Protierozní ochrana 10. cvičení Téma: Protierozní opatření druhy PEO, jejich návrh a posouzení 143YPEO ZS 2015/2016 2 + 3; z,zk
Vedoucí cvičení Devátý Jan, Ing. Laburda Tomáš, Ing. Neumann Martin, Ing. Kontakt: Místnost B670 jan.devaty@fsv.cvut.cz, tomas.laburda@fsv.cvut.cz, martin.neumann@fsv.cvut.cz Konzultační hodiny: Čt 10:00-11:30 Webové stránky předmětu: http://storm.fsv.cvut.cz/ Sekce Pro studenty / online přednášky a cvičení / YPEO
Základní principy PEO: Protierozní opatření se navrhují s cílem omezit negativní důsledky působení erozního procesu na půdu, vodní zdroje, intravilán, apod., dále pak za účelem regulace odtokového režimu a zvýšení ekologické stability území. 1. Ochrana půdy před přímým účinkem dešťových kapek a působením povrchového odtoku Na výrazných svazích s přihlédnutím k náchylnosti půd trvalé ochranné zatravnění nebo zalesnění (delimitace využití půdy) Pěstování vhodných plodin (delimitace kultur) Použití vhodných agrotechnických postupů 2. Zamezení soustřeďování plošného povrchového odtoku Nepřekročení přípustné délky svahu Zachycení povrchového odtoku a zajištění jeho infiltrace nebo bezpečného odvedení do recipientu 3. Zabezpečení míst přirozeného soustřeďování povrchového odtoku Zatravnění a údržba údolnic Ochrana hydrografické sítě před vstupem sedimentu
Dělení protierozních opatření Organizační Pouze rozvržení pozemků, druhů porostů a kultur. Minimální stavební zásahy, přírodě blízká opatření nejlevnější. Často ale administrativně nesmírně náročná až nemožná realizace. Př: ochranné zatravnění, protierozní rozmisťování plodin, změna tvaru a velikosti pozemků Agrotechnická a vegetační V rámci orné půdy, stanovení protierozních agrotechnických postupů. Nulové stavební zásahy, přírodě blízká opatření. ALE náročnější hospodaření, často vyžadující speciální agrotechniku dražší Př: vrstevnicové obdělávání, bezorebné setí, mulčování, ochranná plodina v meziřadí Technická Umělé prvky pro zachycení a/nebo odvedení povrchového odtoku. Přírodě blízká až čistě technická opatření. Vysoce efektivní, ALE drahá a náročná na administrativní vypořádání pozemků. Př: terasy, průlehy, příkopy, hrázkování
NÁROČNOST Dělení protierozních opatření Organizační Agrotechnická a vegetační Technická Jednotlivé druhy PEO spolu často souvisí - např. pro rozdělení pozemků je třeba vytvořit dělicí prvek (cestu, mez, příkop). Proto je třeba navrhovat PEO komplexně a pro každé území individuálně, nelze vypracovat žádný jednoznačný postup. Snahou je vytvořit co nejjednodušší systém dostatečně účinných opatření s co nejméně rušivými zásahy do krajiny a nejnižšími náklady na realizaci. V rámci cvičení budeme navrhovat (bio)technická opatření v kombinaci s některými organizačními. V následujícím přehledu budou pro přehled uvedeny všechny druhy, zvýrazněna budou ta opatření, jejichž užití budeme v rámci cvičení preferovat.
