovnaní eróznych
odnôs pred a po návrhu došlo k zníženiu odnosov vetra v oboch metodikách. Podľa
Skidmore (1986) bolo toto zníženie nižšie ako pri pretodike „CP“ hlavne z dôvodu
parametra nechránenej dĺžky, kde pri „CP“ táto dĺžka vstupuje v plnom rozsahu, zatiaľ
čo v metodike podľa Skidmore je táto dĺžka redukovaná funkciou drnosti a erodibility
pôdy.
Na Slovensku sa modely veternej erózie takmer vôbec nevyužívajú, čo je ale na
škodu veci, pretože pri projektovaní protieróznych opatrení si užívateľ vie rýchlejšie
porovnať rôzne varianty riešenia a ich vplyv na krajinu. Hodnotenie veternej erózie
podľa pôdnych charakteristík bez zahrnutia vplyvu veterných charakteristík je
nedostatočné, keďže vietor ne výrazným eróznym činiteľom v hodnotení prejavov
veternej erózie. Všetky tri testované modeli prejavili veľký potenciál pri hodnotení
prejavov vetra pre podmienky Slovenska. Je na užívateľovi aký spôsob najmä
z hľadiska časových, dátových možností má k dispozícií. Ďalšie výskumné úlohy by
mali smerovať aj k meraniu veternej erózie v teréne, aj keď je tento spôsob oveľa
náročnejší, aby sa dali vypočítané hodnoty porovnať so skutočne nameranými a tak
zhodnotiť presnosť jednotlivých modelov pre podmienky Slovenska.
143
7 Zoznam použitej literatúry1. ANTAL, J. a i. 2000. Hydromeliorácie. Protierózna ochrana poľnohospodárskej
pôdy. Základné ustanovenia - STN 75 4501. Bratislava : SÚTN 2000. 28 s.
2. ATLAS KRAJINY. 2002. MŽP SR Bratislava. 1. vydanie. ISBN 80-88833-27-
2.
3. BAGNOLD, R. A. 1943. The Physics of Blown Sand and Desert Dunes, W.
Morrow a Co., New York, 265 s. ISBN – 10: 0486439313
4. BEDNÁŘ J., a kol. 1993. Meteorologický slovník výkladový terminologický.
Praha: Ministerstvo Životního prostředí ČR.
5. BONDY, E. L. et al. 1980. Computing Soil Erosion by Periods Using Wind-
Energy Distribution. J. Soil Water Conservation. 35: 173-176.
6. CESTA I/75 ŠAĽA – OBCHVAT: SPRÁVA O HODNOTENÍ. 2006. [online]
Dostupné na internete: < http://www.sala.sk/cms/index.php?id=52 >.
7. DEMO, M., BIELEK, P. A KOL. 2000. Regulačné technológie v produkčnom
procese poľnohospodárskych plodín. Nitra: SPU v Nitre v spolupráci s VÚPOP
v Bratislave, 2000. 667 s. ISBN 80-7137-732-5.
8. DEMO, M.-BIELEK, P.-DŽATKO, M. et al. 1998. Usporiadanie a využívanie
pôdy v poľnohospodárskej krajine. Nitra : SPU, VÚPÚ, 1998, 302 s. ISBN 80-
7137-525-X
9. ENGLEHORN, C. L., ZINGG, A. W., WOODRUFF, N . P. 1952. The Effects
of Plant Residue Cover and Clod Structure on Soil Losses by Wind, Soil Science
Society of America, s. 29-33
10. FAO, 1960. Soil Erosion by Wind and Measures for its Control on Agricultural
Lands. FAO Agricultural Development Paper 71, Rome.
11. FRYREAR, D.W. 2001. Wind Erosion Estimates with RWEQ and WEQ. 10th
International Soil Conservation Organization Meeting. Purdue University,
USDA-ARS. 760-765 pp.
12. FRYREAR, D.W., et al. 2000. RWEQ: Improved Wind Erosion Technology. J.
Soil and Water Conserv. 55:183-189.
13. FRYREAR, D.W., SALEH, A. 1996. Wind erosion: Field Lenght. Soil Sci.
161:398-404.
14. FRYREAR, D.W., SALEH., J.D., BILBRO., H.M. 1998. Revised Wind Erosion
Equation (RWEQ). Wind Erosion and Water Conservation Research Unit.
144
USDA – ARS, Southern Plains Area Cropping Systems Research Laboratory.
Technical Bulletin No. 1.
15. GILLEY, J. E., KOTTWITZ, E.R. 1995. Random Roughness Assessment by the
Pin and Chain Method. In: Biological Systems Engineering: Papers and
Publications. Dostupné na internete:
http://digitalcommons.unl.edu/biosysengfacpub/60.
16. Hagen, L.J. 1995. WEPS technical documentation: Erosion submodel. SWCS
WEPP/WEPS Symposium. Ankeny, IA.
