MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Fakulta lesnická a dřevařská Ústav geoinformačních technologií
Diplomová práce Porovnání analýzy erozních a odtokových poměrů povodí toku Podhrádku v softwarech ArcGIS 9.2. a GIS GRASS 6.4.
Brno 2010
Bc. Jan Morávek
Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Porovnání analýzy erozních a odtokových poměrů toku Podhrádku v softwarech ArcGIS 9.2. a GIS GRASS 6.4. zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s & 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne:
Bc. Jan Morávek
Poděkování Děkuji Ing. Tomáši Mikitovi za ochotnou pomoc a vstřícnost při vedení práce. Rád bych také poděkoval Janu Gerlichovi za pomoc s operačním systémem GNU/Linux.
Porovnání analýzy erozních a odtokových poměrů povodí toku Podhrádku v softwarech ArcGIS 9.2. a GIS GRASS 6.4.
Abstract Předmětem Diplomové práce je srovnání výsledků hydrologické a erozní analýzi povodí provedené v komerčním programu ArcGIS 9.2 a open source programu GIS GRASS 6.4 instalovaném do operačního systému Xubuntu / Linux. Práce je zaměřená na výpočet dlouhodobé ztráty půdy vodní erozí a celkového odtoku z povodí za použití metody CN křivek. Na základě zjištěných hodnot jsou navržena vhodná protierozní opatření, která by měla vést k celkovému zlepšení stavu povodí. Výsledky analýz obou softwarů jsou porovnány. Je doporučen postup práce v programu GRASS vedoucí k výsledkům nejpodobnějším s výsledky programu ArcGIS.
Klíčová slova: eroze půdy, povodí, protierozní opatření, metoda CN křivek, přímí odtok, RUSLE, akumulovaný odtok, GIS GRASS 6.4, ArcGIS 9.2, průleh
Abstract The theme of my diploma work is comparison of outcomes hydrological and erosion analise of watershed, which one is realized in comercial software ArcGIS 9.2 and the second one is realized in software GIS GRASS 6.4 installed on operation systém Xubuntu / Linux. Study focuses on the evaluation of loss of longterm water erosion and culmination flow by using the method of CN curves. On the basis of ascertained values are proposed suitable antierosion measures, which should lead to overall improvement of watershed state. Outcomes of both softwares are compared. Procedure in software GRASS 6.4 leading to results most similar to results of software ArcGIS 9.2 is recomended. Key words: soil erosion, watershed, antierosion measure, method of CN curves, direct runoff, RUSLE, ground plan, GIS GRASS 6.4., ArcGIS 9.2.
Obsah 1. ÚVOD....................................................................................................................................7 2. MOTIV A CÍLE PRÁCE.......................................................................................................8 3. STRUČNÝ PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY ...............9 3.1. Stav eroze v povodí........................................................................................................9 3.2. EROZE...........................................................................................................................9 3.2.1. Vznik eroze.............................................................................................................9 3.2.2. Určení ohroženosti pozemků................................................................................10 3.2.3. Stupňě ohroženosti vodní erozí.............................................................................13 3.2.4. Objem přímého odtoku Oph (m3)........................................................................14 3.3. Erozní a hydrologické modely a softwary....................................................................15 3.3.1. Model RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation). ....................................15 3.3.2. Model CREAMS (Chemical Runoff and Erosion from Agricultural Management System)...........................................................................................................................16 3.3.3. Model EPIC (Erosion Productivity Impact Calculator)........................................16 3.3.4. Model AGNPS (AGricultural NonPoint Source).................................................17 3.3.5. Model EUROSEM (EUROpean Soil Erosion Model).........................................17 3.3.6. Software HEC-RAS..............................................................................................17 4. VÝBĚR A POPIS ÚZEMÍ...................................................................................................19 4.1. Biogeografické členění.................................................................................................20 4.2. Geologické poměry.......................................................................................................21 4.3. Pedologické poměry.....................................................................................................22 4.4. Klimatické poměry.......................................................................................................22 4.5. Biotické poměry...........................................................................................................24 4.5.1. Flóra Drahanského bioregionu..............................................................................24 4.5.2. Fauna Drahanského bioregionu............................................................................26 4.6. Hydrologické poměry povodí.......................................................................................27 4.7. Územní systém ekologické stability.............................................................................28 5. Metodika Práce.....................................................................................................................30 5.1. Přípravné práce.............................................................................................................30 5.2. Metodika práce zjištění eroze.......................................................................................30 