Erozní ohrožení půd v důsledku povodní na příkladě povodí Blanice zdeněk kliment, jiří kadlec V době mimořádných srážko-odtokových událostí dochází k intenzivním projevům vodní eroze a zvýšenému transportu splavenin. Lokalizace hlavních zdrojových oblastí vodními toky transportovaných splavenin má své opodstatnění v managementu protipovodňové ochrany povodí a má úzký vztah k vývoji údolní nivy. Údolní niva je místem, kde dochází převážně k akumulaci transportovaných částic, ale v době povodní může zorněná niva představovat i značné erozní riziko. Cílem výzkumu bylo bližší vymezení oblastí ohrožených vodní erozí půdy v povodí Blanice a sledování změn ve vývoji erozního ohrožení v souvislosti se změnami krajinného pokryvu v posledním desetiletí. Důsledně prováděná protierozní ochrana v nejvíce erozí ohrožených územích může vést ke snížení celkových ekologických i ekonomických následků povodně. 1. Metody a zdroje dat Vzhledem k velikosti zájmového území (861,7 km²) byly aplikovány dva postupy na bázi empirických erozních modelů, používané pro stanovení erozního ohrožení ve velkých územních celcích v prostředí GIS: 1. Model USLE, resp. RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation) Renard et al., 1994, Dostál et al., 2002, Šúri et al., 2002. 2. Model založený na multikriteriálním bodovém hodnocení hlavních erozních faktorů (Kliment, Langhammer, 2005). 1.1. Model USLE (RUSLE) Empiricky založený model USLE (RUSLE) umožňuje stanovit dlouhodobou ztrátu půdy erozí z dílčích ploch území (G) vyjádřenou v t.ha-¹.rok-¹: G = R K L S C P kde R faktor erozní účinnosti srážek odvozený pro území ČR (Janeček a kol., 1992), K faktor erodovatelnosti půd odvozený pro půdy ČR ve vztahu k BPEJ (Janeček a kol., 1992), LS faktor délky a sklonu svahu stanovení z DMT na základě
246 zdeněk kliment jiří kadlec Tab. 1 Bodování erozního ohrožení. software USLE 2D verze 4.1, vyvinutém na KU Leuven v Belgii (Desmet, Govers, Body Stupeň erozního ohrožení 1996), C faktor ochranného vlivu vegetace využití databáze CORINE (1994, 1 Ohrožení žádné až nepatrné 2 3 4 5 6 Ohrožení nízké Ohrožení střední Ohrožení silné Ohrožení velmi silné Ohrožení extrémní 2000), P faktor účinnosti protierozních opatření (neuvažován pro velké územní celky). Určitým vodítkem pro aplikaci uvedeného modelu v povodí Blanice byly práce Dostál et al., 2002 a Šúri et al., 2002. Smyslem vlastního postupu bylo zejména zpřesnění vstupů pro faktor R a proměnlivý faktor C pro dané území. 1.2 Model založený na multikriteriálním bodovém hodnocení hlavních erozních faktorů Model byl odvozen na základě obdobně používaných modelů v zahraničí pro podmínky ČR, jehož cílem je jednoduchým postupem vymezit erozí ohrožené plochy. Pro modelování erozní náchylnosti byly vybrány čtyři hlavní faktory: reliéf zemského povrchu (sklonitost terénu), geologické podloží (geomorfologická hodnota horniny), půdní poměry (faktor erodibility), faktor využití území (třídy CORINE), klimatické poměry byly do metody bodového hodnocení zahrnuty v podobě srážkového indexu H20/H₁₉₆₁-₀₂. Faktorům byly přisouzeny určité míry náchylnosti k erozi podle 6bodové stupnice (Kliment, Langhammer, 2005) viz tab. 1. 1.3 Použitá data Jako zdrojová data byla využita: digitální soubor ZM ČR 1 : 10 000 ZABAGED (ČUZAK, 2003), digitální databáze DMÚ 25 (VGHÚ, 2005), digitální databáze CORINE landcover (MŽP, 1992, 2000), digitální databáze GEOCR 1 : 50 000 (ČGÚ, 2005), digitální databáze BPEJ 1 : 5 000 (VÚMOP, 2005), srážková data pro období 1961 2004 (ČHMÚ). 2. Analýza erozi ovlivňujících faktorů v povodí Blanice Analýzou hlavních erozních faktorů byly vytvořeny vstupní podklady pro výše uvedené modely. Vedle přírodních poměrů byla pozornost věnována krajinnému pokryvu a změnám ve využití krajiny v posledním desetiletí.
