ERDŐFELTÁRÁS ÉS VÍZGAZDÁLKODÁS Az erdészeti műszaki ismeretek mindig jelentős szerepet játszottak az erdőgazdálkodásban. Különösen igaz ez napjainkban, amikor a digitális technika és az informatika alkalmazása jelentős hatékonyságnövelő eszközzé válik az oktatásban, a kutatásban és az egész erdészeti ágazatban. Az erdő megközelíthetőségét lehetővé tevő feltáróhálózat kialakítása, fenntartása és fejlesztése a korszerű erdőművelési, erdővédelmi és fahasználati technikák és technológiák alkalmazásának elengedhetetlen feltétele. A napjainkban tapasztalható szélsőséges időjárási körülmények, főként a rövid idő alatt lehulló nagy intenzitású csapadékok, a vízgazdálkodás erdőgazdálkodásban betöltött szerepét emelik ki. A meglévő úthálózat és annak műtárgyai tönkremenetelekor fellépő jelentős költségek hívják fel a figyelmet a rendszeres javítási és karbantartási tevékenységek fontosságára. Az alábbiakban ismertetésre kerülő anyag hozzá kíván járulni az erdészeti műszaki ismeretek megújításához, illetve bővítéséhez az erdőfeltárás és erdészeti vízgazdálkodás területén.
1. Dinamikus feltáróhálózat-tervezés A mai társadalmi és gazdasági körülmények között csak azok a területek képesek követni a felgyorsult változásokat, amelyek megtalálják, hogy milyen szerepet játszhat fejlődésükben az informatika. Az erre való törekvés vezetett el a dinamikus hálózattervezési módszer kidolgozásához, amelynek célja a tervezési folyamat dinamikussá tétele az informatika felhasználásával. Az egyes tervezési tevékenységeket egy geoinformációs rendszerbe kell helyezni, ami lehetővé teszi a nagy mennyiségű térbeli (térképi) és leíró adatok hatékony megjelenítését és elemzését, valamint alapját képezheti egy erdészeti útügyi információs rendszernek. 1.1
A geoinformációs rendszer
A térbeli adatokhoz köthető információkat felhasználó grafikus rendszereket térinformációs rendszereknek nevezzük. A geoinformációs rendszerek a térinformációs rendszerek egy olyan speciális csoportját alkotják, melyek a földdel, mint közvetlen környezetünkkel foglalkoznak. (Czimber, 1997) Az információs rendszerek a 1-1. ábra alapján alapvetően három alkotóelemből állnak (Detrekői, 1997):
1-1. ábra. Az információs rendszerek alapelemei.
Az előző ábrát gondolatban kiegészítve, a felhasználókat is az információs rendszer alapelemei közé sorolhatjuk. A geoinformációs rendszerek kialakítását, majd működtetését csak megfelelően képzett szakemberekkel lehet megoldani, illetve a rendszert úgy kell felépíteni, hogy a geoinformatikában kevésbé jártas felhasználók is előállíthassák az őket érdeklő információkat. Az alkotóelemeket ábrázoló piramis jól szemlélteti az információs rendszerben szereplő adatok fontosságát, hiszen a rendszer használhatóságát alapvetően az abban szereplő adatok mennyisége és minősége határozza meg. Az információs rendszer kialakításának tervezésekor először a tárolandó-feldolgozandó-megjelenítendő adatok körét kell tisztázni, a további építőelemek kiválasztása csak ezután következhet! Az összegyűjtött adatok feldolgozásához és megjelenítéséhez megfelelő számítógépes programokra van szükség. A szoftverkörnyezet kiválasztásakor elsődleges szempont, hogy az a megjeleníteni kívánt adatokat kezelni tudja, figyelembe véve a tárolandó információk mennyiségét is. Ezen alapvető követelményt teljesítő rendszerek közül a következő szempontok szerint választhatunk: információcsere lehetősége a felhasználó meglévő szoftvereivel, külső partnerek által szolgáltatott adatok formátumai, külső partnereknek szolgáltatandó információk formátuma, ágazati szabványok figyelembevétele stb. A hardverelemek kiválasztása célszerűen az előző lépéseket követően történik meg, hiszen így az elhamarkodottan beszerzett hardver eszközök esetleges gyengeségei nem korlátozzák az ideális szoftver megfelelő alkalmazhatóságát, ezáltal lehetőség nyílik az adatok teljeskörű feldolgozására, vagyis információs rendszerünk kialakításával elérjük kitűzött céljainkat. 1.1.1 Modellalkotás A geoinformatikai rendszerekben a valós világot annak modellezésével ábrázoljuk. A modell a valóság lényegének leegyszerűsített mása, amely a valóság egy részének a vizsgált szempontok szerinti tulajdonságait mutatja be, annak érdekében, hogy a rendszer alkalmas legyen a nyilvántartás, elemzés, szimuláció, döntéstámogatás feladatainak ellátására. (Detrekői, 1997) A geoinformációs rendszerekben a helyzeti adatok ábrázolásának (tárolásának) két nagy csoportját különböztetjük meg, ezek a szabályos (raszter) és szabálytalan (vektor) geometriai modellek. 1.1.1.1 Raszteres adatmodell A raszteres modellek a területet szabályos geometriai elemekre osztják (pixelek). Geoinformatikai rendszerekben a raszteres adatmodellnek általában a négyzet az alapja, ami jól igazodik a raszteres megjelenítőkhöz is. Az adatmodellt felépítő elemi pixelek egy-egy adott területet fednek le. A pixelek értékeit tematikus kódoknak nevezzük, ezekkel jellemezzük a pixel által lefedett területet. A nulla értékkel feltöltött pixelek az üres (adathiányos) területeket jelölik. A pixelek rácsszerűen, sorokban és oszlopokban helyezkednek el. Az adatmodell az egyes pixelek felsorolásán, valamint a sorok és oszlopok számának megadásán túl olyan lényeges információkat is tartalmaz, amelyek a vizsgált terület vetületi rendszerbe illesztését teszik lehetővé. Ezek az úgynevezett georeferencia adatok a pixelek által lefedett terület mérete, és a raszter egy pontjának (pl. bal felső pixel közepe) koordinátái. A raszteres adatmodellben a pixelek közötti térbeli kapcsolatok egyértelműek, ezeket nem kell külön tárolni. (Czimber, 1997) A raszteres adatmodell nagyon jól használható domborzatmodellezésre, illetve szorosan összefonódott a távérzékelési technológiákkal (műholdképek, légifényképek, ortofotók).
2
Használata abban az esetben indokolt, ha nagy területről egyenletes sűrűségben kívánunk információkat tárolni. 1.1.1.2 Vektoros adatmodell A vektoros adatmodell esetében a földrajzi objektumok helyzetét szabálytalan geometriai elemekkel írjuk le. A földrajzi objektumok leírása általában négy geometriai elem segítségével történik. Ezen négy alapelem a pont, vonal, poligon és a térbeli felület. A vektoros adatmodell az ábrázolandó objektumok lényegi információit tartalmazza. Egy erdőrészlet esetében annak határvonalát (pontosabban a határvonal töréspontjait), út esetében annak tengelyét stb. A tárolandó adatmennyiség rendszerint töredéke a raszteres adatmodellel történő adatábrázoláshoz képest. A vektoros adatmodellben megjelenített térképi elemek kezelésére bonyolult algoritmusokat kell használni, továbbá alapvető fontosságú az objektumok szomszédsági viszonyainak korrekt ábrázolása (topológia) (Czimber, 1997). Ez a vektoros geoinformatikai adatok elemzésében nélkülözhetetlen. A topológikus adatábrázolás alapegysége a koordinátáival adott pont. A vonalakat pontok építik fel. A vonalak egymást nem metszik, csak a kitüntetett szerepű pontokban, a csomópontokban kapcsolódnak össze. Minden egyes vonal a síkot két részre osztja. A záródó vonalak területrészeket különítenek el. Ha az előbbi pont-vonal-terület építkezést követjük, akkor a topológia az egyes építőelemek közötti lépcsőfokot jelenti. A pont, vonal, poligon vektoros elemek között értelmezett topológiák közül a fontosabbak: terület-vonal, vonal-terület, vonal-csomópont, csomópontvonal-csomópont. A vektoros adatmodellben tárolt geometriai elemekhez attribútumadatokat (szöveges, leíró adatok) rendelünk. Az egy objektumhoz rendelt attribútumok csoportját rekordnak, az azonos típusú rekordok összességét adattáblának hívjuk. Több adattábla pedig a leíró vagy szöveges adatbázist alkotja. Ennek megfelelően a leíró adatbázis struktúrája: adat>mező>rekord>tábla>adatbázis. Az adatmezők típusa lehet numerikus, szöveges, dátum, idő, logikai és csatolt objektum (fájlok, képek, hangok, dokumentumok). Az egyes mezőkre, táblákra, adatbázisokra a megfelelő névvel hivatkozhatunk. A rekordokra történő hivatkozás a rekord sorszámával, egyedi azonosítójával vagy valamilyen relációval történik. A térinformatikai adatmodell kettősségét a grafikus (geometriai) és a szöveges (leíró) szegmens adja meg. A két adattípus között közvetlen megfeleltetés van, az első geometriához az első leíró rekord kapcsolódik, a másodikhoz a második stb. A térinformatikai adatmodellben a geometriát általában pont, vonallánc és poligonnal tároljuk. A geometriához közvetlenül kapcsolódó tulajdonságokat az elsődleges adattáblában helyezzük el. Az adattábla sorai a rekordok, minden geometriához egy rekord tartozik, az oszlopai pedig a tulajdonságok. A sorok és oszlopok metszésében tároljuk a tulajdonságértékeket, leggyakrabban számokat, szöveges értékeket, dátumot, de képeket vagy egyéb típusú adatokat is elhelyezhetünk bennük. További adatokat is tárolhatunk más adattáblákban, amelyeket a kapcsoló mezőkkel az elsődleges adattáblához kapcsolhatunk. A relációs kapcsolatban azok a rekordok kapcsolódnak össze, amelyek kapcsolómezőkben tárolt értéke azonos (1-2. ábra).