Dělení protierozních opatření Organizační Delimitace půdy ochranné zalesnění - svahy se sklonem nad 30% - půdy nevhodné pro zemědělské využití (zamokřené, strže, balvanité svahy ) - půdy s nevyvinutým půdním profilem dle HPJ Delimitace půdy ochranné zatravnění - svahy se sklonem nad 20% - mělké půdy na svazích 10 20%, identifikace dle HPJ - prameniště, zamokřené těžké půdy identifikace terénním průzkumem + HPJ - OP v nadmořské výšce nad 800 850 m.n.m. - sedimentační pásy podél břehů vodních toků a nádrží o šířce 15 30 m - zatravnění údolnic, pokud nejsou nutné terénní úpravy (jinak TPEO) - doprovodné travní pásy podél liniových TPEO viz později
Dělení protierozních opatření Organizační Delimitace půdy ochranné zalesnění / zatravnění Sklonitostní rozbor při daném měřítku mapy určete limitní rozestupy vrstevnic pro sklony 20% resp. 30% a zkontrolujte výskyt takto sklonitých svahů v rámci vašeho řešeného území
Dělení protierozních opatření Organizační Delimitace půdy ochranné zalesnění / zatravnění Delimitace kultur na orné půdě na svazích do 20% - svahy do 5% = pozemky mírně ohrožené lze pěstovat širokořádkové plodiny (okopaniny, kukuřici) - svahy od 5% do 10% = pozemky středně ohrožené lze pěstovat obiloviny, řepku, len; širokořádkové plodiny jen v kombinaci s agrotechnickými nebo biotechnickými opatřeními - svahy od 10% do 20% = pozemky výrazně ohrožené lze pěstovat pouze úzkořádkové plodiny. Ostatní jen v kombinaci s agrotechnickými nebo biotechnickými opatřeními Okomentujte v souhrnné zprávě, zda je vzhledem ke sklonitosti území (orientačně podle průměrného sklonu charakteristických profilů) použit vhodný osevní postup. V případě nevyhovující plodiny konstatujte nevhodný osevní postup a navrhněte nový osevní postup novou maximální hodnotu C faktoru a odpovídající typ plodin.
Dělení protierozních opatření Organizační Delimitace půdy ochranné zalesnění / zatravnění Delimitace kultur na orné půdě na svazích do 20% Pásové střídání plodin Střídání různě širokých pásů plodin erozně nebezpečných a plodin s vyšším protierozním účinkem (obilniny, případně i travní porost) - vrstevnicové pásy - pásy s odklonem od vrstevnic do 30 Nebudeme navrhovat z důvodů: - Složité obdělávání, obzvlášť v členitých územích - Obtížně kvantifikovatelný účinek - Při odklonu od vrstevnic nebezpečí vzniku preferenčních drah odtoku na rozhraní pásů
Dělení protierozních opatření Organizační Delimitace půdy ochranné zalesnění / zatravnění Delimitace kultur na orné půdě na svazích do 20% Pásové střídání plodin Tvar a velikost pozemku - Účelné přerozdělení a nové uspořádání pozemků se zemědělskou půdou. - Změna tvaru a velikosti pozemku je součástí pozemkových úprav (PÚ). ČR Rak.
Tvar a velikost pozemku - zásady
Tvar a velikost pozemku - zásady - ideální tvar = obdélník s poměrem stran 1:2 1:3, případně mnohoúhelník s dvěma nejdelšími stranami ve směru vrstevnic, vnitřní úhel ideálně > 60 - velikost pozemku podle sklonu svahu do 10% (30 35 ha), 10-15% (20 25 ha), 15% (8 10 ha) minimální velikost 2 ha nad 30 ha již zůstává efektivita hospodaření stejná, ale roste erozní ohroženost minimální rozměr pozemku cca 100x100 m kvůli obdělávání - situování pozemku paralelně s vrstevnicemi (dobré podmínky pro vrstevnicové obdělávání) - přístupnost k pozemku: min. z 1 strany (cestní síť) - Změnu tvaru a velikosti pozemku ovlivní délku odtokových drah a tím hodnotu L faktoru. Proto ji budeme v rámci cvičení navrhovat pouze v návaznosti na biotechnická opatření v ohrožených profilech. Neohrožené pozemky nedělte! - Pokud rozdělením pozemku dojde k odříznutí přístupu na jeho část, navrhněte přístupovou cestu viz technická opatření
Dělení protierozních opatření Agrotechnická a vegetační Nemění se tvar ani velikost pozemků, neprovádí se žádné technické zásahy do terénu. Pouze opatření upravující způsoby obdělávání. Velké množství možných postupů a kombinací. Často vyžadují pořízení speciální agrotechniky. Výsev do ochranné plodiny, strniště, mulče nebo posklizňových zbytků mulčování meziřadí širokořádkové plodiny výsev do strniště
Agrotechnická opatření: - cukrovka s krycí plodinou -setí do strniště = bezorebné setí (předešlá plodina: pšenice ozimá) -obilní řádky zaseté v nakypřených stopách traktoru