5.2.1. Analýza eroze v ArcGIS 9.2.................................................................................30 5.2.2. Analýza eroze v GIS GRASS...............................................................................35 5.2.2.1. Tvorba mapy Ho (objemu přímého odtoku) a A (retence) podle odtokových křivek CN...................................................................................................................35 5.2.2.2 Výpočet rovnice RUSLE................................................................................38 5.3. Porovnání výsledných erozních ploch obou softwarů..................................................45 5.4. Navržení biotechnických opatření proti vodní erozi....................................................48 5.4.1. Navržení vedení zasakovacích průlehů na plochách se stupněm erozní ohroženosti 3 a 4 ...........................................................................................................48 5.4.2. Míra vodní eroze po navržení průlehů..................................................................49 5.5. Akumulace odtoku z povodí.........................................................................................49 5.5.1. Tvorba mapy Ho (objemu přímého odtoku) a A (retence) podle odtokových křivek CN........................................................................................................................50 5.5.2. Porovnání akumulovaného odtoku z povodí bez a s technickými protierozními opatřeními ......................................................................................................................51 5.5.2.1. Vliv navržených obdělávatelných průlehů na akumulovaný odtok..............52 5.5.2.2. Problematika vlivu rozlišení rastrů DMT se začleněnými zasakovacími průlehy na akumulaci toku vody ...............................................................................54
6. ZÁVĚR.................................................................................................................................56 7. DISKUZE.............................................................................................................................57 8. Seznam tabulek....................................................................................................................59 9. Seznam obrázků...................................................................................................................60 10. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY................................................................................61 11. SEZNAM PŘÍLOH ...........................................................................................................63
1. ÚVOD Podmínky pro výskyt erozních procesů v naší republice jsou specifické. Problém zvýšené eroze půdy, způsobený z velké části velkovýrobním způsobem hospodaření, byl u nás dříve značně podceněn a následky zrychlené eroze zemědělských půd vážně ohrožují jejich úrodnost. V současné době je třeba věnovat protierozní ochraně náležitou pozornost a začít napravovat škody způsobené dřívější formou hospodaření. Ochrana půdy před účinky eroze je důležitým prvkem ochrany a organizace půdního fondu. Jde o zamezení škodlivé účinnosti vody a větru, čili opatření proti vodní a větrné erozi. Při vodní erozi narušuje tekoucí voda povrchovou strukturu a odplavuje půdní částice a živiny. Při méně intenzivních erozních procesech dochází k odnosu jemných půdních částic. Tím se mění struktura půdy a její vodní kapacita, což v důsledku vede ke snižování úrodnosti půdy. Intenzivnější erozní procesy vedou k odstranění celé půdní vrstvy a odkrytí půdního podkladu. Produkty eroze jsou zanášeny vodní nádrže, přirozené i umělé vodní toky, příkopy u komunikací, ohrožovány budovy i jejich příslušenství. Dochází k znečišťování vody a ovzduší chemickými látkami, obsaženými nejen v půdě, ale i v okolním prostředí. Vzhledem k charakteru erozních procesů není jiná možnost než jejich omezení přímo v místě jejich vzniku, to znamená přímo na pozemcích. Pro stanovení intenzity erozních procesů na svazích existuje celá řada způsobů, které vycházejí z rozboru jednotlivých erozních faktorů a z míry podílu jejich vlivu na erozní proces. Vzájemná vazba těchto činitelů se sleduje pomocí aplikace modelů procesu vodní eroze, empirických nebo konceptuálních. Výsledek modelování erozních procesů je základem pro návrh optimálních způsobů protierozní ochrany. Na základě zahraničních a domácích zkušeností je zřejmé, že protierozní ochrana půdy je bezpodmínečně nutná. V České republice je vodní erozí ohroženo přibližně 40 % výměry zemědělské půdy a asi 10 % výměry je ohroženo erozí větrnou. Speciální způsoby hospodaření na erozí poškozovaných půdách by se měly stát samozřejmou a normální součástí hospodaření, jako jeden ze základních způsobů využívání a ochrany přírodních zdrojů. [1]
2. MOTIV A CÍLE PRÁCE Předmětem zájmu této diplomové práce je povodí potoka Podhrádek. Cílem diplomové práce je srovnání výsledků hydrologické a erozní analýzy povodí provedené v komerčním programu ArcGIS 9.2 a open source programu GIS GRASS. Motivem práce je provést všechny činnosti s využitím open source softwaru GIS GRASS, na operačním systému GNU/Linux. Tímto odpadá případný vliv ceny softwaru jako limitního faktoru uskutečnitelnosti podobných analýz krajiny jako podpory rozhodování u projektů biotechnických úprav krajiny. Pro zvládnutí práce bude potřeba se hlouběji seznámit s programem GIS GRASS a ArcGIS 9.2. V práci jsou vyhodnoceny jdnotlivé faktory ovlivňující erozní procesy v povodí a následně navržena vhodná biotechnická opatření. Tato biotechnická opatření jsou implementována do GIS a je vyhodnocen vliv opatření na snížení eroze.c V diskuzi jsou porovnávány rozdíly v míře erozní ohroženosti povodí před a po mnou navržených opatřeních. Dále nastíním problematiku vlivu průlehů implementovaných do rastrové podoby DMT na další analýzy.