3
1-2. ábra. Relációs adatbázis felépítése
A vektoros térkép a megjelenítés szempontjából méretarány-független, az adatok geometriájának pontosságát azonban nem szabad összetéveszteni azok tárolásának élességével! (Ha a digitális térkép 1:10000 méretarányú papírtérkép felüldigitalizálásával készült, nem várható el tőle cm-es pontosság, még akkor sem, ha a nyiladék töréspontjait ekkora élességgel tároljuk is el.) 1.1.1.3 Domborzatmodellek A geoinformatikai rendszerekben vizsgált egyik tipikus objektum a terep felszíne. A terepfelszínt leíró felületmodellt domborzati modellnek (DDM – digitális domborzati modell, DEM – digital elevation model), vagy terepmodellnek hívjuk. A DDM a terepfelszín célszerűen egyszerűsített mása, amely fizikailag számítógéppel olvasható adathordozón tárolt terepi adatok rendezett halmazaként valósul meg. A DDM a modellezés folyamatában információkat szolgáltat a modellezett terep egészének vagy kiválasztott részletének lényeges sajátosságairól. (Márkus, 1995) A geoinformációs rendszerben szereplő domborzatmodell részletességét, felépítését mindig az adott feladat szabja meg. Más léptékű és pontosságú terepmodellre van szükségünk, ha az erdőgazdaság teljes feltáróhálózatát vizsgáljuk, vagy ha egy erdészeti utat tervezünk. Különböző struktúrájú domborzati modellt célszerű használni vízgyűjtő területek lehatárolásához vagy semleges vonalak felkereséséhez. Raszteres domborzatmodellek A pixelértékek felületmodell esetében a pixel által lefedett felületelem magasságát jelentik. A szabályosan elhelyezkedő rácspontok közötti pontok magasságát térbeli interpolációs módszerekkel lehet előállítani. Néhány eljárás: (Czimber, 1997)
Távolsággal arányos súlyozással;
Minimális görbület alapján;
Vektoros felületmodellezéssel, amikor egy olyan vektoros felületmodellt állítunk elő, amelynek kontrolpontjai a raszter celláinak középpontjaiba esnek. A térbeli 4
interpoláció ezek után a vektoros felületmodelleknél részletezett valamelyikével történhet. A legjobb módszert ez az eljárás adja.
eljárások
Vektoros domborzatmodellek A felületmodellek másik csoportját azok az adatstruktúrák alkotják, ahol a felületet alkotó geometriai elemek tetszőleges bonyolultsággal, szabálytalan módon kapcsolódnak egymáshoz. A csúcspontok, törésvonalak ábrázolása koordinátákkal, vektorokkal történik. Ennél az adatmodell-típusnál lényeges a térbeli kapcsolatok korrekt rögzítése, a topológia kialakítása. A modellezés feladata a Z=F(x,y) függvény vektoros adatokkal történő minél jobb közelítése, amelynek célszerű előállítása a végeselemek módszerével történik. Az F(x,y) függvényt elemi fi(x,y) függvényekre bontjuk olyan módon, hogy az fi(x,y) elemi függvények értelemzési tartományai nem fedik egymást, és összegük az eredeti F(x,y) függvény értelmezési tartományát adja. A vektoros felületmodellezésben legáltalánosabban használt végeselem a három kontrolpont alkotta térbeli háromszög. A háromszögek általában szabálytalan háromszöghálót (Triangulated Irregular Network, TIN) alkotnak. Domborzatmodellek előállítása A domborzatmodellek előállítása a következő eljárások valamelyikével történhet:
Szintvonalas térképek digitalizálása; Digitális fotogrammetria (Kraus, 1994); Lézeres felmérési technológiák (www.lidartech.com); Földi geodéziai módszerek.
1.1.2 Geoinformációs rendszerek az erdőgazdálkodásban Az erdővel, mint természeti erőforrással foglalkozó tevékenységek (erdőgazdálkodás, erdőtervezés, hatósági tevékenység stb.) mind olyan területek, ahol a feldolgozott adatok többsége közvetlen vagy közvetett kapcsolatban áll az erdőterülettel. Indokolt tehát, ha az erdőgazdálkodásban alkalmazott információs rendszerek a térbeli adatok kezelésére is fel vannak készítve. Magyarország erdőállományainak leíró adatbázisa 1976 óta az egész országot lefedően működik. Az adatbázis a relációs adatmodell szerint épül fel; az adattáblák közötti kapcsolatot a Hely-Tag-Részlet-Alrészlet adatmezőkkel, mint kulcsmezőkkel oldották meg. Ennek a struktúrának köszönhetően a különböző jellegű adatokat tartalmazó, fizikailag különálló adattáblák tetszés szerinti mélységig összekapcsolhatók, az információs rendszerben mint egységes adatbázis jeleníthetők meg. (Czimber, 1997) A térinformatikai alkalmazások elterjedésével párhuzamosan merült fel az igény az erdőállomány adattár geoinformációs rendszerré fejlesztése iránt. A kezdeti, esetenként egymástól független kísérletek után a speciálisan a magyarországi erdőgazdálkodás igényeinek megfelelően fejlesztett DigiTerra Map szoftver és adatformátumai 1997-től az Állami Erdészeti Szolgálat által alkalmazott geoinformációs rendszerek alapjává vált, így – az ÁESZ vonatkozó Végrehajtási Utasítása alapján – az erdészeti térképek digitalizálása is ezen program felhasználásával történt (ÁESZ, 1999). 2003-ra Magyarország erdőterületének 100%-áról elkészültek a digitális üzemtervi térképek. 1.2
Dinamikus feltáróhálózat-tervezés folyamata
Az informatika felhasználásával készülő hálózatterv az információgyűjtési, elemzési, tervezési és értékelési feladatok megoldását jelenti. A tervezési lépések sorrendjét a 1-3. ábra 5
foglalja össze. A szükséges informatikai műveletek elvégzéséhez ajánlott az előző fejezetben említett DigiTerra Map szoftver használata, amelyet a Nyugat-Magyarországi Egyetem, Erdőmérnöki Karának Geomatikai, Erdőfeltárási és Vízgazdálkoidási Intézet közreműködésével a DigiTerra Informatikai Szolgáltató Kft. fejlesztett ki.
Alapadatok
Digitalis térképek
Feltárandó terület bejárása, lehatárolása Meglévő feltáróhálózat vonalainak bemérése, ábrázolása Összegyűjtött igények adattáblákba rendezése
Igények megjelenítése
Adattáblák összekapcsolása Adatszűrés, osztályozás Tematikus térképek készítése Peremfeltételek meghatározása
Hálózati variációk tervezése
Kardináli pontok illetve területek kijelölése Feltárási koncepciók területrészekhez rendelése Feltáróhálózat-variációk tervezése Tervezett vonalak rövid leírása
Variációk elemzése, döntéstámogatás
Feltáróhálózat-variációk értékelése Tervezett hálózat egyeztetése Variációk megvalósíthatóságának terepi vizsgálata Összefüggő területfeltáró hálózat megválasztása
1-3. ábra. A Dinamikus feltáróhálózat-tervezés folyamata
6
A DigiTerra Map egy magas szinten integrált geoinformatikai szoftver, mely lehetővé teszi országos méretű földrajzi adatbázisok kialakítását, legyen szó vektor vagy raszter térképi állományokról, terepmodellekről és térképi elemekhez kapcsolt leíró adatokról. A szoftver az előbbi feladatok elvégzéséhez szükséges valamennyi eszközt tartalmazza: beépített tematikus térképező, térkép szerkesztő, elemző eszközök, digitális képfeldolgozó és felületmodellező, relációs adatbázis-kezelő és jelentéskészítő. Kezelése a Desktop GIS kategóriának köszönhetően egyszerű. 1.2.1 Alapadatok A tervezéshez felhasználandó adatoknak digitális formában kell rendelkezésre állni, ezért az adatgyűjtést követően adattáblákba kell rendezni őket. 1.2.1.1 Digitális térképek Az erdőterület digitális térképe Az erdőgazdálkodó által kezelt terület vektoros digitális térképe mint a feltáróhálózat közvetlen környezete szerepel az információs rendszerben. Az erdészeti alaptérkép megjelenítése a pont, vonal, terület típusú elemekkel különösebb magyarázatot nem igényel, a végzendő műveleteket adott szoftver kézikönyve tartalmazza. Célszerű meggyőződni arról, hogy a Magyarország erdőállományainak leíró adatbázisa hozzákapcsolható-e a digitális térképi objektumokhoz. Közúthálózat Az erdészeti feltáróhálózaton folyó szállítási műveletek többségükben közúti kapcsolatokon keresztül bonyolódnak le, ezért a feltáróhálózat ábrázolásakor a közúthálózat érintett része mindenképpen megjelenítendő. A közutak ábrázolása egyszerűbb esetben a digitális erdészeti térkép, vagy valamely országos geoinformatikai adatbázis (DTA-50) felhasználásával valósítható meg. Domborzat Hegy- és dombvidéki erdőterületek feltáróhálózatának vizsgálatakor a domborzat megfelelő megjelenítése kiemelkedő fontosságú. Geoinformációs rendszer esetében az egyes útszakaszokra gravitáló erdőrészletek kijelölésekor, a meglévő utak közelítő magassági vonalvezetésének meghatározásakor, vagy a hálózat bővítésének tervezésekor mindig központi szerepe van a domborzatmodellnek. Nagy kiterjedésű területről lévén szó, célszerű valamely országos magassági adatbázis megfelelő kivágatának a használata. 1.2.1.2 Feltárandó terület bejárása és lehatárolása A tervezési folyamat elején a tervezendő területet le kell határolni és be kell járni. Célszerű a határvonalakat és a meglévő közlekedési pályák vonalvezetését navigációs GPS-el bemérni, jellemző pontjain digitális fényképet készíteni és a vonatkozó észrevételeket, megjegyzéseket rögzíteni (jegyzetfüzet, terepi számítógép, diktafon stb.) 1.2.1.3 A meglévő feltáróhálózat vonalainak bemérése és ábrázolása A geoinformatikai ábrázolás során az utakat vektoros adatmodellben, vonal típusú elemekként, tengelyvonalukkal definiáljuk. A feltáróhálózatot alkotó utak ábrázolásakor alapvetően két probléma merül fel. Először meg kell határozni a hálózati kapcsolatok bemutatásának módját (topológia kialakítása), majd elő kell állítani az úttengelyek minél pontosabb (a valós helyzetnek megfelelő) geometriáját, mivel az erdészeti térképeken az utak pásztájának szélei vannak csak ábrázolva.