17. HUDSON, N. 1973. Soil Conservation. 2. vyd. Ithaca: Cornell university press.
1973, 320 s. ISBN 0-8014-0654-4.
18. CHEPIL, W. S., 1943. The Transport Capacity of the Wind, Spol. Sci., 60, s.
475-480.
19. CHEPIL, W. S., 1957. Width of Field Strips to Control Wind Erosion, Kansas
Agr. Exp. Station, Tech. Bul, 92.
20. CHEPIL, W. S., 1958. Soil Conditions that Influence Wind Erosion, Tech. Bul.
1185, USDA, Washington, 40 s.
21. CHEPIL, W. S., 1959. Wind Erodibility of Farms Fields, Journal of Soil and
Water Conserv., 14, s. 214-219.
22. CHEPIL, W. S., SIDDOWAY, F. H., ARMBRUST, D. V., 1964. Wind
Erodibility of Knoll and Level Terrains, Journal of Soil and Water Conservation,
19, s. 179-181.
23. CHEPIL, W. S., WOODRUFF, N. P. 1963. The Physics od Wind erosion and its
Control. Advances in Agronomy 15:211-302.
24. KARDOUS, M., BERGAMETTI, G., MARTICORENA, B. 2005. Aerodynamic
roughness lenght related to non-aggregatedvtillage ridges in Annales
Geophysicae vol. 23. European Geosciences Union.
25. JAMBOR, P., ILAVSKÁ, B. 1998. Metodika protierózneho obrábania pôdy
Bratislava: MPSR - VÚPÚ, 1998, 70 s. ISBN 80-8536-46-9
26. JŮVA, K. , CABLÍK, J. 1954. Protierosní ochrana půdy. Praha: SZN, 1954, 259
s.
27. LYLES, L. 1983. Erosiove Wind Energy Distributions and Clomatic Factors for
the West. J. Soil Water Conservation 38: 106-109.
28. NOVÁK, V.1989. Výpočet denných úhrnov evapotranspirácie modifikovanou
penmanovskou metódou. In: Referáty, Vodohospodársky časopis 37, č. 1. S.
145
113-129.
29. NRCS, 2009. United States Department of Agriculture. Natural Recources
Conservation Service. Dostupné na internete: <http://soils.usda.gov/>.
30. PASÁK, V. 1970. Větrná eroze půdy. Praha: VÚM, 190 s.
31. PASÁK, V., 1970: Kategorizace oblastí náchylných k vĕtrné erozi, záverečná
správa VÚ A-0-29-23-11.
32. PRAX, A., POKORNÝ, E. 2004. Klasifikace a ochrana půd. Brno: Mendlova
zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2004. 176 s. ISBN 80-7157-746-4.
33. PRIEMYSEL A INFRAŠTRUKTÚRA MESTA ŠAĽA. 2007 [online]
Dostupné na internete: <http://www.sala.sk/cms/index.php?id=318>.
34. ROČNÁ SPRÁVA DUSLO ŠAĽA. 2005. Dostupné na internete:
<www.duslo.sk/docs/vyrocne_ spravy/VS2005.pdf >
35. SALEH, A., FRYREAR, D.W. 2005. Soil roughness for the revised wind
erosion equation RWEQ. USDA-ARS, Big Spring, TX. Dostupné na internete
http://www.csrl.ars.usda.gov/wewc/rweq/app-o.pdf
36. SCHWAB, G., Fangmeier, D. a kol. 1993. Soil and water conservation
engineering. Fourth edition. Wind erosion and control practices. John Wiley &
Sons, Inc. New York.
37. SKIDEMORE, E.L., WOODRUFF, N.P. 1968. Wind erosion forces in the
United States and their Use in Predicting Soil Loss. USDA ARS Agriculture
Handbook No 346, 42 pp, April, 1968.
38. SKIDMORE, E. L. et al. 1970. Computer Equation aids Wind Erosion Control.
Crops and Soils. 22:19-20.
39. SKIDMORE, E.L., NELSON, R.G. 1992. Small-grain Equivalent of Mixed
Vegetation for Wind Erosion Control and Prediction. Agron. J. 84:98-101.
40. STREĎANSKÁ, A. 1999. Využitie máp bonitovaných pôdno-ekologických
jednotiek a oceňovanie pôdy. Nitra: VES SPU, 1999. 144s. ISBN 80-7137-630-
2.
41. STREĎANSKÁ, A., BUDAY, Š. 2006. Bonitácia a cena pôdy. Nitra: SPU
v Nitre, 2006. 160s. ISBN 80-8069-656-X.
42. STREĎANSKÁ, A., BUDAY, Š. 2006. Bonitácia a cena pôdy. SPU Nitra. 183s.
ISBN 80-8069-656-X.