3. STRUČNÝ PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY
3.1. Stav eroze v povodí Pro vytvoření podmínek, které by snížily stávající rychlost povrchového odtoku srážkových vod a mohlo dojít k maximálnímu zasáknutí těchto vod v povodí, je zpracována studie Protierozní a protipovodňová opatření v obvodu řešeném územním plánem Loštice. Bude se respektovat soubor opatření řešící zejména zpomalení povrchového odtoku a to pomocí zásahů, které příznivě ovlivní odtokové poměry a budou eliminovat negativní činnost vodní eroze v povodích nacházejících se v řešeném území, úpravu bystřin a strží, výstavbu malých vodních nádrží, dešťové kanalizace, převod orné půdy do TTP nebo sadu, realizovat revitalizaci toků v zemědělské krajine. Katastrální území obce Loštice ve svých parametrech náleží mezi zranitelné oblasti. Protierozní funkci nyní plní beze zbytku les + funkcní biocentra a biokoridory + plošné a liniové interakční prvky (ochranné krajinné zeleně). Protierozní opatrení jsou řešena návrhem interakčních prvků s biotechnickou funkcí vegetace ke zmírnění větrné a, především v okolí rozsáhlých agrocenóz i vodní, eroze (= limitně ohrožené zejména v době přívalových srážek či splachy z polí). [2] V rámci povodí potoka Podhrádku ani v rámci jednotlivých polních bloků nebyly dosud provedeny žádné terénní úpravy omezující vliv vodní eroze. V současné době probíhá první vybagrování splavenin z retenční nádrže VN Loštice od jejího vzniku.
3.2. EROZE 3.2.1. Vznik eroze Vznik a průběh erozních procesů je ve většině případů vyvolán přívalovými
srážkami, které jsou charakterizovány vysokou intenzitou, krátkou dobou trvání a malou zasaženou plochou. Zvlášť nebezpečné jsou zejména extrémní přívalové deště, s úhrnem srážek nad 20 mm. Povrchový odtok, vznikající z těchto srážek rychle kumuluje a má výrazné erozní a transparentní charakteristiky. V některých může být dominantním erozním faktorem povrchový odtok z tajícího sněhu. Erozivní účinek dešťových srážek je dán jejich kvalitativními charakteristikami, především jejich intenzitou a kinetickou energií, nebo jejich kombinací. Erozní a transportní činnost povrchového odtoku se obecně vyjadřuje v závislosti na jeho kvantitativních charakteristikách (např. objemu průtokové vlny, kulminačním průtoku apod.) nebo charakteristikách kvalitativních (např. rychlosti proudění, tangenciálním napětí). [5]
3.2.2. Určení ohroženosti pozemků Dešťové kapky dopadající na nechráněný půdní povrch rozrušují svou kinetickou energií půdní agregáty a uvolňují půdní částice. Je-li intenzita a úhrn deště větší než vsakovací schopnost půdy, dochází po zaplnění mikroakumulačních prostorů na povrchu půdy k povrchovému odtoku. Na nerovných a svažitých pozemcích se stékající voda postupně soustřeďuje a na vegetací nedostatečně chráněné půdě v ní eroduje a vytváří drobné rýžky, rýhy až strže. Snížením sklonu terénu nebo rozptýlením povrchového odtoku klesá jeho transportní schopnost a dochází k sedimentaci unášených půdních částic. Vzhledem k tomu, že se nejdříve usazují největší půdní částice, bývají dolní části pozemků pokrývány hrubozrnným materiálem, zatímco jemné minerální a zejména organické částice a rozpuštěné látky vnikají do stálé hydrografické sítě toků. Ve vtocích do průtočných nádrží vznikají dejekční kužele transportovaných hrubých splavenin a nádrže se postupně zanášejí. Zatím nejdokonaleji vyjadřuje kvantitativní účinek hlavních faktorů ovlivňujících vodní erozi způsobovanou přívalovými dešti tzv. Univerzální rovnice pro výpočet průměrné dlouhodobé ztráty půdy z pozemků dle Wischmeiera a Smithe (1978): Wischmeier-Smithova rovnice : G = R * K * L * S * C * P