7
A feltáróhálózat topológiája A topológia a geometriai elemek térbeli kapcsolatát írja le, ami a vektoros geoinformatikai adatok elemzésében nélkülözhetetlen. Úthálózatok ábrázolására a csomópont-vonalcsomópont topológia alkalmas, amelynek segítségével megállapítható, hogy milyen útvonalakon juthatunk el az egyik csomópontból egy másikba. Ez a topológia lehetővé teszi a hálózati elemzéseket végző algoritmusok működését, továbbá alkalmas a csatlakozási hibák felderítésére is. (Czimber, 1997) A feltáróhálózat topológiáját a következők szerint épül fel: Az út egy leltári egységet képező vonalas létesítményt jelent. Minden úthoz egyedi azonosítót (útkód) rendelünk (pl.: útnév: Steyerházi út, útkód: 306.) A folyamatos vonalként ábrázolt úttengelyeket a csomópontoknál ,,feldaraboljuk”, így szakaszok alakulnak ki. A szakaszokat egyedi azonosítóval (útkód/szakasz) látjuk el (pl.: 306/1). A csomópontok a szakaszok metszéspontjaiban és a végpontokban helyezkednek el, pont típusú objektumként ábrázolva, egyedi azonosítóval ellátva. A szakaszokhoz hozzárendeljük a kezdő- és végpont csomópontjának azonosítóját. Két csomópont között elhelyezkedő pontszerű objektum (rakodó, műtárgy stb.) helyzetének rögzítésekor megadjuk az objektumot tartalmazó szakasz azonosítóját és az objektumnak a szakasz, valamint az út kezdőpontjától mért távolságát. Úttengelyek ábrázolásához felhasználható alapadatok Az úttengelyek szerkesztése az alábbi alapadatok alapján történhet: Terepi méréssorozatra támaszkodva, amely lehet:
mérőállomással történő részletmérés,
GPS technológia alkalmazása;
Digitális ortofotó, Digitális üzemtervi térkép Utak felmérése mérőállomással A meglévő úthálózat bejárásakor lehetnek olyan útszakaszok, amelyek térképi vonala nem felel meg a valóságnak. Ebben az esetben az utak valóságos helyzetét be kell mérni. Az utak felmérése az útkoronán vezetett sokszögvonal, valamint a sokszögpontokról végzett részletmérések megvalósításával az elérhető legnagyobb pontosságot biztosítja. A sokszögvonal kezdő- és végpontját alappontok hiányában geodéziai pontosságú GPS méréssel kell meghatározni, majd a sokszögvonalat beillesztett vonalként célszerű számítani. Hosszú sokszögvonalak esetében a megbízhatóság növelése érdekében 2 kilométerenként további GPS alappontokat kell elhelyezni. A részletmérés elvégzésekor az úttengely helyett célszerű a burkolatszéleket felmérni, az út tengelyét az irodai feldolgozáskor állítjuk elő. GPS technológia úttengelyek felmérésében Az erdészeti feltáróhálózatot alkotó utak tengelyének és fontosabb pontjainak méteres pontosságú felmérésére jól használhatók a terepi térképező eszközök (pl.: Thales Navigation cég GPS vevővel integrált MobileMapper CE termékére). Az elérhető pontosság csak a
8
komolyabb térképi vonalvezetési pontatlanságok kiszűréséhez és az úttengelyek digitális térképen való megszerkesztéséhez nyújtanak segítséget. Úttengelyek szerkesztése a digitális üzemi térképre és ortofotókra támaszkodva A terepi mérések során szerzett gyakorlati tapasztalatok azt mutatják hogy a terepi térképező eszközök, a digitális erdészeti üzemi térképek és ortofotók használatával a meglévő hálózat elemeinek tengelyei megfelelő pontossággal ábrázolhatók. Jellemző pontok ábrázolása A feltáróhálózat információs rendszerében jellemző pontok a következők: Csomópontok – a szakaszok kezdő- és végpontjai. Helyüket az úttengelyek metszéspontjában, illetve az utak kezdő- és végpontjában jelöljük ki; Hidak - az áthidalt akadály és az út tengelyének metszéspontjában értelmezzük; Kilométerpontok A feltáróhálózat terepi bejárásakor a jellemző pontokat aszfalt burkolatú utaknál az aszfaltba vert szeggel és sárga színű, kör alakú festéssel jelöljük, makadám pályaszerkezetű utak esetében a kilométerpontokat a padkán elhelyezett íráskaróval állandósítjuk. A jellemző pontokban GPS mérést végzünk, az úttengelyek későbbi rekonstruálásának megkönnyítése érdekében. Úttengelyek vonalvezetésének rekonstruálása Az út tengelye egymást követő egyenesek, ívek és átmeneti ívek sorozatából áll. Az úttengelyek rekonstruálásához és geoinformatikai ábrázolásához jól használhatók a valós idejű grafikus tervezést biztosító úttervező programok (pl.: maCADam szoftver). Első lépésként a geoinformatikai szoftver segítségével megjelenített digitális térképi állományból adatszűréssel leválogatjuk az állami és erdészeti utak határait jelentő vonalakat, majd ,,.dxf'' exportálást követően megjelenítjük azokat az úttervező programban. Az úttervező program grafikus felületén az utak határait jelző vonalak, a jellemző pontok és a körülbelüli vonalvezetést mutató GPS felvételi vonal felhasználásával a helyszínrajzi tengely egyeneseit és íveit a rendelkezésünkre álló adatok alapján a valóságot legjobban megközelítve helyezhetők el (1-4. ábra). Az úttervező program közvetlenül mutatja a berajzolt tengely szelvényezését, ezért a jellemző pontok helye azonnal ellenőrizhető. Az úttervező programban ,,újratervezett'' úttengelyek ,,.dxf'” formátumban, folyamatos vonalláncokként exportálhatók, majd a geoinformatikai programban – importálást követően – megjeleníthetők. A tengelytervezés ezen módszerével az egyes szakaszokhoz a vonalvezetés bizonyos jellemzői is hozzárendelhetők, mint például a minimális körívsugár, vagy az ívesség mértéke. A programok közötti átjárhatóságot a grafikus adatcsere formátum mellett az egységesen alkalmazott EOV koordinátarendszer biztosítja.
9
1-4. ábra. Helyszínrajzi vonalvezetés rekonstruálása
Leltári adatok Az út – adattárolási szempontból – az egy leltári egységhez tartozó szakaszok összessége. Az Útleltár adattábla felépítését a 1-1. táblázat tartalmazza. 1-1. táblázat. Az Útleltár adattábla felépítése Mezőnév
Adattípus
Megjegyzés
Útkód Útnév Úthossz
Egész Szöveges Egész
Út azonosítója Út neve Utat alkotó szakaszok hosszának összege
1.2.1.4 A feltáróhálózat kialakítását befolyásoló igények felmérése és rendezése A tervezés megkezdése előtt minél több, a tervezési területre vonatkozó információt kell beszereznünk. A felmerülő igényeket célszerű csoportosítani és adattáblákba helyezni, külön választva a digitális térképen pont, vonal, vagy terület objektumokhoz kapcsolható információkat. Ezek között nagy jelentősége van a hatóságok (erdészeti, természetvédelmi, stb.) által támasztott igények kielégítésének és a velük való egyeztetésnek, mivel így a tervezett új hálózati elemek megvalósításakor a tervezési és engedélyezési eljárás időigénye jelentősen csökkenthető.
10
1.2.2 Igények megjelenítése a geoinformációs rendszerben A területre vonatkozó információk beszerzése után azokat a geoinformációs rendszerben meg kell jeleníteni. A domborzati viszonyok ábrázolása digitális domborzatmodellel történik. Feltáróhálózattervezéskor általában nagy területről van szó, ezért valamilyen országos magassági adatbázis (DDM-50, DDM-100) megfelelő kivágatát célszerű megvásárolni. Ezek a domborzatmodellek raszteres formátumban állnak rendelkezésünkre. Először egy raszter-vektor konverzióval TIN felületmodellt kell generálni, ügyelve arra, hogy a háromszögek csúcspontjai a raszteres terepmodell pixeleinek középpontjaiba essenek. A terep vizsgálata (magasság szerinti színezés, szintvonal-generálás, keresztdőlési és kitettségi viszonyok), valamint a semleges vonalak felkeresése a TIN felületmodellen történik majd. A domborzat plasztikus megjelenítésének érdekében az előzőek szerint elkészített vektoros modellt egy vektor-raszter konverzióval finomabb (pl. 10·10 m) horizontális felbontású raszteres modellé alakítjuk vissza, amelyet magasság szerint színezve, majd domborító lineáris filterrel kombinálva jelenítünk meg. A feltárandó erdőterületet és környezetét lefedő digitális erdőtervi térkép megfelelő kivágatát az erdőgazdaság adja át. Ha az üzemtervi térkép nem tartalmazza a környék közlekedési vonalait és településeit, akkor azokat valamely országos geoinformatikai forrásból kell beszerezni (pl. DTA-50). Az erdőtervek leíró adatait tartalmazó adattáblákat (azonosítás, fafajsorok) szintén az erdőgazdaság adja át. A meglévő feltáróhálózat elemei az előzőekben leírtaknak megfelelően digitális formában megfelelő topologikus ábrázolásban rendelkezésünkre állnak. A földrajzi objektumokat leíró vektor-, raszter- és felület elemeket térképnézeteken szemlélhetjük. A térképnézetek témákból épülnek fel, amelyeknél az elsődleges adattáblák adatmezőin keresztül további adattáblák kapcsolhatók a grafikus elemekhez. A témákat igényeinknek megfelelő adatszűrés és tematikus osztályozás után jelenítünk meg (tematikák). A tematikák kialakítása a geometriai adatok, vektorok, raszterek, felületek megjelenítésével történik. A tematikus térkép több tematika kombinációja, amely tartalmazza mindazokat az információkat, melyekre kíváncsiak vagyunk. Az így kapott tematikák (fedvények) egymásra helyezésével, illetve átlapolásával szembetűnően bemutathatók az egymást átfedő igények és érdekek. 1.2.3 Hálózati variációk tervezése 1.2.3.1 Pozitív és negatív kardinális pontok és területek kijelölése Az előzőekben megfogalmazott igényeket és korlátokat a hálózattervezés szempontjából pozitív és negatív kardinális pontok és területek kijelölésével lehet konkretizálni. Pozitív kardinális pontok: olyan pontszerű objektumok, terepalakulatok, amelyeket a feltáróhálózat tervezendő nyomvonalaival érinteni kell. Erdőgazdálkodási szempontból előnyösen felhasználhatók például a nyereg és pihenő terepalakulatok, ahol rakodók vagy fordulók kialakítására nyílik lehetőség. Közjóléti igény lehet például bizonyos kilátóhelyek, pihenőhelyek, parkolóhelyek megközelítése. Pozitív kardinális területek: olyan terület objektumok amelyeket a tervezendő nyomvonalakkal érinteni kell. Például a geoinformációs rendszerben leválogathatók azok az erdőrészletek, amelyek gazdasági rendeltetésű erdők, amelyek az erdőgazdálkodás szempontjából mint feltárandó területek szerepelhetnek. 11
Negatív kardinális pontok: a tervezendő nyomvonalakkal kerülendő pontszerű objektumok. (pl.: természetvédelmi érdekek miatt védett madár fészkelő helye stb.) Negatív kardinális területek: a tervezendő nyomvonalakkal kerülendő terület objektumok. Ilyenek lehetnek az útépítés szempontjából kedvezőtlen területek (pl.: mély fekvésű kis teherbírású területek, sziklakibúvások stb.) Természetvédelmi szempontból ide sorolhatók a vizes élőhelyek (patak és közvetlen környezete) és egyéb érzékeny területek (fokozottan védett részletek), gerincek és közvetlen környezetük stb. A pozitív és negatív kardinális pontok és területek geoinformatikai ábrázolása a megfelelő vektoros térképeken egyszerűen megvalósítható (1-5. ábra). Az erdőrészletek kategorizálása (állami, magán, véderdő stb.) osztályozással és szűréssel oldható meg. A pontszerű objektumok helyét vagy meglévő térképekről vesszük át, vagy a terepi bejárások során végzett GPS méréseket használjuk fel. A vízfolyásokat kísérő védőzónák kijelölésére a térinformatikai szoftver pufferzóna-generáló algoritmusát alkalmazhatjuk.