Dělení protierozních opatření Agrotechnická a vegetační Nemění se tvar ani velikost pozemků, neprovádí se žádné technické zásahy do terénu. Pouze opatření upravující způsoby obdělávání. Velké množství možných postupů a kombinací. Často vyžadují pořízení speciální agrotechniky. Výsev do ochranné plodiny, strniště, mulče nebo posklizňových zbytků Krátkodobé porosty v meziřadí, zatravnění meziřadí ozimé žito ve vinici kukuřice současně setá s žitem ozimým
Dělení protierozních opatření Agrotechnická a vegetační Nemění se tvar ani velikost pozemků, neprovádí se žádné technické zásahy do terénu. Pouze opatření upravující způsoby obdělávání. Velké množství možných postupů a kombinací. Často vyžadují pořízení speciální agrotechniky. Výsev do ochranné plodiny, strniště, mulče nebo posklizňových zbytků Krátkodobé porosty v meziřadí, zatravnění meziřadí Hrázkování a důlkování půdy Nebudeme navrhovat z důvodů: - Obtížně kvantifikovatelný účinek (ovlivnění C-faktoru stále předmětem výzkumu) - Potřebná odbornost v oblasti agrotechniky a konkrétní návrh postupů individuálně pro každé řešené území a zemědělský subjekt - Časová kapacita cvičení soustředíme se na technická a organizační opatření
Dělení protierozních opatření (Bio)Technická - TPEO Protierozní meze - Funkce protierozní, ekologická, estetická - Vznikaly historickými způsoby hospodaření, v 50.letech rozorány. Umělá realizace složitá v rámci cvičení nepoužijeme
Dělení protierozních opatření (Bio)Technická - TPEO Protierozní meze Průlehy - přejezdné široké mělké příkopy s funkcí záchytnou, sběrnou a svodnou - často zpevněny trvalou vegetací (zatravněn), přejezdný - vrstevnicově vedené nebo s mírným odklonem, dle funkce záchytné ochrana pozemku před vnější vodou, sběrný i svodný sběrné - vsakovací 0 1% podélný sklon, propustné půdy, možno přidat drenáž vhodné pro zajištění obdělávatelnosti - odváděcí zpravidla zaústěny do zatravněných údolnic nebo zpevněných příkopů zatravněné dráhy soustředěného odtoku svodné
Dělení protierozních opatření (Bio)Technická - TPEO Protierozní meze Průlehy - záchytné - sběrné vsakovací odváděcí - svodné PRŮLEH (s ozeleněním) Podmínky pro použití: Charakter pozemku: Pravidelné méně svažité pozemky s malou členitostí Sklon svahu: Do 10% (max. 12%) Návrh situace : Jednotlivý prvek, nebo soustava vrstevnicově orientovaných (nebo s malým odklonem od vrstevnic) paralelních průlehů s maximální osovou vzdáleností = L P. Vsakovací průleh neumísťovat nad infrastrukturu či zástavbu
Dělení protierozních opatření (Bio)Technická - TPEO Protierozní meze nepoužijeme Průlehy použijeme Příkopy použijeme - menší umělé otevřené koryto, sloužící k odvádění povrchové vody - hlubší než průlehy, strmé břehy nepřejezdné, ale realizovatelné i na svazích o vyšších sklonech (nad 10%). - Větší podélné sklony, rychlost proudění často nutné technické opevnění - Jednotlivý prvek, nebo soustava paralelních průlehů s maximální osovou vzdáleností = L P. - Příkop nenavrhovat jako vsakovací bez odklonu od vrstevnic
Dělení protierozních opatření (Bio)Technická - TPEO Protierozní meze nepoužijeme Průlehy použijeme Příkopy použijeme Hrázky nepoužijeme Terasování nepoužijeme
Dělení protierozních opatření (Bio)Technická - TPEO Protierozní meze nepoužijeme Průlehy použijeme Příkopy použijeme Hrázky nepoužijeme Terasování nepoužijeme Zatravněné údolnice použijeme, v příštích cvičeních Polní PEO cesty použijeme jen v případě nutnosti zpřístupnění pozemků
Polní cesty s protierozní funkcí
Polní cesty s protierozní funkcí Funkce cest = dopravní, vodohospodářská (odvedení vody) a ochranná (zachycení objemu vody) - jsou-li vybaveny cestním příkopem situovaným na straně proti svahu. Trasa polních cest - v přímkách, změna směru se provádí zpravidla v lomech nivelety - niveleta kopíruje terén vyhnout se vedení cesty v násypu nebo v zářezu - max. sklon nivelety polní cesty a příkopu: 10%, min. sklon: 0,5 3%). - při změně sklonu nivelety ze záporných do kladných hodnot (a obráceně) nutné navrhnout propustek a způsob bezpečného odvedení zachycených vod pod ním! Typy cest (šířka, skladba) - katalog polních cest, stanovení parametrů podle zatížení a účelu Pro potřeby cvičení jen orientační návrh cesty dle výše uvedených zásad, podstatnější bude návrh (dimenzování) souběžného příkopu a celkový systém odvodnění území.