erozní ohrožení půd v důsledku povodní na příkladě povodí blanice 247 2.1 Klimatický faktor dešťové srážky Převážná část povodí Blanice se nachází v mírně teplém vlhkém klimatu s průměrnými ročními úhrny srážek mezi 600 800 mm. Pouze pramenná oblast spadá do mírně chladného klimatu se srážkami nad 900 mm. V rámci klimatického faktoru byl upřesněno prostorové rozložení faktoru R pro povodí Blanice (podle Janeček et al. 1992) a pro srážkové stanice v povodí Blanice byla spočítána průměrná roční hodnota indexu H20/H₁₉₆₁-₀₂ (obr. 1, tab. 2). Tento index dává do poměru průměrný roční úhrn denních srážek nad 20 mm v sumě ku dlouhodobému srážkovému úhrnu v dané stanici a vypovídá nepřímo (na základě 24hodinových úhrnů) o podílu přívalových srážek v dané lokalitě. Pro povodí Blanice bylo uvažováno celkem 16 stanic. Body byly přiřazeny ve smyslu výše uvedené stupnice s ohledem na hodnoty zjištěné v různých částech České republiky: 1 (do 13), 2 (13 16), 3 (16 19), 4 (19 22), 5 (22 25), 6 (nad 25). Výsledné rozložení faktoru R v podstatě potvrdily i vypočtené hodnoty indexu H20/H₁₉₆₁-₀₂. Největší hodnoty R-faktoru se vyskytují ve střední části povodí Blanice (širší okolí Husince). 2.2 Faktor reliéfu Základním pokladem pro vyjádření faktoru reliéfu je digitální model terénu (DEM). K vytvoření DEM pro povodí Blanice byla použita jednak digitální databáze ZA- Obr. 1 Rozložení hodnot R_faktoru (Janeček et al. 1992) a indexu H20/H 1961 02 v povodí Blanice.
248 zdeněk kliment jiří kadlec Tab. 2 Hodnoty průměrného ročního úhrnu srážek a indexu H20/H 1961 02. stanice nadm. v. (m) H1961 02 (mm) H20 (prům) (mm) H20/H1961-02 (prům) * 100 Bodování Kestřany 372 561,9 103,7 18,4 3 Paseky 483 562,9 101,3 17,9 3 Temešvár 421 521,6 108 20,7 4 Paračov 498 601,7 135,9 22,6 5 Bavorov 436 566,5 128 22,6 5 Chelčice 466 580,1 106,2 18,3 3 Zálezly 569 600,3 129,7 21,6 4 Husinec 536 651,6 146,4 22,5 5 Frantoly 692 673,8 135 20,0 4 Lhenice 558 652 123 18,9 3 Zbytiny 887 726,9 148,5 20,4 4 Mlynářovice 743 836,4 168 20,0 4 Vimperk 657 746,7 154,7 20,7 4 H.Vltavice 807 856,5 185,5 21,6 4 Stožec 787 921,6 197,5 21,4 4 Brloh 582 610,7 119 19,5 4 Volyně 469 618,4 129 20,8 4 BAGED 1 : 10 000, jednak digitální databáze DMÚ 1 : 25 000. Databáze DMÚ se ukázala ve výsledku jako lépe vyhovující a bezchybná. Pro potřeby USLE (RUSLE) byl vytvořen vstup LS-faktoru prostřednictvím software USLE 2D, který k výpočtu faktoru délky svahů (L) využívá vrstev, které umožňují rozparcelovat území do jednotlivých segmentů. Pro vymezení hranic segmentů bylo využito vodních toků, dílčích rozvodnic a vrstvy silniční sítě a polních cest (DMÚ 25). Analýzou čistě sklonových poměrů byly vytvořen vstup pro model založený na bodovém hodnocení hlavních erozních faktorů. Při bodovém ohodnocení jednotlivých sklonových kategorií bylo uplatněno krajinně-ekologické hledisko: do 12 orná půda (nad 5 s aplikací protierozních opatření), nad 12 zatravnění a nad 17 zalesnění (viz tab. 3 a obr. 2). Tab. 3 Bodování faktoru reliéfu. Body Sklonitost Vhodné využití území terénu 1 0 2 orná půda 2 2 5 orná půda 3 5 8 orná půda! (protierozní opatření) 4 8 12 orná půda!! (výjimečně, zatravnění) 5 12 17 zatravnění 6 nad 17 zalesnění Erozí ohrožené polohy z hlediska sklonových poměrů se nacházejí zejména ve střední části až horní části povodí v oblasti Šumavského podhůří (širší okolí Prachatic Prachatická hornatina, ale i oblast v okolí Bavorova Bavorovská vrchovina). Rozsáhlá rovinatá oblast se naopak nalézá v dolní třetině povodí Blanice na S a V od Vodňan, která již z velké části náleží Českobudějovické pánvi). Rozložení sklonových poměrů do značné míry kopíruje i vypočtený LS-faktor.