1-5. ábra. Pozitív kardinális pontok és negatív kardinális területek
1.2.3.2 A feltárási koncepció megválasztása A hálózatot alkotó nyomvonalak tervezését a jelentkezett igényeken kívül alapvetően az erdőgazdálkodás szempontjai befolyásolják. Ezek a hálózattervezéskor a feltárási koncepcióban jelennek meg, amely megadja az egyes erdőrészletek gazdálkodó által elképzelt megközelíthetőségét és a termőterületi feltárás (finom feltárás) termeléstechnikai megoldásait. Ennek megfelelően el kell dönteni az egyes területekhez rendelhető feltárási koncepciót, amelyhez a digitális domborzatmodell (DDM) lejtőkategória szerinti színezése is jó támpontot nyújt. Ehhez minden erdőrészletnek meg kell határozni az átlagos keresztdőlését, majd az erdőrészleteket a megfelelő határértékek szerint osztályozni kell (1-6. ábra). A fatermesztési elsődleges rendeltetésű terület feltárásánál a 0-25%, 25-45%, és a 45% feletti kategóriák, a természetvédelmi területeken 0-15%, 15-25% és 25% feletti határértékek használhatók (1-7. ábra, 1-8. ábra). 12
1-6. ábra. Erdőrészletek átlagos keresztdőlése
1-7. ábra. Fatermesztési elsődleges rendeltetésű terület feltárási koncepciója
13
1-8. ábra. Természetvédelmi terület lehetséges feltárási koncepciója
1.2.3.3 Feltáróhálózat-variációk tervezése Az adatgyűjtést és a geoinformatikai rendszerben végzett elemzéseket követően az első terepi bejárások tapasztalatainak megfelelően kidolgozunk több feltáróhálózat-variációt. A hálózat elemeit semleges vonal mélységig tervezzük meg, mivel a későbbiekben, az egyes utak tengelyei vízszintes és magassági vonalvezetésének tervezése ehhez igazodóan történik. A semleges vonalak hatékony térképi felkeresése akkor valósítható meg, ha az a geoinformatikai szoftver grafikus felületén, az ábrázolt domborzatmodellen, valós időben történik (pl.: DigiTerra Map). A szintvonalak és a digitális domborzatmodell megjelenítése után a semleges vonal felkeresését végző programrész a DigiTerra Map szoftverben azzal indul, hogy a már meghatározott kardinális pontok alapján, a terep tanulmányozásával a képernyőn a mutatóeszköz (egér) segítségével szükség szerinti számban meg kell adni azokat a pontokat (Vi), amelyek az elképzelt vonal körülbelüli futását mutatják. Az R semleges vonal felkeresése a digitális domborzatmodell alapján a következő algoritmussal történik: A semleges vonal bemeneti változói egy D(x,y) függvény, amely a vizsgált domborzat magasságát adja vissza az x,y pozícióban és egy Vi pontokat tartalmazó adatsor, ahol i=1…n. A pontok magassági koordinátáját a D(x,y) függvény szolgáltatja. Az adatsor legtöbbször csak két elemet, egy kezdő- és egy végpontot tartalmaz. Az eljárás első lépésében a Vi pontok közötti szakaszokra kiszámításra kerülnek a lejtviszonyok, a vízszintes távolságok és a magasságkülönbségek. Ezek a keresőalgoritmus paraméterei. A legfontosabb az R semleges vonal L lejtése,
14
amely a vonal egészén azonos. További paraméter az s szakaszhossz, amely a semleges vonalat felépítő szakaszok hosszúságát határozza meg. Az algoritmus a V1 kezdőpontból indul ki és a V2, V3, …Vn pontok irányában keresi a semleges vonal töréspontjait. A keresés az előző töréspont és az aktuális töréspont által kijelölt irányban történik egy adott φ keresőszög alatt. A keresőszög növelésével növelhető a keresés rugalmassága. Nagyobb érték esetén az algoritmus számításigényesebb, de képes hegygerinceket, domborzati alakzatokat is megkerülni. A φ keresőszög és a szakaszhossz egy s sugarú körívet határoz meg az aktuális pont körül, amely mentén a következő pontot keresni kell. A köríven l nagyságú távolságonként kell a terep magasságát meghatározni a D(x,y) függvény segítségével. A magassági pontok összekötésével egy T térbeli vonalláncot kapunk, amely pontosan a körív fölött húzódik. Az aktuális pont magassága és az L lejtés alapján meghatározható a következő pont z magassága, amely egy Z=z vízszintes síkot jelöl ki. A következő pont vízszintes koordinátáit a T vonallánc és a Z sík döféspontjának koordinátái adják. A pontokat a Vn végpontig kell keresni. Ha a Vn térbeli pont közelébe érünk egy adott ε toleranciával, akkor az algoritmus befejeződik. Ha a végpont alatt vagyunk, akkor az L lejtés értéke nő, ha fölötte, akkor csökken. Az iteratív eljárást addig folytatódik, míg a végpont közelébe nem érünk a kívánt pontossággal. A 11-9. ábra a semleges vonal felkeresésének digitális megvalósítását szemlélteti.
1-9. ábra. A DigiTerra Map semleges vonal felkereső eszköze
1.2.4 Variációk elemzése, döntéstámogatás 1.2.4.1 Feltáróhálózat-variációk értékelése A feltáróhálózat-variációk összehasonlítása objektív mérőszámok alapján lehetséges, melyek a következők lehetnek: Tervezett utak hossza, útkategóriák szerint (m). A felkeresett semleges vonalak hosszát a geoinformatikai program automatikusan számítja, a tervezett hálózati elem kategóriáját pedig a vonal rögzítése után meg kell adni. Az elkészült hálózat-variáció különböző kategóriájú vonalainak teljes hosszát ezek után elő lehet állítani.
15
Tervezett utak feltárandó területen kívüli hossza (m). A tervezett semleges vonalakat az erdőgazdaság határainál meg kell szakítani, és az Idegen adatmezőhöz „1” értéket rendelni; ez alapján az idegen területen haladó útszakaszok hossza összesíthető. Tervezett utak negatív kardinális területet átszelő és érintő hossza. Az előzőekhez hasonlóan a felkeresett semleges vonalak a negatív kardinális területek határán is szakaszolhatók, majd az adatmező megfelelő kitöltésével elkülöníthetők a területet átszelő vagy érintő szakaszok. A vizsgált terület feltártsági mutatói: közvetlen és komplex feltártsági mutató, (fm/ha) dimenzióban. A közvetlen feltártsági mutató a vizsgált területen haladó úthossz és a vizsgált terület hányadosaként, a komplex feltártsági mutató a teljes úthossz és a vizsgált terület hányadosaként számítható. A vizsgált terület feltártsága ((ha) és (%) dimenziókban): Az erdőrészletet közvetlenül feltártnak tekintjük, ha valamelyik tervezett (vagy meglévő) út áthalad rajta. A geoinformatikai programmal leválogathatók azok az erdőrészletek, amelyeket út érint, az így kijelölt területek Feltárt adatmezőjébe a „1” értéket rendelünk; az összes közvetlenül feltárt erdőrészlet területe, valamint a teljes területhez viszonyított aránya ezek után számítható (1-10. ábra).
1-10. ábra. A tervezett feltáróhálózat és a feltárt területek
16
Az erdőrészletet közvetve feltártnak tekintjük, ha annak súlypontja a feltárási koncepció alapján meghatározott maximális közelítési távolságra kijelölt, az úttengelyt követő pásztába esik. A felkeresett semleges vonalakat az eltérő feltárási koncepciójú területek határán feldaraboljuk, majd a szoftverrel feltárási koncepciónak megfelelő szélességű pufferzónát generálunk; ezután azok az erdőrészletek, amelyek súlypontja a pufferzónába esik, leválogathatók. Az így kijelölt részletek Feltárt adatmezőjébe a „2”' értéket rendelünk; az összes közvetve feltárt erdőrészlet területe, valamint a teljes területhez viszonyított aránya ezek után számítható. A tervezett feltáróhálózat által elfoglalt erdőterület nagysága, (ha) dimenzióban. A tervezett utak műszelvénye által elfoglalt területeket erdőrészlet szinten mutatjuk ki. Ehhez meghatározzuk, hogy az egyes útszakaszok milyen hosszon haladnak egy-egy részleten belül, majd az adott szakasz felezőpontjában meghatározott terep-keresztdőlés, valamint az útosztály függvényében egy átlagos műszelvény-szélességet állapítunk meg (1-11. ábra). A részleten belüli úthossz és az átlagos műszelvény-szélesség szorzata megadja az elfoglalt terület közelítő nagyságát. A kiszámított mutatók alapján a tervező javaslatot tehet az optimális variációra, de a döntést a feltáróhálózat-tervet megrendelő erdőgazdálkodó szakembereinek kell meghozniuk, annak tudatában, hogy a dinamikusan aktualizálható adattárolási megoldásoknak köszönhetően az a peremfeltételek megváltozása esetén módosítható.