43. STREĎANSKÝ, J. – MASLANKA, K. 1998. Problém veternej erózie a ochrana
pôdy. In: Trvalo udržateľná úrodnosť pôdy a protierózna ochrana. Bratislava:
146
VÚPÚ, 1998, s. 256-259. ISBN 80-85361-36-1.
44. STREĎANSKÝ, J. 1993. Veterná erózia pôdy – ochranný účinok
poľnohospodárskych plodín voči účinkom veternej erózie. Praha: ÚZPI, 1993.
38 s. ISSN 0231-9470
45. STREĎANSKÝ, J. 1993. Veterná erózia pôdy, Nitra: VŠP, 1993. 66 s. ISBN
80-7137-094-0.
46. STREĎANSKÝ, J., 1993. Veterná erózia pôdy – ochranný účinok
poľnohospodárskych plodín voči účinkom veternej erózie. Metodiky pro
zavádení výsledků výzkumu do zemědělské praxe. Ústav zemědělských
a potravinárskych informací. 35 s. ISSN 0231-9470.
47. SUTHERLAND, L.P., TIBKE, G., SPORCIC, M. 2003. WEQ Management
Period Method Wind Erosion Model Worksheet. Excel Spreadsheet model.
Colorado Guidance document. Dostupné na internete:
<http://www.nm.nrcs.usda.gov/technical/tech-notes/agro/ag55.xls>.
48. ŠARAPATKA, B., DLAPA, P., BEDRNA, Z. 2002. Kvalita a degradace půdy.
Olomouc: Univerzita Palackého, 2002. 250 s. ISBN 80-244-0584-9.
49. ŠIMONIDES, I., 2006. Základy geografických informačných systémov. SPU
Nitra. 109 s. ISBN 80-8069-717-5.
50. UNITED STATES DEPARTMENT OF AGRICULTURE, 2002. WEQ Random
Roughness Guidelines. Washington: Department of Agriculture, Soil
Conservation Service. 227 pp.
51. USDA – Agricultural Research Service. 1961. A Universal Equation for
Measuring Wind Erosion. USDA-ARS. 22-69, 22 pp, illus.
52. USDA-ARS. 1996. Technical documentation WEPS. Hagen, J.L. WEPS Project
Leader.
53. USDA-ARS. 2008. SWEEP (Single-event Wind Erosion Evaluation Program.
Wind Erosion Research Unit, Manhattan, Kansas, USA.
54. USDA-ARS. 2008. WEPS 1.0 User manual. Wind Erosion Research Unit,
Manhattan, Kansas, USA.
55. ÚZEMNÝ PLÁN MESTA ŠAĽA. 2004 [online]. Dostupné na internete:
<http://www.sala.sk/cms/index.php?id=217>.
56. VANKOVÁ, V., BALÁŽ, I. 2005. Ekológia environmentálnych
poľnohospodárskych systémov. Nitra: Univerzita Konštantína Filozofa v Nitre,
Fakulta prírodných vied, 2005. 120 s. ISBN 80-8050-908-5.
147
57. VIGIAK,. O., STERK, G. 2003. Spatial modeling of wind speed around
windbreaks. Dostupné na internete:
http://ddr.nal.usda.gov/bitstream/10113/12976/1/IND44038914.pdf.
58. VILČEK, J., HRONEC, O., BEDRNA, Z. 2005. Environmentálna pedológia.
SPU Nitra v spolupráci s VÚPOP Bratislava, 2005. 299s. ISBN 80-8069-501-6.
59. VRÁNA, K. 1977. Stanovení intenzity větrné eroze v podmínkách ČSSR :
kandidátska disertační práce. Praha: ČVUT, 1977. 159 s.
60. VÚPOP, 2008. Pôdny portál. Informačný servis VÚPOP. Dostupné na internete:
<www.podnemapy.sk>.
61. VÚPOP. 2000. Morfogenetický klasifikačný systém pôd Slovenska. Bratislava:
Výskumný ústav pôdoznalectva a ochrany pôdy. 2000. 76 s. ISBN 80-85361-70-
1.
62. WERU (Wind Erosion Research Unit). 1997. Wind Erosion Control. Dostupné
na internete: <www.weru.ksu.edu /ftp.../WEQ_20for_20 Conservation _20
Planning.ppt
63. WILLIAMS, J.R. 1984. A Modeling Approach to Derermining the Relationship
Between Erosion and Soil Productivityy. Transamerican Society of Agricultural
Engineering 27: 129-144.
64. WOODRUFF, N. P., SIDDOWAY, F. H. 1965. A Wind Erosion Equation. Soil
Sci. Soc. Am. Proc. 29: 602-608.
65. WOODRUFF, N.P., ARMBURST, D.V. 1968. A Monthly Climatic Factor for
Wind erosion equation. J. Soil and Water Conserv. 23: 103-104.