Kde: G… průměrná dlouhodobá ztráta půdy erozí R … faktor erozní účinnosti dešťů, vyjádřený v závislosti na četnosti výskytu dešťů, srážkovém úhrnu, intenzitě, kinetické energii dešťových kapek K … faktor erodovatelnosti půdy vyjádřený v závislosti na textuře, struktuře ornice, obsahu humusu, propustnosti půd L … faktor délky svahu vyjadřující vliv nepřerušené délky svahu na velikost ztráty půdy erozí S … faktor sklonu svahu, vyjadřující vliv sklonu svahu na velikost ztráty půdy erozí C … faktor ochranného vlivu vegetace vyjadřující se v závislosti na vývoji vegetace a použité agrotechnice P … faktor účinnosti protierozních opatření Erozní účinnost dešťových srážek (R) Erozní účinnost (tzv. Erozivita) dešťových srážek se projevuje nejvýrazněji na počátku erozního procesu, kdy dešťové kapky dopadají na půdní povrch , na kterém se ještě nestačila vytvořit vrstva povrchově odtékající vody. Z fyzikálního hlediska vykonávají dešťové kapky na půdním povrchu práci, která způsobuje rozbíjení půdních agregátů, uvolňování půdních částic a zhutňování povrchové vrstvy půdy. Pro získání reprezentativních údajů o maximálních ročních hodnotách faktoru R pro jednotlivá místa je třeba zpracovat úplné údaje, nejlépe za období alespoň 50 let. Pokud nejsou k dispozici konkrétní hodnoty faktoru R pro místní podmínky, lze pro území České republiky počítat s průměrnou hodnotou R = 20. K výpočtu této hodnoty faktoru R byly použity výsledky srážkoměrných pozorování ze tří stanic ČHMÚ za období 50 let. Vyhodnocovány byly deště, jejichž úhrn překračoval 12,5 mm a intenzita 24 mm.h-1. V období od června do srpna se vyskytuje 90 % přívalových dešťů a proto v této době je ochrana půdy nejdůležitější. Erodovatelnost půdy (K) Faktor erodovatelnosti půdy, resp. Náchylnost půdy k erozi, je v Univerzální rovnici definován jako odnos půdy v t.ha-1 na jednotku dešťového faktoru R ze standardního pozemku o délce 22,13 m (na svahu o sklonu 9 %), který je udržován jako kypřený černý úhor kultivací ve směru sklonu. Hodnoty faktoru erodovatelnosti půdy K lze stanovit podle bonitovaných půdně ekologických jednotek (BPEJ). Lze je
také stanovit z nomogramu dle Wischmeiera, Jonsona, Crosse (cit. Wischmeier, Smith 1978). Rozbor morfologických poměrů (LS) Vliv sklonu a délky svahu na velikost půdního smyvu vyjádřily Wischmeier a Smith (1965) topografickým faktorem LS, který představuje poměr ztrát půdy na jednotku plochy svahu ke ztrátě půdy na jednotkovém pozemku o délce 22,13 m se sklonem 9 %. Hodnota topografického faktoru LS pro přímé svahy se vypočítá ze vztahu: LS = ld^0,5 (0,0138 + 0,0097s + 0,00138s2) kde: ld – nepřerušená délka svahu (m) s – sklon svahu (%) Za účinné přerušení délky pozemku po spádnici lze považovat hrázku, sběrný či záchytný průleh nebo příkop, zamezující přetékání vody na níže ležící plochu, nikoliv např. terénní mez. Ochranný vliv vegetace /C/ Vliv vegetačního pokryvu na smyv půdy se projevuje přímou ochranou povrchu půdy před destruktivním působením dopadajících dešťových kapek a zpomalováním rychlosti povrchového odtoku a nepřímo působením vegetace na půdní vlastnosti, zejména pórovitost a propustnost, včetně omezení možnosti zanášení pórů rozplavenými půdními částicemi a mechanickým zpevněním půdy kořenovým systémem omezujícím možnost odnosu půdy. Ochranný vliv vegetace je přímo úměrný pokryvnosti a hustotě porostu v době nejčastějšího výskytu přívalových dešťů. Dokonalou protierozní ochranu proto představují porosty trav a jetelovin, zatímco běžným způsobem pěstované širokořádkové plodiny (kukuřice, okopaniny), ovocné výsadby a vinice chrání půdu nedostatečně. Stupeň ochranného účinku plodin a jejich posklizňových zbytků rozdělili Wischmeier a Smith (1978) na 5 období: 1.období podmítky a hrubé brázdy 2.období od přípravy pozemku k setí do jednoho měsíce po zasetí nebo sázení 3.období po dobu druhého měsíce od jarního nebo letního setí či sázení, u ozimu do 30.4. 4.období od konce 3. období do sklizně