erozní ohrožení půd v důsledku povodní na příkladě povodí blanice 249 Obr. 2 Rozložení faktoru reliéfu v povodí Blanice (LS-faktor, bodování). 2.3 Faktor geologického podloží Působení geologického podkladu na vznik a průběh erozního procesu může být přímé nebo nepřímé prostřednictvím půdního substrátu. Přímý vliv se projevuje v místech, kde hornina vystupuje k povrchu. Ve snadno zvětrávajících horninách dochází často ke vzniku erozních rýh. Při posuzování vlivu geologického faktoru na erozní proces jsou uvažována nejčastěji hlediska propustnosti a zvětrávání horninového podkladu (např. Stehlík, 1970). V metodice bodového hodnocení byla upřednostněna tzv. geomorfologická hodnota horniny, nebo-li schopnost horniny odolávat zvětrávacím a erozním procesům. Klíč k hodnocení geologického podloží byl částečně převzat z práce Lore, Magaldi (1994) pro oblasti Středomoří a z práce Kliment, Langhammer (2005). Za základní datový zdroj byla použita geologická mapa České republiky 1 : 50 000 (ČGÚ, 2005). Geologické podloží bylo ohod no ceno podle tab. 4. Na téměř celém povodí Blanice se v podloží uplatňují vůči zvětrávání a erozi Obr. 3 Rozložení faktoru geologického podloží v povodí Blanice (bodování).
250 zdeněk kliment jiří kadlec Tab. 4 Bodování faktoru geologického podloží v povodí Blanice. Body Typy geologického podloží 1 Vyvřelé a silně metamorfované horniny, křemence, karbonáty (granit, granodiorit, syenit, porfyr, pararula, ortorula, migmatit, kvarcit, amfibolit, granulit proterozoikum, paleozoikum) 2 Středně metamorfované horniny, pevně stmelené pískovce (břidlice, serpentinit proterozoikum, paleozoikum) 3 Hrubozrné rozpadavé horniny (vybrané pískovce, slepence, arkózy, pyroklastika) (slepenec, pískovec neogén) 4 Jemnozrné rozpadavé horniny ( jílovité pískovce, jílovce, jílovité břidlice, slínovce) (pískovec, jílovec neogén) 5 Nezpevněné písky, jíly, hlíny (fluviální, proluviální a deluviální, glacifluviální sedimenty, rašelina) (neogén, kvartér) 6 Spraše (kvartér) velmi odolné komplexy proterozoických a paleozoických vyvřelých a silně meta morfo va ných hornin. Méně odolné horniny se vyskytují především v dolní rovinaté části povodí. Vedle rozsáhlých poloh nivních sedimentů jsou zde zastoupeny ve větší míře neogénní říční a jezerní sedimenty jihočeských pánví, místně překryté spraší a sprašovými hlínami. Za erozi podporující podloží je možné považovat i četné polohy deluviálních, popř. deluviofluviálních sedimentů v ostatní části povodí vyskytující se v okolí malých vodních toků. 2.4 Půdní faktor Půdní poměry v povodí Blanice jsou ovlivněny zejména nadmořskou výškou v severojižním směru. V dolní části povodí je zastoupen region kambizemí nasycených a kyselých (Bavorovská vrchovina) spolu s výskytem pseudoglejů a kambizemí pseudoglejových (Českobudějovická pánev). Ve vyšší části Šumavského podhůří (Prachatická vrchovina) převažují kambizemě silně kyselé, které v nejvyšší části povodí přecházejí do regionu horských podzolů a podzolů kambizemních. Lokálně se vyskytují hydromorfní půdy. Půdní poměry byly ohodnoceny na základě faktoru erodovatelnosti půdy K (Janeček a kol., 1992). Výsledná hodnota faktoru v sobě zahrnuje čtyři základní parametry: texturu, zastoupení organické hmoty, strukturu ornice a propustnost Tab. 5 Bodování faktoru erodibility půd. Body Faktor erodibility Typy půd příklady (podle Janečka, 1992) 1 0,16 0,24 kambizem (písčitá), regozem 2 0,25 0,32 kambizem, kambizem eutrická (písčitá/hlinitá) 3 0,33 0,41 kambizem, kambizem eutrická pseudoglejová, fluvizem 4 0,42 0,49 černozem, rendzina, kambizem pseudoglejová (hlinitá) 5 0,50 0,57 hnědozem, pseudoglej 6 0,58 0,66 luvizem, hnědozem luvizemní, černozem luvická