Zadání: Navrhněte systém protierozních opatření na řešených celcích orné půdy. Posuďte návrh na přípustnou ztrátu půdy pomocí USLE v distribuované podobě
Postupu při navrhování systému protierozních opatření Řešení ohrožených pozemků - V nové situaci vyznačte a rozlište ohrožené a řešené pozemky. Návrh delimitace území - Navrhněte delimitaci území s ohledem na sklon území a hloubku půdy. Návrh liniových prvků TPEO - Navrhněte systém liniových prvků TPEO - záchytných, sběrných a svodných průlehů a příkopů, případně cesty s příkopem. Jejich umístění volte podle zásad pro dělení pozemků. Návrh změny osevního postupu úprava C faktoru - V případě, že po návrhu liniových opatření je stále na ohrožených profilech překročena přípustná délka svahu, je třeba na příslušném pozemku dodatečně navrhnout úpravu C faktoru.
Protierozní opatření Návrh - umístění a směrování jednotlivých prvků a dalších opatření tak: aby bylo zabráněno nechtěným jevům na OP a zároveň aby byl zachycený povrchový odtok bezpečně odveden do vhodného recipientu a zároveň aby byla co nejméně dotčena produkční funkce dotčeného území (výměra a obdělávatelnost orné půdy) Posouzení odhad situace na zájmovém území po implementaci návrhu simulace pomocí vhodného modelu porovnání s požadovanými hodnotami
USLE vs. protierozní opatření G = R K LS C P R K LS C P - faktor erozní účinnosti deště a povrchového odtoku - faktor erodovatelnosti půdy - topografický faktor délky svahu - faktor ochranného účinku vegetace - faktor protierozního opatření opatření agrotechnická a vegetační: na orné půdě: vrstevnicové obdělávání, výsev do ochranné plodiny apod; ve speciálních kulturách: mulčování apod. opatření organizační: delimitace kultur (ochr. zalesnění a zatravnění), protierozní rozmisťování plodin (osevní postupy a pásové střídání plodin), zatravnění údolnic opatření stavebně-technická: urovnávky, PE meze, PE příkopy, PE průlehy, hrázky terasy, cesty s PE funkcí, nádrže
Technická PEO řešení v ArcGIS Příkopy, průlehy, terasy, hrázky technické prvky protierozní ochrany je potřeba odstranit z pozemků orné půdy nejjednoduší (?) varianta: Cut Polygons Tool v rámci editace (nezapomenout udělat si kopii datasetu pozemků :-) vyhovující a optimální návrh se pravděpodobně nepodaří na první dobrou využijeme nástrojů GIS pro usnadnění opakovaného návrhu (iterace) Konkrétní dimenze prvků, zatím nejsou známy - jsou závislé na sklonu terénu, množství odtoku atd. odhadneme rozměry i vzhledem k rozlišení modelu, se kterým pracujeme příkop 6 m zasakovací průleh 20 m cesta s příkopem 10 m zatravnění údolnice 30 m
Návrh TPEO v ArcGIS - příprava 1. založení datasetu plošných PEO polygonový dataset pro plošná opatření vytvoření vhodných atributových polí Samozřejmě by bylo možné plochy delimitace pouze odkrojit z polygonů pozemků v rámci editace, ale my bychom rádi měli i vrstvu delimitovaných ploch kvůli mapě navržených opatření Vytvářejí se pouze opatření, která mění tvar a rozsah pozemků. Opatření, která se vztahují k pozemku (změna C a P faktoru) není potřeba zanášet do nové vrstvy, ale naopak se zanesou k daným pozemkům
