AGRITECH SCIENCE, 12` Key words: erosion, technical erosion control measures, land consolidation, GIS

Transkript

1 INVENTARIZACE TECHNICKÝCH PROTIEROZNÍCH OPATŘENÍ V RÁMCI KPÚ A JEJÍCH ÚČINNOST NA DLOUHODOBOU ZTRÁTU PŮDY VODNÍ EROZÍ INVENTORY OF TECHNICAL EROSION CONTROL MEASURES IN THE CLM AND ITS EFFICACY ON LONG-TERM SOIL LOSS BY WATER EROSION ABSTRACT V. Kadlec, E. Procházková, M. Tippl, M. Petera Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v.v.i. Land consolidation is an opportunity to organize properly in the ownership relations, to ensure ecological stability of territories, including permanent and effective protection of agricultural land from erosion and floods. The landscaping can be designed a system of technical erosion control measures (TECM), which would otherwise be unrealizable for farmers due to high financial costs and unsettled ownership relations. TECM are highly multifunctional, because they almost always reduce surface runoff, divide too long and sloping land, soil washed away by capture, protect urban communities and roads from damage caused by surface runoff and soil washed away, and can solve the continuous and effective protection of the soil block. In 2009 it started a project NAZV QI91C008 Optimization of process engineering design of erosion control measures, one of whose aims is to make an inventory of existing TECM in the Czech Republic. The most common technical elements are implemented erosion ditches and furrow and the protective tanks, which mainly performs the function of flood control. For each measure, was prepared inventory card and their effectiveness was evaluated using GIS. Key words: erosion, technical erosion control measures, land consolidation, GIS ÚVOD V poslední době jsou na našem území čím dál víc viditelnější dva extrémy počasí sucho a vydatné deště. Přinášejí s sebou řadu nepříjemnosti erozi půdy a povodně. Proces eroze půdy je přírodní proces, který nelze zcela zastavit. Rozlišujeme erozi normální neboli geologickou a erozi zrychlenou. Zrychlená eroze půdy ochuzuje zemědělské půdy o nejúrodnější část ornici, zhoršuje fyzikálně-chemické vlastnosti půd, zmenšuje mocnost půdního profilu, zvyšuje štěrkovitost, snižuje obsah živin a humusu, poškozuje plodiny a kultury, znesnadňuje pohyb strojů po pozemcích a způsobuje ztráty osiv a sadby, hnojiv a přípravků na ochranu rostlin. Navíc transportované půdní částice a na nich vázané látky znečišťují vodní zdroje a zanášejí akumulační prostory nádrží, snižují průtočnou kapacitu toků, vyvolávají zakalení povrchových vod, zhoršují prostředí pro vodní organismy, zvyšují náklady na úpravu vody a těžbu usazenin. Proto je účelné zaměřit se na hledání způsobů lepšího hospodaření s omezenými vodními zdroji ČR, ochranu půdy zejména před erozí a ochranu intravilánů obcí před zvýšeným povrchovým odtokem a splaveninami. Protierozní ochranu je třeba nejen chápat, ale také realizovat jako komplexní systém opatření organizačního, agrotechnického a technického charakteru. Prvním krokem pro zajištění protierozní i protipovodňový ochrany by mělo být vytvoření v krajině takových podmínek, které využijí všech dostupných možností zadržet dešťovou vodu a zpomalit povrchový odtok, resp. ho transformovat na podpovrchový. K tomu slouží hlavně opatření organizačního a agrotechnického charakteru. Pokud nelze těmito opatřeními dosáhnout dostatečné protierozní ochrany, teprve pak je dalším krokem použití technických protierozních opatření (TPEO). TPEO jsou výrazně multifunkční, protože prakticky vždy ovlivňují nejen erozní a transportní procesy, ale i povrchový a následně soustředěný odtok. Přispívají tedy nejen k ochraně půdy, ale zajišťují především