erozní ohrožení půd v důsledku povodní na příkladě povodí blanice 251 Obr. 4 Rozložení faktoru erodibility půd v povodí Blanice. Pozn.: Bílé plochy na obrázku vlevo představují nezemědělskou půdu. půdního profilu. Za základní zdroj byla vzata digitalizovaná databáze BPEJ. Bodování faktoru bylo provedeno podle tab. 5 (Kliment, Langhammer, 2005). Faktor erodibility byl odvozen pouze pro zemědělsky obhospodařované plochy. Metodou bodového hodnocení byly lesní půdy jako celek ohodnoceny body 2 (popř. 1 v případě výskytu zemědělských půd s malou erodibilitou v okolí). Výsledné rozložení K faktoru ukazuje obr. 4. Půdy s nejvyšší hodnotou faktoru erodibility půd se vyskytují ve střední a dolní části povodí Blanice. Většinou se jedná o polohy luvizemí, hnědozemí, fluvizemí a oglejených půd. Půdy v horní části povodí Blanice vykazují naopak nízkou hodnotu erodibility. 2.5 Faktor využití území Faktor využití území je časově proměnlivý faktor. Funkční využití krajiny a zejména vegetační pokryv významně ovlivňují výskyt a intenzitu erozního procesu. Nejlepší účinnost má dobře udržovaný les, stejně tak kvalitní travní porost. Větším problémem je zemědělsky využívaná půda pro větší pestrost pěstovaných kultur a různé osevní postupy. Za základní podkladový materiál byla vzata digitální databáze krajinného pokryvu CORINE ze dvou časových horizontů: 1992 a 2002. Přiřazení hodnot C-faktoru jednotlivým kategoriím CORINE bylo provedeno s ohledem na již publikované obdobné práce v středoevropském regionu (např. Dostál et al., 2002, Šúri et al., 2002). Postup včetně aplikace metody bodového hodnocení ukazuje tab. 3. Orná půda byla pro ne-
252 zdeněk kliment jiří kadlec Tab. 6 Odvození hodnot C-faktoru a bodové hodnocení faktoru využití území. Kód Třídy CORINE Dostál a kol. (2002) C-faktor Šúri a kol. (2002) C-faktor Kliment, Langh. (2005) Bodování 1 6 Blanice C-faktor 112 Nesouvislá městská zástavba 1 0 121 Průmyslové a obchodní areály 1 0 131 Oblasti současné těžby surovin 5 0,5 142 Sportovní a rekreační plochy 0,001 0,010 2 0,005 211 Nezavlažovaná orná půda (i původní 242) 0,117 0,274 0,165 0,335 5 0,25 222 Sady, chmelnice a zahradní plantáže 0,3 0,57 0,35 0,55 3 (chmelnice, 0,35 vinice 6) 231 Louky a pastviny 0,005 0,001 0,010 2 0,005 243 Zemědělské oblasti s přirozenou vegetací 0,05 0,1 3 0,1 311 Listnaté lesy 0,001 0,010 2 0,005 312 Jehličnaté lesy 0,001 0,010 2 0,005 313 Smíšené lesy 0,001 0,010 2 0,005 321 Přírodní louky 0,001 0,010 2 0,005 324 Nízký porost v lese 0,001 0,010 2 0,005 512 Vodní plochy 1 0 dostatek informací a vzhledem k proměnlivosti pěstovaných kultur zařazena do jedné společné kategorie. Problematická je i z hlediska vztahu k erozi třída zahrnující ovocné sady spolu s chmelnicemi a vinicemi, které