1-11. ábra. II. o. feltáróutak műszelvényének szélessége a keresztdőlés függvényében
17
1.2.4.2 A tervezett hálózat egyeztetése A feltáróhálózat-terv akkor lesz hosszú távon az infrastrukturális fejlesztések koncepcióterve, ha az abban szereplő megoldásokat az erdőgazdálkodó mellett a többi érintett fél is elfogadja. A tervezésnek ebben a fázisában kell az érintetteknek a tervbe betekintési lehetőséget biztosítani, hogy véleményüket annak ismeretében fogalmazhassák meg. Ebben a szakaszban a terv – a geoinformatikai megoldások hatékonyságának köszönhetően – a megvalósítható új javaslatoknak megfelelően még viszonylag egyszerűen módosítható. Mindenképpen ki kell kérni az erdészeti hatóság véleményét, hiszen az erdészeti utak építésének engedélyezési eljárásában mint elsőfokú hatóság szerepel. Az így leegyeztetett és előzetesen jóváhagyott terv az egyes utak jövőbeni engedélyezését jelentősen felgyorsíthatja. A területileg illetékes természetvédelmi szervezet véleményét abban az esetben is érdemes megismerni, ha a terület nem áll természetvédelmi oltalom alatt, hiszen a jövőben is számolni kell további területek védetté nyilvánításával. A tartamos erdőgazdálkodás jól megfogalmazott céljai sok esetben megfelelhetnek a természetvédelmi elvárásoknak is. A feltárandó erdőterületeket jellemzően mezőgazdasági területek veszik körül, amelyeket az új utakkal sokszor kereszteznünk kell. Az igények előzetes felmérése után a tervezésnek ebben a szakaszában az érintett önkormányzatokat, gazdálkodókat is tájékoztatni kell az elképzeléseinkről. A közös célokat szolgáló útszakaszok megvalósulásához a társadalom egyéb szereplői is hozzájárulhatnak közvetlen anyagi ráfordításokkal, vagy a területhasználat engedélyezésével. Nem mellékes az a szempont sem, hogy az Európai Uniós fejlesztési pályázatok elbírálásánál előnyben részesülnek a komplex kistérségi célokat megvalósító beruházások. 1.2.4.3 Variáció megvalósíthatóságának terepi vizsgálata A domborzatmodellen előállított semleges vonalakat meg kell kísérelni a terepen is felkeresni. Ilyenkor nem cél a semleges vonal precíz kitűzése és állandósítása, célunk csupán annak eldöntése, hogy a digitális térképen felkeresett nyomvonalak a terepen is megvalósíthatók-e. Az általában nagy méretarányú térkép szintvonalaiból levezetett felületmodell nem adja vissza a terep finomságait, a vízmosások, mellékvölgyek például csak elnagyoltan jelennek meg rajta, holott ezek megközelítése vagy keresztezése a tervező részéről nagy körültekintést igényel. Hasonlóképpen a területen lévő sziklák, suvadásos vagy vizenyős területek sem szerepelnek a digitális térképen, így ezek elkerüléséről a terepi munkák során kell gondoskodni. Ilyen esetekben – a semleges vonal felkeresésének megszakításával – a terepen ki kell jelölni azokat a pontokat, amelyeket a semleges vonallal érintve a kérdéses terepalakulat keresztezhető vagy elkerülhető. Ezen kardinális pontok kijelölése után a semleges vonalat módosítani kell. A terepen felkeresett semleges vonal pontjait navigációs GPS-el vagy terepi térinformatikai adatrögzítővel be kell mérni azért, hogy a végleges terven majd a ténylegesen felkeresett semleges vonalat ábrázoljuk. A koordináták mérése után a pontokhoz megjegyzések (pl. emelkedő/esés értéke, digitális fénykép azonosítója stb.) fűzhetők, amelyek a későbbi irodai feldolgozást megkönnyítik. 1.2.4.4 Összefüggő területfeltáró hálózat megválasztása A terepi vizsgálatokat követően, a méréseknek megfelelően véglegesítjük a feltáróhálózattervet, majd az előzőekben ismertetett feltárási mutatók előállításával értékeljük azt. A tervet célszerű kiegészíteni a tervezett nyomvonalak rövid leírásával. Az ismertetett tervezési eljárással és annak geoinformatikai megvalósításával olyan hálózattervet hozunk létre, amely az aktuális viszonyok között megfogalmazott érdekek figyelembevételével tekinthető 18
optimális megoldásnak. A feltáróhálózat megvalósulásának időben elhúzódó folyamata alatt azonban megváltozhatnak a körülmények, sőt a megváltozott körülményeket magunk hozzuk létre a hálózat szakaszos kiépítésével. A folyamatosan aktualizált adatokat tartalmazó geoinformációs rendszerre épülő tervezési módszer olyan hatékony eszköz, amelynek segítségével az állandóan változó körülmények és kiindulási adatok nyomon kísérhetők, valamint minden megvalósult feltárási elem után megvizsgálva céljaink teljesülését, a szükséges módosítások azonnal átvezethetők és megjeleníthetők. 1.2.5 Digitális útnyilvántartás A digitális térképen az előző fejezetekben ismertetettek szerint létrehozott feltáróhálózat egyben alapját képezi egy erdészeti útügyi információs rendszernek. Az erdészeti útügyi információs rendszer egy olyan speciális geoinformációs rendszer, amely a feltáróhálózatot ábrázoló térképi és a feltáróhálózathoz kapcsolódó leíró adatok, valamint azok kezelésére kifejlesztett algoritmusok segítségével döntéstámogató funkciókat nyújt a feltáróhálózat fenntartásához és fejlesztéséhez, hatékonyabbá teszi a szállításszervezési munkákat, továbbá hozzájárul a magasabb szintű vevőkiszolgáláshoz. Ennek alapjait a dinamikus feltáróhálózattervezési módszerrel készült hálózatterv már tartalmazza, mivel a meglévő utak tengelyei és a tervezett nyomvonalak geoinformációs rendszerbe illesztve rendelkezésre állnak. A digitális térképen ábrázolt úttengelyek vonalain megjelennek a jellemző pontok (csomópontok, hidak, kilométer pontok) a leltári adatok között pedig már szerepelnek a legfontosabb leltári adatok (útkód, útnév, úthossz). Egy hatékony döntéstámogató útügyi rendszernek fentieken kívül tartalmaznia kell:
az utak állapotát (szubjektív állapot, teherbírás),
az utak várható forgalmát (forgalomelemzés),
az útfenntartási beavatkozásokat
Az így létrehozott és folyamatosan aktualizált erdészeti útügyi információs rendszer már nemcsak az új építendő utak tervezésének és engedélyezésének folyamatát gyorsítja meg, hanem naprakész információkat is szolgáltat a pályázati lehetőségek hatékonyabb kihasználásához. 1.3
Felhasznált irodalom
CZIMBER K.: Geoinformatika. Egyetemi jegyzet, Soproni Egyetem, Sopron, 1997. KOSZTKA M.-MARKÓ G.-PÉTERFALVI J.-PRIMUSZ P. Erdészeti feltáróhálózatok tervezési irányelvei. Kutatási jelentés a FVM Agrár- Vidékfejlesztési Főosztálya megrendelésére. (84o.) NyME Erdőmérnöki Kar Geomatikai, Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Intézet, Sopron, 2007. KOSZTKA M.-MARKÓ G.-PÉTERFALVI J.-PRIMUSZ P.-TÓTH Cs.: Erdészeti utak teherbírásának mérése. MTA AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás. Gödöllő 2008. 32/3. p.:7579. KOSZTKA M.-MARKÓ G.-PÉTERFALVI J.: Feltáróhálózat tervezése a Börzsönyben dinamikus hálózattervezéssel. Közúti és mélyépítési szemle. 2003. 53. évf. 9. sz. 22-26. KOSZTKA M.-MARKÓ G.-PÉTERFALVI J.: Erdőfeltárás tervezése a Börzsönyben dinamikus hálózattervezéssel. Erdészeti Lapok, 2004. október. 298-301.
19
MARKÓ G.-PÉTERFALVI J.: Digitális felületmodell alkalmazása erdészeti feltáróhálózatok és feltáróutak tervezésénél. MTA AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás. Gödöllő 2004. Nr. 28/2. p.:377-381. MARKÓ G.-PÉTERFALVI J.: Erdészeti utak nyilvántartása a geoinformatika segítségével. MTA AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás. Gödöllő 2006. 30. p.: 139-143 PÉTERFALVI J.-MARKÓ G.: Feltáróhálózatok fejlesztése. Erdészeti, Környezettudományi és Vadgazdálkodási Tudományos Konferencia (EKTV-TK). Erdőmérnöki Kar – MTA Veszprémi Területi Bizottsága. Sopron 2007. december 11. p.106-107. PÉTERFALVI J.-MARKÓ G.- KOSZTKA M.: A Szombathelyi Erdészeti Rt. feltáróhálózata információs rendszerének kialakítása. ERFARET Részjelentés 1. NyME Erdőmérnöki Kar Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Tanszék, Sopron, 2005. PÉTERFALVI J.-MARKÓ G.- KOSZTKA M.- PRIMUSZ P.: A Szombathelyi Erdészeti Zrt. feltáróhálózata információs rendszerének kialakítása. ERFARET Részjelentés 2. NyME Erdőmérnöki Kar Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Tanszék, Sopron, 2006. PÉTERFALVI J.-MARKÓ G.- KOSZTKA M.- PRIMUSZ P.: A Szombathelyi Erdészeti Zrt. feltáróhálózata információs rendszerének kialakítása. ERFARET Részjelentés 3. NyME Erdőmérnöki Kar Geomatikai, Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Intézet, Sopron, 2007. PÉTERFALVI J.-MARKÓ G.- KOSZTKA M.- PRIMUSZ P.: A Szombathelyi Erdészeti Zrt. feltáróhálózata információs rendszerének kialakítása. ERFARET Részjelentés 4. (17o.) NyME Erdőmérnöki Kar Geomatikai, Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Intézet, Sopron, 2008.