bezpečnou ochranu cenných částí území, jakými jsou intravilány obcí, vodní zdroje apod. Od opatření organizačního a agrotechnického charakteru se odlišují především tím, že se jedná zpravidla o inženýrské dílo, které musí být náležitě navrženo a dimenzováno včetně schvalovacího procesu, který zahrnuje i vydání stavebního povolení a končí kolaudací. V odborné literatuře jak tuzemské, tak především světové existuje celá široká škála TPEO, v domácí praxi však je užíváno velmi omezené spektrum prvků. Když říkáme o TPEO, tak vždy hovoříme také o protipovodňových opatřeních, protože opatření na ochranu půdy před účinky vodní erozí mají prakticky vždy protipovodňový efekt a naopak. V zásadě se jedná o: příkopy, průlehy, meze a hrázky, terasy a nádrže. Kromě toho pak jejich nejrůznější kombinace a přechodové prvky. Tato opatření jsou navrhována zejména v rámci pozemkových úprav, vytvářejí spolu s dalšími opatřeními plán společných opatření a základní kostru protierozní ochrany v území. Pozemkové úpravy jsou od počátku realizace v roce 1991 chápány jako nástroj vytváření podmínek pro racionální uspořádání vlastnických vztahů k zemědělským a lesním pozemkům s ohledem na hospodaření a na potřeby krajiny. Současná i perspektivní úloha v pozemkových úpravách vyplývá ze zákona o půdě (zákon č.229/1991 Sb. ve znění pozdějších předpisů). Co je účelem pozemkových úprav, lze uvést připomenutím základního ustanovení zákona č.139/2002 Sb., o pozemkových úpravách a pozemkových úřadech 1

2 a o změně zákona č. 229/1991 Sb., ve znění pozdějších předpisů, což je vlastně definice pozemkových úprav ( 2): Pozemkovými úpravami se ve veřejném zájmu prostorově a funkčně uspořádávají pozemky, scelují se nebo dělí a zabezpečuje se jimi přístupnost a využití pozemků a vyrovnání jejich hranic tak, aby se vytvořily podmínky pro racionální hospodaření vlastníků půdy. V těchto souvislostech se k nim uspořádávají vlastnická práva a s nimi související věcná břemena. Současně se jimi zajišťují podmínky pro zlepšení životního prostředí, ochranu a zúrodnění půdního fondu, vodní hospodářství a zvýšení ekologické stability krajiny. Výsledky pozemkových úprav slouží pro obnovu katastrálního operátu a jako nezbytný podklad pro územní plánování. Výsledky pozemkových úprav slouží pro obnovu katastrálního operátu a jako závazný podklad pro územní plánování. Součástí pozemkové úpravy je tzv. plán společných zařízení, který tvoří budoucí kostru uspořádání zemědělské krajiny a je tedy jakousi formou krajinného plánu uvnitř pozemkové úpravy. Jde zejména o zpřístupnění pozemků. Důležitou součástí plánu jsou protierozní a protipovodňová opatření a opatření k ochraně a tvorbě životního prostředí. Opatření mají zpravidla polyfunkční charakter, plní tedy současně více funkcí. Pozemkové úpravy představují vždy velkou šanci pro řešení území jak vhodně uspořádat vlastnické vztahy k pozemkům, tak z velké části vyřešit problém eroze a povodní. Proces komplexních pozemkových úprav (KPÚ) je však poměrně zdlouhavý a příliš komplikovaný. Z toho důvodu jsou KPÚ podle statistik MZe (rok 2010) ukončené jenom na necelých 9% katastrů a celkově se dosud řešily nebo řeší jenom na 31% katastrech. Proces pozemkových úprav v ČR se po dvaceti letech dostal do situace, kdy je pozornost odborné veřejnosti směřovaná na vyhodnocení efektivity společných zařízení. V roce 2009 byl proto zahájen projekt NAZV QI91C008 Optimalizace postupu navrhování technických protierozních opatření, na jehož řešení se podílí VÚMOP, v.v.i. jako koordinátor a FSv ČVUT v Praze a FŽP ČZU Praha jako spoluřešitelé. Cílem projektu je provést inventarizaci existujících a plánovaných TPEO v ČR s výjimkou polních cest. Na tuto