; z,zk

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 [email protected], [email protected], [email protected]

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…

  

Organizační Agrotechnická a vegetační Technická

NÁROČNOST

Dělení protierozních opatření

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.


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


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


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.


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


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


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


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


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


(Bio)Technická - TPEO Protierozní meze - Funkce protierozní, ekologická, estetická… - Vznikaly historickými způsoby hospodaření, v 50.letech rozorány. Umělá realizace složitá  v rámci cvičení nepoužijeme


(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

svodné

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


(Bio)Technická - TPEO Protierozní meze Průlehy - záchytné - sběrné – vsakovací – odváděcí - svodné

Podmínky pro použití:

PRŮLEH (s ozeleněním)

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 = LP. Vsakovací průleh neumísťovat nad infrastrukturu či zástavbu


(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 = LP. - Příkop nenavrhovat jako vsakovací – bez odklonu od vrstevnic


(Bio)Technická - TPEO Protierozní meze  nepoužijeme Průlehy  použijeme Příkopy  použijeme Hrázky  nepoužijeme Terasování  nepoužijeme


(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 zasakovací průleh cesta s příkopem zatravnění údolnice

6m 20 m 10 m 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

… sklon terénu se nezměnil

Raster Calculator 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

; z,zk

Recommend Documents