se v zájmovém povodí nevyskytují. Rozložení C-faktoru v povodí Blanice (obr. 5) je v podstatě shodné s metodou bodového hodnocení faktoru využití území. Nejméně chráněné plochy z hlediska projevů vodní eroze půdy nalezneme především v dolních dvou třetinách povodí Blanice. Horní třetina povodí Blanice je víceméně zalesněna, popř. se zde vyskytují trvalé travní porosty, které plní dostatečnou protierozní funkci. Zajímavé je porovnání situace v roce 1992 a 2000. V r. 2002 můžeme sledovat vlivem úbytku orné půdy příznivější stav ochranného účinku vegetace na projevy vodní eroze půdy. Tento trend je patrný zejména ve sklonově exponovanějších polohách povodí. 3. Výsledky erozních modelů V předešlé části byly získány představy o možném vlivu jednotlivých hlavních erozních faktorů v povodí Blanice. Jejich kombinované působení v daném území je zahrnuto ve výsledcích použitých erozních modelů. Aplikací modelu RUSLE byly vypočteny průměrné dlouhodobé ztráty půdy erozí v povodí v tha-¹.rok-¹ pro r. 1992 a 2000. V r. 1992 činila průměrná roční ztráta na zemědělsky využívaných plochách podle RUSLE 3,28 tha-¹, v r. 2000 2,9 tha-¹. Rozdíly mezi uvedenými obdobími souvisí s pozitivními změnami v krajinném pokryvu (obr. 6). Vodní erozí nejvíce ohroženou částí povodí Blanice se jeví zejména střední část povodí, kde na rozdíl od horní víceméně zalesněné části povodí se vyskytuje na relativně
erozní ohrožení půd v důsledku povodní na příkladě povodí blanice 253 Obr. 5 Rozložení C-faktoru v povodí Blanice. Obr. 6 Průměrná dlouhodobá ztráta půdy erozí v povodí Blanice v r. 2000 spolu s lokalizací území, kde došlo ke snížení průměrné roční ztráty o více než 5 t.ha 1 oproti roku 1992 (podle RUSLE). sklonitých a z hlediska rozložení faktoru R exponovaných polohách velký podíl zemědělsky obdělávaných pozemků. Vypočtená roční průměrná ztráta půdy erozí je zde větší jak 5 tha-¹, ve výjimečných případech větší 50 tha-¹ (silné až velmi silné erozní ohrožení). Snížení erozního ohrožení v posledním desetiletí vlivem úbytku orné půdy
254 zdeněk kliment jiří kadlec Tab. 7 Bodování model G+P+S+H+C. Body Erozní ohrožení 5 9 Ohrožení žádné až nepatrné 10 13 Ohrožení nízké 14 17 Ohrožení střední 18 21 Ohrožení silné 22 25 Ohrožení velmi silné 26 30 Ohrožení extrémní Obr. 7 Povodí Blanice model bodového hodnocení G+P+S+H+C pro r. 2000. a přechodem na pastviny a zalesněné plochy můžeme sledovat zejména v horní části povodí. Podobné výsledky o prostorovém rozložení erozního ohrožení v povodí Blanice přinesl model založený na multikriteriálním bodovém hodnocení hlavních erozních faktorů. Příkladem je model G+P+S+H+C, kde jednotlivým faktorům byla přisouzena stejná váha (obr. 7 a tab. 7) (Kliment, Langhammer, 2005). Zanesením faktoru geologického podloží se potenciálně vodní erozí ohrožené plochy rozšířily i na některé méně ukloněné polohy v dolní části povodí (výskyt nezpevněných neogenních a kvartérních sedimentů, včetně spraší). Terénní průzkum v nejvíce vodní erozí ohrožené střední části povodí potvrdil významné zastoupení erozně nebezpečných plodin, zejména kukuřice. Zde opakovaně docházelo po přívalových deštích k výrazným projevům eroze půdy (stružková až rýhová eroze). Dočasně akumulované sedimenty na úpatí svahů mohou představovat významný zdroj pro transport plavenin v době mimořádných srážko-odtokových situací obr. 8). 