inventarizaci navazuje kategorizace protierozních opatření technického charakteru s rozdělením na základní typy a bude obsahovat vyjádření k jejich ochrannému účinku z hlediska snížení ztrát půdy erozí, velikosti povrchového odtoku a nákladovosti na jejich výstavbu, včetně možnosti jejich využití k zlepšení stavu krajiny a ochrany přírody. Součástí řešení bude i výběr vhodných výpočetních nástrojů a metod hodnocení eroze a navrhování TPEO, včetně posouzení aplikovatelnosti a zpracování postupů použití vhodných nástrojů pro různá měřítka a rozsahy řešení a doporučení metod i konkrétních prvků TPEO pro regiony ČR. Opatření technického charakteru jsou v dnešní době budována většinou v místech, kde probíhají KPÚ. Přitom některé katastry, kde doposud nebyly pozemkové úpravy realizovány a ani v současnosti neprobíhají, mohou být mnohonásobně ohroženější jak z pohledu erozních škod, tak z pohledu škod způsobených povrchovým odtokem a transportem sedimentů. Je tedy důležité lokalizovat nejohroženější části území a v nich pak navrhnout ochranná opatření přesnějšími metodami vhodnými pro detailní měřítko a využít tak finanční prostředky určené na ochranu a prevenci před lokálními povodněmi a škodami erozí efektivněji (Kadlec et. al, 2011). MATERIÁL A METODY Inventarizace realizovaných TPEO na zemědělské půdě byla provedena za podpory Ústředního pozemkového úřadu a jednotlivých pozemkových úřadů (PÚ) s využitím informací formou dotazníku. Inventarizace je prvním krokem pro vytvoření centrální databáze, která bude shromažďovat realizovaná a připravovaná TPEO. Bude sloužit jako zpětná vazba a k hodnocení jednotlivých akcí s cílem zlepšit způsoby navrhování či poskytnout informace o funkci jednotlivých prvků nebo nejčastějších chybách při návrhu nebo realizaci. Na základě informací z dotazníků byli osloveni pracovníci PÚ, kterým patří díky za jejich ochotu a spolupráci při zpřístupnění projektové dokumentace. Řešitelé projektu pak každý PÚ navštívili a z poskytnuté dokumentace zjistili parametry jednotlivých opatření. Inventarizace probíhala na celém území ČR. Následně bylo každé opatření navštíveno v terénu a byl zdokumentován jeho současný stav. Pro každé realizované opatření byla vyhotovena inventarizační karta. Inventarizační karty obsahují základní informace o umístění TPEO, souřadnice GPS, příslušnost pozemkového úřadu a k.ú. Dále informace o projektantovi, investorovi, náklady na projekt a realizaci. Je přiložena přehledná mapka v měřítku 1: Následují informace z projektové dokumentace. U realizovaných TPEO je zde navíc účel stavby, posouzení skutečného stavu oproti projektové dokumentaci, současný stav a zhodnocení funkce, poznámky z místního šetření. U hydrografických prvků jsou zde uvedeny informace o charakteristice povodí. Ke každé inventarizační kartě je přiložena také fotodokumentace. V příštích letech je cílem převést inventarizační karty do GIS vrstvy a zpřístupnit v rámci WMS služeb veřejnosti. Při řešení protierozní ochrany je někdy složité rozhodnout, kdy je nutné realizovat technické opatření a kdy jsou vhodnější pouze agrotechnická a organizační opatření. K tomu nám výborně poslouží nástroje GIS, které jsme také využili pro výpočet posouzení a účinnosti realizovaných TPEO na zemědělské půdě. Bylo vybráno prostředí ArcGIS s jeho nadstavbami. Liniové prvky, jako příkopy, průlehy, meze atd. byly zakresleny formou linií a plošné prvky jako nádrže, zatravněné údolnice atd. formou polygonu. Výpočet probíhal na erozně uzavřených celcích. Účinnost TPEO je vyjadřována přerušením odtokové linie, tím pádem se zkrátila délka svahu a byla porovnána se stavem před realizací těchto opatření. VÝSLEDKY VÚMOP, v.v.i., ve spolupráci s pracovníky FSv ČVUT a studenty ČZU a ČVUT provedl v rámci výzkumného úkolu, který probíhá již třetím rokem inventarizaci TPEO na zemědělské půdě realizovaných v rámci pozemkových úprav. Za toto období byly vyhodnoceny téměř všechny ukončené 2