2. Erdészeti utak állapotfelvételénál alkalmazott korszerű méréstechnika Az erdészeti utak megépítésük után fenntartásra szorulnak. Az úthálózat különböző színvonalon (egy vagy két forgalmi sávos, földút, makadám vagy aszfalt burkolatú út) kiépített elemein elvégzendő útfenntartási beavatkozások meghatározásához ismerni kell az utak állapotát. Az útállapot-felvétel hatékonyságának növelése érdekében annak eszközeit a digitális technika és az elektrotechnika fejlődését követve, az erdészeti útépítés körülményeinek megfelelően folyamatosan ki- és tovább kell fejleszteni. Ezek a fejlesztések az új Regionális Egyetemi Tudásközpont pályázat részfeladatai között is szerepelnek. A felújítandó út állapotának meghatározásához alábbiakra van szükség: Geodéziai felmérés, vonalvezetés rekonstruálása és a vízelvezetés ellenőrzése; Pályaszerkezet és a pályaszerkezeten kívüli részek (padka, árok és növényzet) állapotának meghatározása. 2.1
Geodéziai felmérés, vonalvezetés rekonstruálása és a vízelvezetés ellenőrzése
A sikeres felújítás egyik fontos előfeltétele a vízelvezetési problémák megoldása. Az ilyen hiányosságok felderítéséhez szükség van a felújítandó út vonalvezetésének rekonstruálására, amelynek alapja a geodéziai felmérés. Először a felújítandó út tengelyét 25 m-ként megjelöljük. A geodéziai felmérést két lépésben végezzük el. Először a 25 m-ként megjelölt tengelypontokat és a műtárgyak jellemző pontjait (pl.: befolyási és kifolyási szint) mérjük be mérőállomással. Második lépésben a már három koordinátával rendelkező tengelypontokra támaszkodva az útkeresztmetszet jellemző pontjait vesszük fel. Ennek eszköze a legújabb elektrotechnikai fejlesztések felhasználásával készült 20
digitális busszola-teodolit, amelyre a mérési és kiértékelési módszereket elsőként dolgoztuk ki. Az általunk használt TruPulse 360 típusú műszer egy olyan maroknyi mérőeszköz, amely a keresztszelvények felvételétől elvárt pontossággal gyorsan és közvetlenül szolgáltatja a szükséges távolságokat és szögadatokat (mágneses azimut és magassági szög) a koordinátageometria számításokhoz. Mindezt úgy teszi, hogy nincs feltétlenül szüksége műszerállványra mivel akár szabadkézből is történhet a mérés. A műszer ferdeségét a beépített szenzorok automatikusan kompenzálják. A mérés az irányzás elvégzése után egyetlen gomb megnyomásával végrehajtható. A mért értékek jól látható kijelzőn közvetlenül leolvashatók vagy kézi számítógépre küldhetők. Ebből következően a mérés időszükséglete töredéke a mérőállomással történő mérés idejének. A terepi mérések adataiból a szükséges geodéziai számításokat elvégezve három koordinátával rendelkező ponthalmazt kapunk. Az azonos típusú pontokat (pl.: tengelypontok, rézsű talppontja, bevágás körömpontja, burkolatszél stb.) AutoCAD grafikus tervező szoftverben történő megjelenítést követően spline görbével kötjük össze, ami a valóságos vonalakat jól közelíti. Az így kapott térbeli spline görbéken egymástól 1 m távolságra pontokat helyezünk el, amelyek a szabálytalan háromszögekből álló felületmodell háromkoordinátás pontjai lesznek. Az Intézetünkben kifejlesztett úttervező szoftver segítségével létrehozható a felületmodell és a besűrített tengelypontokhoz igazodóan rekonstruálható az úttengely vízszintes és magassági helyzete, valamint ellenőrizhető és megtervezhető a vízelvezetés is. A kidolgozott komplex felmérési és kiértékelési módszerrel alacsony beruházási költség mellett mintegy 50%-os munkaidő megtakarítás érhető el. A Pályaszerkezet és a pályaszerkezeten kívüli részek állapotának meghatározása
2.2
Az erdészeti utak állapotfelvételekor a pályaszerkezet és a pályaszerkezeten kívüli részek (padka, árok és növényzet) állapotát határozzuk meg. A pályaszerkezet állapotát a teherbírásával és felületének állapotával lehet jellemezni. A teherbírást a célnak megfelelő sűrűséggel végzett teherbírásméréssel állapítjuk meg. A burkolatfelület, a padka, az árok és a növényzet állapotát szubjektív állapotfelvétellel minősítjük. A pályaszerkezet leromlási folyamata előrehaladásának megítéléséhez szükséges a keresztmetszet deformációjának (nyomvályú stb.) ismerete. Ennek meghatározását a burkolat keresztszelvényének pontos felmérése alapján végezhetjük el. Az útállapot fenti jellemzőinek meghatározására az alábbi módszereket és saját fejlesztésű eszközöket használjuk fel:
pályaszerkezet és a földmű teherbírásának mérése Dynatest nehézejtősúlyos teherbírásmérő berendezéssel, a burkolat felületének keresztmetszeti felvétele lézeres profilométerrel, a szubjektív állapot felvétele mérőkerék és kézi számítógép összekapcsolásával. Az utak teherbírása használatuk során fokozatosan csökken, majd elérnek egy olyan állapotot amikor már biztonságosan a további forgalom elviselésére alkalmatlanná válnak. Ilyenkor a pályaszerkezet megerősítése szükségszerűvé válik. A megerősítés mértékének meghatározásához mérni kell a pályaszerkezet teherbírását. A felújítandó út teherbírását 25 m-ként Dynatest nehézejtősúlyos teherbírásmérő berendezéssel végezzük el, amely egy igen pontos, megbízható és folyamatosan fejlesztett eszköz a teherbírás mérések elvégzésére világszerte. A nehézejtősúlyos teherbírásmérő berendezés egy adott magasságból leejtett súllyal szimulálja a mozgó kerék által okozott terhelést és így sokkal alkalmasabb a forgalom okozta ismétlődő, dinamikus terhelések szimulálására, mint a statikus, félig-statikus vagy a vibrációs terhelések. A terhelési idő csupán 25–30 ms, ami körülbelül egy 60–80 km/h sebességgel közlekedő tehergépkocsi 21
okozta igénybevétellel egyenlő. A kialakuló behajlási teknő geometriájából következtetni tudunk nemcsak a pályaszerkezet, hanem a földmű teherbírására is. A kapott mérési eredmények több szempontú kiértékelésére (behajlás, görbületi sugár, merevségi fok, felületi modulus, felületi földmű modulus) kidolgozott számítógépes programmal támogatott módszerünk a korábbinál megalapozottabbá teszi a szükséges útfenntartási beavatkozások tervezését. A behajlási teknő alakja kialakulásának elemzésével és annak modellezésével elért eredményeinket az országos közúthálózaton mért teherbírási adatok kiértékelésénél is figyelembe veszik. A pályaszerkezeten végzendő útfenntartási munkák mennyiségének meghatározásához ismerni kell a burkolat felületének forgalom okozta elváltozásait. Ehhez a meglévő burkolat felszínének keresztmetszetét kell felvenni kellő sűrűségben. Az általunk kifejlesztett mérési és kiértékelési technika az alábbi részekből tevődik össze:
Lézeres profilométer az adatgyűjtő kézi számítógéppel, - 4 m hosszú alumínium váz (mérőgerenda) a rárögzített dőlésmérővel, a rajta futó mérőkocsival és az azon elhelyezett lézeres távolságmérővel, - léptetőmotor léptetőmotor-vezérlővel, - terepi adatgyűjtésre alkalmas érintőképernyős netbook, a rajta futó adatgyűjtő szoftverrel, - központi vezérlő egység és a rajta futó programok, amely USB kapcsolaton keresztül kommunikál a hozzá csatlakoztatott netbookkal; Kiértékelő és tervező számítógépes program a felvett keresztmetszet megjelenítésére és az új burkolatfelület tervezésére. A mérőeszköz hasznos szélessége 3500 mm. Az ennél szélesebb burkolatok felmérése több állásból oldható meg. A mérőeszköz mozgatása kézzel történik, a gerendán elhelyezett kerekek biztosítják a könnyű pozícionálást. Egy keresztszelvény profil felmérése, a mérési pozíció elfoglalása után kevesebb, mint 1 percet vesz igénybe. A jelenleg alkalmazott beállítások mellett 2 mm-ként mintavételezzük a burkolat felületét. A lézeres távmérő felbontása 0,1 mm, ezért a felmért profilban a nyers mérési eredményeket ábrázolva egy meglehetősen nagy zajjal terhelt görbét kapunk. A mérési eredményeket ezért 10 cm bázisú mozgóátlaggal szűrjük, majd a szűrt profilt 10 cm-ként mintavételezzük. Ezután egy, a burkolat felületét jól jellemző görbét kapunk. Ennek alapján tervezéskor az egyes burkolatfelek dőlésének változtatásával kialakítható egy tervezett – marással, illetve kiegyenlítő réteg építésével előállított – kiegyenlítő profil, amelyre a megerősítő réteg már azonos vastagságban építhető meg (2-1. ábra). Az építendő kiegyenlítő réteg, illetve a mart aszfalt térfogatát a keresztmetszeti területek, és a szelvények közötti távolság felhasználásával a kiértékelő program közvetlenül számítja. A kiegyenlítő réteg mennyiségének objektív meghatározása a beruházó és a kivitelező közötti árviták csökkentéséhez vezet. A kiértékelő program célirányos fejlesztésével pontosabban jellemezhető a burkolat felületének makroérdessége, ami a közúti forgalom biztonsága szempontjából elsődleges fontosságú.
22
2-1. ábra. A keresztszelvényprofil értékelése
Az erdészeti utak szubjektív állapotának felvételére és kiértékelésére a korábbi manuális értékelési módszert továbbfejlesztve kidolgoztuk a digitális felvétel és értékelés eszközeit és technológiáját. A digitális felvétel és kiértékelés eszközei az alábbiak: mérőkocsihoz kapcsolt saját fejlesztésű kalibrált mérőkerék, kézi számítógép, a saját fejlesztésű adatgyűjtő programmal, saját fejlesztésű számítógépes kiértékelő program. A szubjektív állapot elsődleges felvételénél az alábbi állapotjellemzőket értékeljük: - Aszfalt burkolatú utak: o Kátyú o Nyomvályú o Repedés - Makadám burkolatú utak: o Kátyú o Nyomvályú A burkolat állapotán kívül értékeljük a - Padka - Árok - Növényzet állapotát is. A felvétel a mérőkocsi folyamatos (5-10 km/h) haladása mellett az érintőképernyős kézi számítógépen megjelenő 1-3 skálájú állapotjellemzők megfelelő értékének megjelölésével történik. A dokumentálható helyszíni információk kibővítésére a 25 m-ként megjelölt mérési pontokban digitális fényképeket készítünk. A pályaszerkezet felületi állapotát az állapotjellemzők értékei alapján a járhatóság mérőszámával (1-5) jellemzzük. Az 1-es járhatóság jelenti a legjobb értéket az 5-ös járhatóság a járhatatlan burkolatú utat jelöli. Az elsődleges felvétel adatainak kiértékelését és a járhatóság meghatározását egy saját fejlesztésű számítógépes program segítségével végezzük el. Az állapotjellemzők grafikus képernyőn megjelenő értékei alapján az azonos szubjektív állapotú szakaszok a szakaszhatár dinamikus változtatásával könnyen meghatározhatók. Az azonos szubjektív állapotú szakaszok lehatárolása segítséget nyújt az azonos útfenntartási beavatkozásokat igénylő ún. szektorok elkülönítéséhez is. A kidolgozott módszerrel napi 25 km úthossz állapotfelvételét lehet elvégezni. A felvétel adatainak kiértékelése körülbelül 1 órát igényel, a korábbi 1 nap helyett.