66. ZACHAR, D. 1970. Erózia pôdy. 2. vyd. Bratislava: SAV, 1970. 528 s.
67. ZÁKON NR SR č. 220/2004 Z.z. o ochrane a využívanie poľnohospodárskej
pôdy.
68. ZAUJEC, A., CHLPÍK, J., TOBIÁŠOVÁ, E. et al. 2002. Pedológia. Nitra :
SPU, 2002. 98 s. ISBN 80-8069-090-1.
148
8 PrílohyObrázok 1 Príklad 1 realizácie siete vetrolamov v KÚ Melek
Obrázok 2 Príklad 2 realizácie siete vetrolamov v KÚ Melek
Tabuľka 1 Potenciálona ohrozenosť pôd veternou eróziou podľa BPEJ
Tabuľka 2 Osevný postup a agrotechnické úkony 2005-2008
Tabuľka 3 Analýza sond KPP
Mapa 1 Širšie vzťahy
Mapa 2 Pôdne typy
Mapa 3 Pôdotvorný substrát
Mapa 4 Súčasná krajinná štruktúra
Mapa 5 Ohrozenosť veternou eróziou
Mapa 6 Klimatický faktor (jeseň 2004, „CP“, 1993)
Mapa 7 Klimatický faktor (jar 2005, „CP“, 1993)
Mapa 8 Klimatický faktor (jeseň 2004, Skidmore, 1986)
Mapa 9 Klimatický faktor (jar 2005, Skidmore, 1986)
Mapa 10 Faktor erodovateľnosti pôdy
Mapa 11 Vegetačný faktor (2005)
Mapa 12 Vegetačný faktor (2008)
Mapy podľa metodiky „CP“ 1993
Mapa 13 Erózny odnos vetrom (jeseň 2004, I. variant)
Mapa 14 Erózny odnos vetrom (jeseň 2004, II. variant)
Mapa 15 Erózny odnos vetrom (jar 2005, variant plodina)
Mapa 16 Erózny odnos vetrom (jeseň 2005, I. variant)
Mapa 17 Erózny odnos vetrom (jeseň 2005, II. variant)
Mapa 18 Erózny odnos vetrom (jar 2006, variant plodina)
Mapa 19 Erózny odnos vetrom (jeseň 2006, I. variant)
Mapa 20 Erózny odnos vetrom (jeseň 2006, II. variant)
Mapa 21 Erózny odnos vetrom (jar 2007, variant plodina)
Mapa 22 Erózny odnos vetrom (jeseň 2007, I. variant)
149
Mapa 23 Erózny odnos vetrom (jeseň 2007, II. variant)
Mapa 24 Erózny odnos vetrom (jar 2008, variant plodina)
Mapa 39 Erózny odnos vetrom – návrh (jeseň 2005, I. variant)
Mapa 40 Erózny odnos vetrom - návrh (jeseň 2005, II. variant)
Mapa 41 Erózny odnos vetrom – návrh (jar 2006, variant plodina)
Mapa 25 Výberové sondy KPP
Mapa 26a Faktor nechránenej dĺžky
Mapa 26c Faktor nechránenej dĺžky - návrh
Mapy podľa metodiky „Skidmore“ 1986
Mapa 26b Faktor nechránenej dĺžky
Mapa 26d Faktor nechránenej dĺžky - návrh
Mapa 27 Erózny odnos vetrom (jeseň 2004, I. variant)
Mapa 28 Erózny odnos vetrom (jeseň 2004, II. variant)
Mapa 29 Erózny odnos vetrom (jar 2005, variant plodina)
Mapa 30 Erózny odnos vetrom (jeseň 2005, I. variant)
Mapa 31 Erózny odnos vetrom (jeseň 2005, II. variant)
Mapa 32 Erózny odnos vetrom (jar 2006, variant plodina)
Mapa 33 Erózny odnos vetrom (jeseň 2006, I. variant)
Mapa 34 Erózny odnos vetrom (jeseň 2006, II. variant)
Mapa 35 Erózny odnos vetrom (jar 2007, variant plodina)
Mapa 36 Erózny odnos vetrom (jeseň 2007, I. variant)
Mapa 37 Erózny odnos vetrom (jeseň 2007, II. variant)
Mapa 38 Erózny odnos vetrom (jar 2008, variant plodina)
Mapa 42 Erózny odnos vetrom – návrh (jeseň 2005, I. variant)
Mapa 43 Erózny odnos vetrom - návrh (jeseň 2005, II. variant)
Mapa 44 Erózny odnos vetrom – návrh (jar 2006, variant plodina)
150
Obr. 1 [Príklad 1 realizácie siete líniovej vegetácie v k.ú. Melek]
Obr. 2 [Príklad 2 realizácie siete líniovej vegetácie v k.ú. Melek]
151