3 KPÚ za posledních 20 let v ČR. S výjimkou opatření realizovaných pod PÚ Jihlava, odkud se nám nepodařilo získat potřebné informace. Přehled realizovaných TPEO v rámci KPÚ je znázorněn na Obr. č. 1. Pro jednotlivá opatření jsme v terénu pořídili GPS souřadnice a zaznamenali jejich přesnou polohu do mapy ČR. Obr. č. 1: Mapa realizovaných TPEO v rámci pozemkových úprav v ČR Proces KPÚ je poměrně zdlouhavý a příliš komplikovaný. Z toho důvodu jsou KPÚ podle statistik MZe (rok 2010) ukončené jenom na necelých 9 % katastrů. Z provedené inventarizace vyplývá, že ze 77 pozemkových úřadů (bývalých okresů) v 33 nebyly doposud realizovány žádná protierozní opatření technického charakteru (stav ke konci roku 2010). Samozřejmě jedná se jenom o informace ukončených KPÚ s realizací. Přehled četnosti jednotlivých realizovaných TPEO je přehledně znázorněn na Obr. č. 2. Obr. č. 2: Četnost realizací jednotlivých technických opatření v rámci pozemkových úprav do konce roku

4 Do konce roku 2010 bylo v rámci pozemkových úprav realizováno pouze 205 opatření technického charakteru (do tohoto počtu se nezapočítala opatření v okrese Jihlava, odkud jsme nedostali informace). V rámci pozemkových úprav se do plánu společných zařízení často projektuje a realizuje nové trasování cestní sítě, které je opatřeno příkopy a často tak plní protierozní funkci. Do inventarizace však vyhodnocování cestní sítě jako TPEO nebylo zahrnuto. Nejčastějším liniovým opatřením jsou příkopy (75) a průlehy (28) a v rámci polygonových to jsou ochranní nádrže, které ale plní hlavně protipovodňovou ochranu. Mezi ochranné nádrže tady patří protierozní (retenční) nádrž (30) a poldry (24). Opatření technického charakteru byla realizována jenom v 186 katastrech. Tento stav je žalostný hlavně z toho důvodu, že na rozdíl od okolních zemí u nás zatím jsou pozemkové úpravy plně hrazené státem. Jinde na ně přispívají obce a také samotní vlastníci. V našich podmínkách se má za to, že to byl stát, který kdysi zamezil vlastníkům přístupy na pozemky rozoráním cest, dále poškodil ekologické vztahy v rámci vytváření podmínek pro hospodaření velkých zemědělských družstev a to bez ohledu na vlastnictví. Proto má dnes snahu zejména ze svých prostředků poměry v zemědělské krajině opět napravit. Od roku 2003 se ve finanční oblasti poměrně významně promítají zdroje EU. Stav dokončení a realizací KPÚ je znázorněny na Obr. č. 3 ze zdrojů Mze. Obr. č. 3: Přehled realizací komplexních pozemkových úprav v ČR (zdroj eagri.cz) Pro každé realizované TPEO jsme připravili inventarizační kartu se základními údaji. Inventarizační karty obsahují základní informace o umístění TPEO, souřadnice GPS, příslušnost pozemkového úřadu a k.ú. Dále informace o projektantovi, investorovi, náklady na projekt a realizaci. Je přiložena přehledná mapka v měřítku 1: Následují informace z projektové dokumentace. U realizovaných protierozních opatření je zde navíc účel stavby, posouzení skutečného stavu oproti projektové dokumentaci, současný stav a zhodnocení funkce, poznámky z místního šetření. U hydrografických prvků jsou zde uvedeny informace o charakteristice povodí. Ke každému inventarizačnímu listu realizovaných TPEO je přiložena fotodokumentace. Pro názorní příklad zhotovení inventarizačních karet a zhodnocení účinnosti protierozních opatření jsme zvolili okres Trutnov, kde byly ukončeny KPÚ v 9 katastrech. Z nich jenom ve 4 katastrech byly také realizovány TPEO viď Obr. č. 4. Na podkladě ortofoto mapy jsme zaměřili přesné polohy realizovaných TPEO rozdělených podle jednotlivých kategorií. Jako příklad inventarizační karty vytvořené na základě informací PÚ Trutnov a terénního průzkumu představujeme realizaci ochranné nádrže v k.ú. Bojiště u Trutnova (Obr. č. 5). V rámci řešeného projektu máme takhle vytvořeny mapy a inventarizační karty pro všechna realizována opatření. 4