Návrh TPEO v ArcGIS - příprava 2. založení datasetu liniových TPEO liniový dataset pro liniová opatření vytvoření vhodných atributových polí Šířka a buffer prvků samozřejmě nemusí být v tabulce a je možné je přiřadit (join) z externí tabulky až ex post na základě typu prvku. vhodnou volbou symbologie (tloušťky čar) a referenčního měřítka datového rámce (Data Frame Reference Scale) lze docílit toho, že se jednotlivé prvky na mapě zobrazují se skutečnou tloušťkou v metrech
Návrh TPEO 1) delimitace ploch nevhodných k hospodaření typ delimitace se odvíjí od sklonu terénu, ale i od okolních ploch (uprostřed luk nenavrhneme zalesnění a naopak) Zkontrolovat sklon terénu v případě sklonů nad 15-20 % navrhnout zatravnění, v případě nad 30 % zalesnění. Zkontrolovat hloubku půdy mělké půdy zatravnit. na navrhovaných plochách luk a lesů musí být možné hospodařit v ideálním případě bereme v potaz i ekologické hledisko (přístupnost a propojení biotopů) nově vzniklé pozemky musí být vhodné k hospodaření dostatečné rozměry (nad 2 ha) vhodný tvar (vnitřní úhly) přístupnost
Návrh TPEO 2) prostorová dispozice liniových TPEO příkopy jdou vždy z kopce (jednotný sklon 1-2 %) a jsou zaústěny do dostatečně kapacitního recipientu (strž, údolnice, přílop u komunikace) retenční/vsakovací prvky jsou vedeny vždy po vrstevnici (ve skutečnosti mírně z kopce, ale to v modelu zanedbáváme) a vždy mají přepad do nějakého odvádějícího prvku (žádný průleh nezachytí všechno) údolnice jsou zaústěny do dostatečně kapacitního recipientu pokud je navržena cesta s příkopem (=cesta s protierozní funkcí) musí být její trasa vedena s ohledem na sklon terénu (viz příkop) a musí být splněno zaústění do vhodného recipientu nově vzniklé pozemky musí být vhodné k hospodaření dostatečné rozměry vhodný tvar (vnitřní úhly) přístupnost
Návrh TPEO 2) příprava vrstvy nových pozemků 1. půdní bloky - delimitace Erase nové půdní bloky 2. linie TPEO Buffer polygony TPEO 3. nové půdní bloky Erase pozemky OP + přerušení
Návrh TPEO 3) Posouzení návrhu a) příprava DMT a potřebných vrstev Clip nové pozemky s prvky přerušení odtoku Flow Direction Flow Accumulation b) výpočet LS faktoru Raster Calculator sklon terénu se nezměnil LS= (("FlowAcc" * "rozlišení" / 22.13) ** 0.6) * (Sin("Slope" * 3.14 / 180) / 0.09) ** 1.3 c) výpočet USLE d) výpočet průměrné ztráty půdy na nových pozemcích e) porovnání s přípustnou ztrátou půdy
Návrh TPEO zas a znova Návrh dispozice prvků a posouzení TPEO se opakuje dokud navržený stav nevyhovuje nebo dokud není možné dosáhnout požadovaného limitu měkčími opatřeními organizační, agrotechnická a vegetační PEO (limity pro osevní postupy, vrstevnicové obdělávání ) změna C faktoru (příp. P faktoru) C-faktor už NENÍ prostorově konstantní přiřazení hodnoty C faktoru jednotlivým pozemkům vytvoření rastrové vrstvy C faktoru výpočet USLE s vrstvou C faktoru
Dokončení návrhu TPEO Jakmile návrh vyhoví, je třeba začistit návrh pozemků a odstranit: artefakty zpracování, ostré vnitřní úhly a další nevhodné tvary a chyby při návrhu (editace nové vrstvy upravených pozemků)
Požadované výstupy Souhrnná zpráva (dle požadavků) popis návrhu TPEO mapa dispozice navržených prvků TPEO s odpovídající legendou popis případných limitů v osevních postupech (včetně nejvyšší přípustné hodnoty C faktoru) posouzení erozní ohroženosti nově navržené situace pozemků orné půdy (tabulka, mapa)
Děkuji vám za pozornost