23
2.3
Összefoglalás
A fejlesztések eredményeként kialakított, informatikai alapokra felépített állapot felvételi és értékelési rendszer végső célja, hogy az erdészeti úthálózatok hosszú- és középtávú útfenntartási terveihez, valamint konkrét utak fenntartási terveihez hatékonyan és korszerűen alapadatokat szolgáltasson. A kifejlesztett méréstechnika hozzájárul ahhoz, hogy az útfenntartási munkák és a felhasználandó építési anyagok mennyiségének korábbinál reálisabb meghatározásával pontosabb felújítási tervek készülhessenek. Az erdészeti utak fenntartási munkáinak tervezésére kidolgozott módszereink nagy mértékben elősegítik azt, hogy az erdőgazdaságok a pillanatnyi pénzügyi helyzetük ismeretében elhatározott útfenntartási feladataikat korrekt tervek alapján végezhetik el. Ezek a minőségileg magasabb színvonalú tervek hozzájárulnak ahhoz is, hogy a munkák költségeinek meghatározása és a munkák elvégzésének ellenőrzése reálisabb lehessen. 2.4
Felhasznált irodalom
KOSZTKA M.-MARKÓ G.-PÉTERFALVI J.-PRIMUSZ P.-TÓTH Cs.: Erdészeti utak teherbírásának mérése. MTA AMB Kutatási és Fejlesztési Tanácskozás. Gödöllő 2008. 32/3. p.:7579. KOSZTKA M.-MARKÓ G.-PÉTERFALVI J.-PRIMUSZ P.: Kutatás az erdészeti utak korszerű állapot felvételi és értékelési módszerének kidolgozásáról, a HuszárokelőpusztaFarkasgyepű II. o. erdészeti feltáróút példáján. Kutatási jelentés a BAKONYERDŐ Erdészeti és Faipari Zrt. megrendelésére. NyME Erdőmérnöki Kar Geomatikai, Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Intézet, Sopron, 2008. PÉTERFALVI J.-KOSZTKA M.-MARKÓ G.-PRIMUSZ P.: Kutatási jelentés az erdészeti utak korszerű állapot felvételi és értékelési módszerének kidolgozásáról, a PilikánBüdöskút-Balatongyörök és a Laposok-Bakonybél II. o. erdészeti feltáróutak példáján. Kutatási jelentés a BAKONYERDŐ Erdészeti és Faipari Zrt. megrendelésére. NyME Erdőmérnöki Kar Geomatikai, Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Intézet, Sopron, 2009.
3. Erdészeti vízgazdálkodás 3.1
A modul célja
Az erdőgazdálkodás és a vízgazdálkodás közötti kapcsolat aktuális kérdésköreinek ismertetése. Az erdészeti vízgazdálkodás gyakorlati megvalósulási lehetőségének bemutatása és szükségességének tudatosítása. 3.2
Az erdészeti vízgazdálkodás értelmezése
Vízgazdálkodásnak, általános értelemben és a törvényi megfogalmazás szerint is, a vizek hasznosításával, hasznosítási lehetőségeinek megőrzésével, a vizek kártételei elleni védelemmel és védekezéssel összefüggő tevékenységek összességét nevezzük. Az erdészeti vízgazdálkodást egyrészt e fogalomkörön belül lehet elhelyezni, mint az erdővel és erdőgazdálkodással kapcsolatos vízgazdálkodást, másrészt azonban szélesebben értelmezhető, sőt értelmezendő. Talán úgy is lehet fogalmazni, hogy az erdészeti vízgazdálkodás részben közvetlen tevékenységek révén, részben pedig közvetett módon, egy szemlélet révén valósul meg, s ez utóbbi jelenti azt a bizonyos szélesebb értelmezést.
24
A közvetlen kategóriába tartoznak a vizekkel, illetve vízkészletekkel kapcsolatos együttműködések, azaz a térségi vízgazdálkodókkal, a kövizigekkel és vízitársulatokkal való kapcsolattartás, s az e kapcsolatokból adódó feladatok végrehajtása. Ezeken túlmenően az erdőgazdálkodó saját vízgazdálkodási tevékenységet is folytat, egyfelől az erdő- és vadgazdálkodási, természetvédelmi, közjóléti célú vízhasznosítások, másfelől a vizek kártételeinek mérséklése érdekében. Mindezek különféle vízépítési kisműtárgyak, illetve kislétesítmények létrehozásában és működtetésében valósulnak meg. A közvetlen tevékenységek mellett nagyon fontos az erdészeti vízgazdálkodás közvetett módon való megnyilvánulása, amely a vízviszonyok ismeretén alapuló alkalmazkodást jelenti, valamint egy olyan szemléletet, amely révén mindig tudatában vagyunk annak, hogy a területhasználattal kapcsolatos tevékenységeink hatással vannak a vízviszonyokra, amelyek azután természetesen visszahatnak az erdőre. Amikor erdőtervezés során, a termőhely feltárásakor és jellemzésekor figyelmet fordítunk a talaj vízgazdálkodási (vízáteresztő, vízbefogadó, víztartó) sajátosságaira, a szivárgó vizekre, a talajvíz elhelyezkedésére és évközi változásaira, az esetleges elöntések lehetőségére, gyakoriságára és tartósságára, akkor tulajdonképpen gazdálkodunk a vízviszonyokkal. Amikor olyan fafajt választunk, amely az adott vízkészleteket jobban hasznosítja, mint egy másik, mert kisebb a transzspirációs tényezője, azaz a szárazanyag létrehozásával kapcsolatos vízfelhasználása, akkor gazdálkodunk a vízzel. Amikor az erdőművelési beavatkozások során arra is gondolunk, hogy a tisztítással, gyérítéssel befolyásoljuk a vízháztartást, mert a kisebb levélfelület révén kisebb lesz az intercepció, nagyobb lesz az állományi csapadékrész, s így növekedhet a beszivárgás lehetősége, akkor gazdálkodunk a vízzel. Amikor véghasználatkor előre látjuk egy terület elvizesedésének lehetőségét, mert drasztikusan csökken a vegetáció tömege és így a vízfelvétel is, s amikor e körülménnyel kalkulálunk a felújítás tervezésekor, akkor közvetve, de gazdálkodunk a vízviszonyokkal. Amikor a földutak és közelítő nyomok kijelölésekor gondolunk az erózió lehetőségére és törekszünk annak mérséklésére, akkor egyben vízgazdálkodást is folytatunk, hiszen a víz okozta káresemények elkerülése érdekében is cselekszünk. Amikor egy erdészeti feltáróút létesítésekor nemcsak annak víztelenítésére gondolunk, hanem arra is, hogy e vonalas létesítmények jelentősen befolyásolhatják a víz felszíni és felszín alatti lefolyásának és összegyülekezésének folyamatát, akkor nemcsak utat építünk, hanem egyben vízgazdálkodunk is. Az erdészeti vízgazdálkodás az általában vett vízgazdálkodás egyfajta területi, illetve területhasználati specializációja, amely alapvetően az erdővel borított területekhez kötődik, ahol a vízi-környezetben rejlő lehetőségek hasznosítása, a szélsőséges viszonyok elleni védekezés, valamint a vizek, a vízkészletek védelme és megőrzése formájában mutatkozik meg. Erdészeti vízgazdálkodásnak nevezhető továbbá a különféle erdészeti tevékenységeket befolyásoló mindazon szempontok, megfontolások együttese, azaz egy olyan szemlélet, egy olyan tudatosság érvényesülése, amely a vízviszonyokhoz való alkalmazkodással, annak befolyásolásával és a vizekkel való gazdálkodással közvetve, vagy közvetlen kapcsolatos. 3.3
Az erdő és a vízi-környezet közötti kapcsolat
Ahogy mindnyájan tudjuk, az erdők és a vízviszonyok között sajátos kölcsönhatás van. Ez abban nyilvánul meg egyfelől, hogy az erdők létét és létezésének módját, formáját, minőségét a hidrológiai adottságok alapvetően befolyásolják. Másfelől viszont egy terület, egy térség 25
vízháztartási sajátosságaiban, a vízvisszatartásban, a felszíni és felszín alatti lefolyásban, a kisebb-nagyobb vízfolyások vízjárásában az erdők hatása játszik jelentős szerepet. Az erdők és a vízviszonyok egymásra hatása természetes körülmények között is változatos, az erdőgazdálkodás és a vízgazdálkodás által befolyásoltan pedig különösen sokrétű. E kölcsönhatás térben és időben, dombvidéken és síkvidéken, nedvesebb vagy szárazabb környezetben, más-más vonatkozásban érvényesül. A kérdéskör iránti érdeklődés régtől való meglétét a különféle szaklapok régi számainak írásai is jelzik. Talán nem véletlen, hogy az „Erdőszeti lapok” 1862-ben megjelent első számának első cikke, az erdők jelentőségével foglalkozik a természet háztartásában, amelynek (s egyébként a cikknek is) egy igen jelentős részét a vízháztartás képezi. Az Erdészeti Lapok csaknem százötven éves története során számos alkalommal foglalkozott az erdő és a víz kapcsolatával. Hosszú időszak alatt azonban a témakör iránti érdeklődés, ahogy az más dolgokkal is történni szokott, gyakran évekre-évtizedekre háttérbe szorult, de időről-időre felerősödik, például az árvizek kapcsán is. A erdő-víz témakör iránti érdeklődésnek természetesen vannak mai aktualitásai is, sőt ma talán több okot lehet felsorolni, mint korábban bármikor. Az újabb keletű körülmények között megtalálhatók a régiek is. Érdekes, de lehet hogy természetes, mert ilyen az emberi emlékezet, hogy az árvizek, akár a Tisza, akár egy erdei patak az okozója, most is, mint mindig, fokozza a témakör iránti érdeklődést. Fontos dolog, hogy mindez a megismerés iránti érdeklődést is növeli. 3.4
Vízzel kapcsolatos kitételek az erdőtörvényben