5 Obr. č. 4: Mapa realizovaných TPEO na podkladě ortofoto snímky Obr. č. 5: Příklad inventarizační karty k. ú. Bojiště u Trutnova, ochranní nádrž 5

6 Následujícím krokem po inventarizaci je vyhodnocení účinnosti realizovaných technických prvků na průměrnou dlouhodobou ztrátu půdy erozí. Pro tento účel jsme vybrali prostředí GIS s jeho nadstavbami. Pro hodnocení účinnosti TPEO vycházíme z vrstvy Potenciální ohroženost zemědělské půdy vodní erozí vyjádřené dlouhodobým průměrným smyvem půdy (G), kterou zpracoval VÚMOP, v.v.i. a publikoval na svém serveru Tato vrstva vychází z rovnice USLE (Wischmeier, Smith, 1978) s využitím faktoru ochranného vlivu vegetace C dle klimatických regionů (Toman et. al 2002). Vyjadřuje hodnoty dlouhodobého průměrného smyvu půdy pro jednotlivé produkční bloky LPIS a je v rozlišení 10 m. Celkový přehled erozní ohroženosti půd vodní erozí pro okres Trutnov po započtení vrstvy realizovaných TPEO je znázorněn na Obr. č. 6, kde jsou také vyznačeny katastry s rozpracovanými nebo ukončenými KPÚ. Obr. č. 6: Účinnost TPEO na dlouhodobou průměrnou ztrátu půdy vodní erozí PÚ Trutnov Obr. č. 7: Účinnost realizovaných TPEO na dlouhodobou průměrnou ztrátu půdy vodní erozí příklad protierozního příkopu a hrázky (detailní měřítko) 6

7 Na Obr. č. 7 jsou vyznačeny v detailním měřítku 2 protierozní opatření technického charakteru v katastrech Bojiště u Trutnova (protierozní příkop) a Dolní Brusnice (protierozní hrázka). Na obrázcích vlevo je vypočtena potenciální ztráta půdy erozí před realizací opatření a vpravo po jejich realizaci. Jak je již z obrázků patrné, účinnost těchto opatření se kladně projevila na snížení odnosu půdy na pozemcích pod nimi. Těmito liniovými prvky jsme zkrátili délku svahu (dráhu soustředěného povrchového odtoku) a tím jsme snížili hodnotu L/S faktoru v univerzální rovnici. Avšak ani tato opatření jako samostatné prvky nevyřeší dostatečně ohroženost území vodní erozí. Proto je důležité při řešení protierozní ochrany vycházet ze zásady, že protierozní ochrana je komplexní systém opatření organizačního, agrotechnického a technického charakteru, ve kterém by použití technických protierozních opatření mělo být jeho posledním krokem. Podrobné statistické vyhodnocení účinnosti všech realizovaných TPEO s doplněním o výpočet erozní ohroženosti s dalšími prvky protierozní ochrany navrhnutými v rámci pozemkových úprav, bude součástí následujícího roku řešení projektu NAZV. ZÁVĚR Problematika protierozní ochrany je velmi složitý proces. Představuje komplexní systém opatření organizačního, agrotechnického a technického charakteru. Při řešení ochrany půdy před erozí je potřebné mít na paměti v prvním řadě vytvoření v krajině takových podmínek, které využijí všech dostupných možností zadržet dešťovou vodu a zpomalit povrchový odtok, resp. ho transformovat na podpovrchový. K tomuto slouží hlavně opatření organizačního a agrotechnického charakteru. Pokud nelze těmito opatřeními dosáhnout dostatečné protierozní ochrany, teprve pak je dalším krokem použití technických protierozních opatření. TPEO jsou výrazně multifunkční, protože prakticky vždy ovlivňují nejen erozní a transportní procesy, ale i povrchový a následně soustředěný odtok. Přispívají tedy nejen k ochraně půdy, ale zajišťují především bezpečnou