4. Závěr Analýzou hlavních erozních faktorů byly získány představy o erozním ohrožení a jeho změnách v povodí Blanice v posledním desetiletí. Výsledné zpracování bylo provedeno prostřednictvím dvou modelů: empiricky založeného modelu RUSLE a modelu založeném na multikriteriálním bodovém hodnocení erozních faktorů. Prostřednictvím modelu RUSLE byly odvozeny průměrné roční ztráty půdy erozí pro jednotlivé části povodí Blanice a byl prostorově a číselně vyjádřen vliv změn krajinného pokryvu na snížení erozního rizika v období 1992 2000. Bodového hodnocení umožnilo sledovat prostorové zapojení hlavních erozních faktorů, včetně faktoru geologického podloží a nově odvozeného srážkového indexu H20/H prům. Nejvíce vodní erozí ohroženou částí povodí Blanice je její střední část s hodnotami průměrné roční ztráty půdy erozí s hodnotami nad 5 t.ha-¹, ale i výjimečně nad 50 t.ha-¹. Jedná se o zemědělsky obdělávanou oblast v relativně sklonitém terénu
erozní ohrožení půd v důsledku povodní na příkladě povodí blanice 255 Obr. 8 Projevy stružkové eroze na pozemcích s kukuřící mezi Strunkovicemi a Prachaticemi (22. 6. 2005). s vyšší predispozicí přívalových srážek a též s výrazným zastoupením erozně nebezpečných plodin, zejména kukuřice. Za neméně důležitý zdroj splavenin při povodňových situacích je nutné považovat i četné akumulace nezpevněných sedimentů různé geneze v blízkosti vodních toků (zejména deluviální, fluviální, eolické) ve střední a též dolní části povodí. Horní část povodí, i vzhledem k rozsáhlému plošnému zalesnění, vykazuje nejnižší míru erozního ohrožení. Zároveň zde došlo v posledním desetiletí vlivem úbytku orné půdy ke snížení erozního rizika. Literatura DESMET, P. J. J., GOVERS, G. (1996): A GIS-procedure for automatically calculating the USLE LS-factor on topographically complex landscape units. Journal of Soil and Water Conservation, 51, č. 5, 427 433. DOSTÁL, T. et al. (2002): Mapa erozního ohrožení půd a transportu sedimentu v České republice. Vodní hospodářství, 52, 2, Praha, 46 49. JANEČEK, M. et al. (1992): Ochrana zemědělské půdy před erozí. Metodiky pro zavádění výsledků výzkumu do zemědělské praxe, č.5. ÚVTIZ, Praha, 110 s. KLIMENT, Z., LANGHAMMER, J. (2005): Modelování erozního ohrožení ve velkých územních celcích. In: Rypl, J. (ed.): Geomorfologický sborník 4, PFJU, České Budějovice, 75 81.
256 zdeněk kliment jiří kadlec KLIMENT, Z., LANGHAMMER, J. (2005): Modelling of the erosion risk in the Blšanka river basin. Modelling natural environment and society. In: Dostál, P. (ed.): Sborník VZ MSM 113100007 Teorie geografické struktury a vývoj prostředí a společnosti. PřF UK, Praha. LORE, A., MAGALDI, D. (1994): A Metod for assessing soil erosion hazard on regional scale. IGU Regional Conference Environment and Duality of Life in central Europe, poster, Praha. RENARD, K.G. et al. (1994): RUSLE revisited: status, questions, answers, and the future. Journal of Soil and Water Conservation, 49, č. 3, 213 220. ŠÚRI, M. et al. (2002): Soil erosion assessment of Slovakia at a regional scale using GIS. Ekológia, č. 4, s. 404 422.