2009. évi XXXVII. törvény „Az erdőről, az erdő védelméről és az erdőgazdálkodásról” (Evt.) 1.§ E törvény célja, hogy az erdő … … hozzájáruljon: e) a felszíni és felszín alatti vizek védelméhez, f) a termőtalaj, a mezőgazdasági területek védelméhez, h) a tiszta ivóvíz biztosításához, Az erdő rendeltetése: védelmi, közjóléti, gazdasági. b) talajvédelmi: a meredek hegyoldalon, a sekély termőtalajon, az erodált területeken lévő, valamint a víz és a szél káros hatásának kitett talajok védelmét szolgáló erdők; f) vízvédelmi: a talaj vízháztartását szabályozó, a források vízbőségét és tisztaságát, a víztározóknál és egyéb víznyerőhelyeknél a víz tisztaságát, valamint a vízbázisok védelmét biztosító erdők; g) partvédelmi: az árvízvédelmi töltés hullámverés és jég elleni védelmét szolgáló erdő, a csatorna, a folyó, a tó és holtág partszakaszait védő erdő; h) vízgazdálkodási: az árvízi lefolyási sávban az árhullámok biztonságos levezetését biztosító erdő; Az erdőtörvényben az erdő rendeltetése kapcsán ugyan megfogalmazódik az erdő hatása a vízviszonyokra, de meglehetősen szűkszavúan. A végrehajtási rendelet sem tartalmaz feladatokat, ezért az erdő talaj- és vízvédelmi, valamint vízgazdálkodási rendeltetése tulajdonképpen inkább lehetőségnek tekinthető. Némi indíttatás, azaz szándék esetén a lehetőségből azonban elérendő cél, s annak nyomán feladat formálódhat. 3.5
A vízi-környezet fejlesztésével kapcsolatos erdészeti vízgazdálkodási lehetőségek
Az erdészeti gyakorlatban a vizek hasznosítása általában a csemetekerti öntözésben, a források foglalásában, az erdei házak vízellátásában, s a vizek közjóléti, vadgazdálkodási, 26
vagy egyszerűen csak vízháztartási célú visszatartásában nyilvánul meg. A víz káros hatásai elleni védelem elsősorban az erózió mérséklését, a hordalék visszatartását, valamint az árvízi események okozta károk elkerülését, illetve csökkentését jelenti. Mindezen lehetőségeket az alábbiakban két példa illusztrálja. 3.5.1 Vízvisszatartás „vízterelgetéssel” A BEFAG Zrt. Devecseri Erdészete kezelésében lévő, Nyirád 16, 17, 18, 22, 23 és 24-es jelű tagok területén mintegy száz évvel ezelőtt egy vízszabályozó rendszert alakítottak ki. Ennek fő vonalait az üzemtervi térképek ma is ábrázolják, s az árkok többsége a terepen is fellelhető. A 90-es évek végén az erdészet munkatársai úgy tapasztalták, hogy vízállások egyre tartósabbak és kiterjedtebbek, s ennek tulajdonították a fokozódó tölgypusztulást. A vízviszonyok szélsőségesebbé válásának oka, a csapadékosabb időjárás mellett, az is lehet, hogy az egykori vízszabályozó rendszer az idők során elvesztette működőképességét. Egyrészt azért, mert az árkok, átereszek eltömődtek, feliszapolódtak, másrészt azért, mert a talajba beszivárogni már nem képes és így a felszínen összegyülekező víz nem tud az árkokba jutni. Az 3-1. ábra 10 cm-es magassági osztásközzel ábrázolja a terület domborzatát. Az üzemtervi térképeken vízállásokként szerepeltetett területeket sraffozás emeli ki. A gravitációs irányokat nyilak jelölik. A felmérési adatok és a terepbejárások alapján megállapítható, hogy az egykori művet - a vízelvezetés irányát és időbeliségét tekintve is –két ütemű vízelvezető rendszernek lehet tekinteni, amelyből az első a lényegesebb, a második csak esetleges. Az első ütem lényege, célja, hogy a termőhelyi adottságokból adódó időnkénti felszíni vízborítás területét mérsékeljék azáltal, hogy a „felesleges vizeket” a természetes mélyedések felé terelik. E cél elérését szolgálják a mélyedések felé irányított árkok, amelyek kis eséssel, helyenként szinte vízszintes árokfenékkel kerültek kialakításra. Ennek nemcsak domborzati oka van, hanem kifejezi azt a törekvést is, hogy nem a minél előbbi vízelvezetés, a terület kiszárítása, „szárazon tartása” a cél, hanem ellenkezőleg, a nedves jelleg megőrzése. A cél csupán a túlságosan tartós, s ezáltal a földhasználat (kultúrerdő) szempontjából káros vízborítás korlátozása. (Ezt igazolja talán az is, hogy a területre kocsányos tölgyet telepítettek.)
3-1. ábra. A nyirádi vízterelgető rendszer
27
A második ütem feladata a területről való vízelvezetés a Szilonta patak irányába, mégpedig ama vizek elvezetése, amelyeket a vízállásos területek már nem tudnak befogadni. E célt szolgálja alapvetően a 17-es tag VI3 jelű részletétől induló, majd a 23-as és 24-es tagok között kanyargó árok. Ez az árok csak akkor funkcionál, ha a vízállásokban a vízszint egy bizonyos magasságot, egy „átbukási szintet” meghalad, s ezért tekinthető ez az ütem csak esetlegesnek. A víz területen tartását, a víz minél hosszabb ideig történő visszatartását szolgálja, hogy a Szilonta patak felé vezető vízelvezető árok nem fűzi fel a vízállásokat. A vízállások egymással vannak kapcsolatba, túlcsorduló vizüket egymásnak adják át. A létesítés és aktív működtetés óta eltelt évtizedek alatt a vízszabályozó rendszert természetes és mesterséges hatások, változtatták. Az árkok feliszapolódtak, másutt kimélyültek, a vegetáció benőtte azokat, és az erdőgazdálkodási tevékenység (fahasználat, talajelőkészítés, kerítésépítés, felújítás) is számos módosulást okozhatott. A vízszabályozó rendszer és a vízszabályozási tevékenység felújításának ma is csak az lehet a célja, mint egykor: a vizek minél hosszabb ideig való visszatartása, s mindössze az esetleges feleslegek elvezetése. 3.5.2 Hordalék- és vízvisszatartó kislétesítmények domb- és hegyvidéken A víz által okozott erózió lehet pontszerűen mutatkozó csepperózió, felületi, vagyis lepelerózió és vonal menti, azaz vonalas erózió. Ahogy az elnevezés is tükrözi, vonalas erózió esetében a víz már vonalak mentén, kisebb-nagyobb medreket kialakítva áramlik, miközben azokat fokozatosan mélyíti és szélesíti. A vonalas eróziót a meder mélysége szerint nevezni barázdás (5-20 cm), talpas (20-50 cm), árkos (0,5-3 m) és vízmosásos (3 m-nél mélyebb) eróziónak. Ebben az értelemben tehát a vízmosás kifejezés már egy jelentősebb erózió eredményét jelöli. Az erózióval szembeni tevékenységre azonban nemcsak a már jelentős eróziós károk bekövetkezését követően van szükség, hanem célszerű már akkor elkezdeni, amikor még csak a kezdeti jelei mutatkoznak. Ilyen értelemben már vízmosásnak lehet tekinteni minden olyan, a hevesebb csapadékesemények során a talajba beszivárogni nem tudó, s ezért a terepfelszínen összegyülekező és a lejtő irányában mozgó víz által kialakított, akár csak 5-10 cm mélységű medret is, amelyet a további felszíni lefolyási jelenségek várhatóan tovább erodálnak, mélyítenek és szélesítenek. A víz által okozott erózió mérséklésének a lényege, hogy késleltetni kell a felszíni (azon belül a vonal menti) lefolyást, s csökkenteni annak mértékét és intenzitását. Arra kell törekedni, hogy a terepfelszínre kerülő csapadékvíz minél tovább helyben maradjon, minél nagyobb része szivároghasson a talajba, s a felszíni lefolyásra kerülő víz mozgása, akár a terepfelszínen, akár medrekben történik, minél nagyobb mértékben legyen akadályozott. E cél elérése érdekében különféle műszaki megoldások alkalmazhatók, olyan egyszerű szerkezetek is, amelyek faanyagból (rőzse, rúdfa) alakíthatók ki (3-1. kép). A faanyagok alkalmazása ott javasolható, ahol e művek rendszeres karbantartása megoldható. Ez utóbbi azért fontos, mert a faanyagok korhadnak, töredeznek, a fonatok lazulnak, szétesnek, viszonylag gyorsan „tönkremennek”. A kis beruházási ráfordítás csak egy folyamatos gondoskodással, fenntartással hozhatja meg a megfelelő eredményt. A Pilisi Parkerdő Zrt. a Pilisszentkereszti Erdészet területén, a Dera-patak szurdokvölgye fölötti szakaszon gondoskodik a hordalék és a víz visszatartásáról, mivel a patak a nagyobb csapadékesemények hatására kialakuló és levonuló árhullámok által, jelentős mennyiségű természetes, illetve kommunális hordalékot és uszadékot mozgat. Nemcsak közjóléti, de természetvédelmi érdek is, hogy a hordalékból minél kevesebb kerülhessen a Szurdokvölgy elnevezésű szakaszra.
28
3-1. kép. Fából készült un. fésűs hordalékfogó
3-2. kép. Hordalék- és vízvisszatartó kistó
A Dera-patak szurdokvölgye fölötti szakaszon már korábban is foglalkoztak a hordalék visszatartásával, amire egy régebben épült kőgát utal, amely egy ideig betölthette szerepét, később azonban a patak megkerülte. Ennek felújításán túlmenően nemrég egy kistó (3-2. kép) is létesült, azzal az elvárással, hogy egyrészt alkalmas legyen a hordalék jelentős részének visszatartására, másrészt az időszakosnak tekinthető patakon a gát mögött állandó, de legalábbis tartós vízfelület alakulhasson ki, s nem utolsó sorban, hogy az esetenként előforduló nagyobb árhullámok se okozzanak kárt a gátban, a nagyobb vizek se tudják azt alulról, vagy oldalról megkerülni. Az erdei kisvízfolyásokat érintő műtárgyak (áteresztők, kishidak, kistavak) létesítése esetén figyelembe kell venni, hogy a vízhozam egy-két óra alatt akár a százszorosára is nőhet, s az így kialakuló áradatnak két fontos sajátossága van. Az egyik, hogy a megnövekedő víztömeg ugyancsak megnövekedő tehetetlenségi ereje miatt a kisvízi-középvizi meder kanyarulatait nem hajlandó bevenni, vagyis nagyobb íveket, új áramlási útvonalakat keres. A másik, hogy mindent magával ragad, s a többnyire műtárgyaknál feltorlódó hordalékot és uszadékot megkerülve szintén új utakat keres, s ha nem talál, akkor csinál.
29