ochranu cenných částí území, jakými jsou intravilány obcí, vodní zdroje apod. TPEO se u nás nejčastěji realizují prostřednictvím pozemkových úprav v rámci plánu společných zařízení. Pozemkové úpravy proto představují vždy velkou šanci pro řešení území jak vhodně uspořádat vlastnické vztahy k pozemkům, tak z velké části vyřešit problém eroze a povodní. Oproti okolním zemím máme ještě výhodu v tom, že u nás jsou pozemkové úpravy plně hrazené státem. Jinde na ně přispívají obce a také samotní vlastníci. Bohužel proces KPÚ je poměrně zdlouhavý a příliš komplikovaný. V rámci projektu NAZV Optimalizace postupu navrhování technických protierozních opatření byla zpracována inventarizace TPEO na zemědělské půdě realizovaná v rámci KPÚ. Takto vytvořená databáze realizovaných TPEO s popisem jejich technických parametrů, včetně vyhodnocení jejich vhodnosti a aplikovatelnosti v různých morfologických, půdních a agrotechnických podmínkách povodí poslouží k následující kategorizaci základních prvků TPEO a sjednocení názvosloví v rámci ČR. Tato vrstva realizovaných TPEO poslouží k přesnějšímu výpočtu erozní ohroženosti půd ČR a bude včleněna do LPIS a vrstvy GAEC. Předpokládá se, další spolupráce s pozemkovými úřady při pravidelné aktualizaci této vrstvy v dalších letech. PODĚKOVÁNÍ Příspěvek byl vytvořen s podporou projektu NAZV QI91C008 Optimalizace postupu navrhování technických protierozních opatření. SEZNAM CITOVANÝCH PRACÍ Kadlec, V., Procházková, E., Dostál, T., Krása, J., Vrána, K., Kavka, P., Zandler, D.: Optimalizace návrhů technických protierozních opatření, Vodní hospodářství, 2011, č. 6, s , ISNN Toman, F., Kadlec, M.: Závislost faktoru protierozní účinnosti vegetačního pokryvu C na klimatickém regionu, In: Bioklima - Prostředí - Hospodářství, 2002, s , ISBN Wischmeier, W. H., Smith, D. D.: Predicting Rainfall Erosion Losses A Guide to Conservation Planning, Agr. Handbook, 537, US Dept. of Agriculture, Washington, Zákon 229/1991 Sb., o úpravě vlastnických vztahů k půdě a jinému zemědělskému majetku Zákon 139/2002 Sb., o pozemkových úpravách a pozemkových úřadech a o změně zákona č. 229/1991 Sb., o úpravě vlastnických vztahů k půdě a jinému zemědělskému majetku, ve znění pozdějších předpisů 7

8 ` ABSTRACT Pozemkové úpravy (PÚ) představují příležitost, jak v území vhodně uspořádat vlastnické vztahy, zajistit ekologickou stabilitu území včetně trvalé a účinné ochrany zemědělské půdy před erozí a povodněmi. V rámci PÚ může být navržen systém technických protierozních opatření (TPEO), která by jinak byla pro zemědělce nerealizovatelná z důvodu vysokých finančních nákladů a nevypořádaných vlastnických vztahů. TPEO jsou výrazně multifunkční, protože prakticky vždy omezují povrchový odtok, rozdělují příliš dlouhé a svažité pozemky, zachycují smytou zeminu, chrání intravilány obcí a komunikací před škodami způsobené povrchovým odtokem a smytou zeminou a mohou vyřešit trvalou a účinnou ochranu půdního bloku. V roce 2009 byl zahájen projekt NAZV QI91C008 Optimalizace postupu navrhování technických protierozních opatření, jehož jedním z cílů je provést inventarizaci existujících TPEO v ČR. Nejčastějším realizovaným technickým prvkem jsou protierozní příkopy a průlehy a pak ochranné nádrže, které plní hlavně protipovodňovou funkci. Pro každé opatření byla vyhotovena inventarizační karta a jejich účinnost byla vyhodnocena pomocí GIS. Key words: eroze půdy, technická protierozní opatření, pozemkové úpravy, GIS Kontaktní adresa: Ing. Václav Kadlec, Ph.D. Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v.v.i. Žabovřeská 250, Praha 5 Zbraslav tel.: kadlec.vaclav@vumop.cz Recenzovali: doc. Ing. B. Cagaš, CSc., Ing. J. Matoušek, Ph.D. 8