5.období strniště Hodnoty C – faktoru, pro příslušnou plodinu je nutné stanovit na základě hodnot v jednotlivých pěstebních obdobích, které jsou podle klimatických období různé. Pro určení dlouhodobé erozní ohroženosti pozemku je nutno zjistit C – faktor pro celý osevní postup, resp. strukturu pěstovaných plodin, včetně období mezi střídáním plodin i bez porostů při zohlednění nástupu a způsobu agrotechnických prací. Účinnost protierozních opatření (P) Jestliže nelze předpokládat, že by byly dodrženy podmínky maximálních délek a počtu pásů, nelze s účinností příslušného opatření vyjádřenou hodnotami faktoru P počítat a faktor P = 1. [6]
3.2.3. Stupňě ohroženosti vodní erozí Dosazením odpovídajících hodnot faktorů šetřeného pozemku do univerzální rovnice se určí dlouhodobá průměrná ztráta půdy vodní erozí v t.ha-1.rok-1 z tohoto pozemku při uvažovaném způsobu jeho využívání. Pokud vypočtená ztráta půdy překročí hodnoty stanovené v současné době za přípustné ztráty: tab. č.1 u mělkých půd (do 30 cm) u středně hlubokých půd (30-60 cm) u hlubokých půd (nad 60 cm)
5. místo kódu BPEJ 5, 6, 8, 9 .4, 7 0, 1, 2, 3
t/ha.rok 1 4 10
Je zřejmé, že způsob využívání pozemku nezabezpečuje dostatečnou protierozní ochranu půdy. Proto je nutné uplatnit protierozní opatření, jejichž účinnost lze vyjádřit změnou některého z faktorů univerzální rovnice a opětovným výpočtem se přesvědčit, zda navržené ochranné opatření je dostatečné a zajišťuje snížení dlouhodobé ztráty půdy erozí pod přípustnou mez. Uvedené hodnoty byly stanoveny především z hlediska dlouhodobého zachování úrodnosti půdy pro zemědělské využití. Pro posouzení ochrany vodních zdrojů je nutné postupovat individuálně a vycházet z přípustného množství přísunu produktů eroze do vodního zdroje. Stejné individuální posouzení vyžaduje ochrana
intravilánů a ostatních objektů. Stupně erozní ohroženosti půd násobek Gp 1
eroze nepatrná
< 1x
2
eroze střední
< 2x
3
eroze silná
< 3x
4
eroze velmi silná > 4x
Opatření proti erozi při stupni 1 Není třeba zavádět protierozní opatření Opatření proti erozi při stupni 2 Je třeba zavést nový protierozní osevní postup. Opatření proti erozi při stupni 3 a 4 Rozdělení svahu příčnými průlehy na několik částí v závislosti na sklonu pozemku (snížení hodnoty L).
3.2.4. Objem přímého odtoku Oph (m3) Přímý odtok rozdělujeme na povrchový a hypodermický odtok a jejich podíly se oceňují pomocí čísel křivky CN. Metoda CN – křivek vychází z předpokladu, že poměr objemu odtoku k úhrnu přívalové srážky se rovná poměru objemu vody zadržené při odtoku k potenciálnímu objemu, který může být zadržen. Odtok zpravidla začíná až po určité akumulaci srážek, tedy po určité počáteční ztrátě, která je součtem intercepce, infiltrace a povrchové akumulace, jež byla odhadnuta na základě experimentálních měření na 20 % potenciální retence (Ia = 0,2A). Z uvedených souvislostí byl odvozen základní vztah : H0 = kde
( H s − 0,2 A) 2 ( H s + 0,8 A)
Ho = přímý odtok (mm),
Hs = úhrn přívalové srážky (mm) = 69 mm/100let, pro stanici Jevíčko A = potenciální retence (mm), vyjádřená pomocí čísel křivek jako: 1000 A = 25,4 ⋅ ( − 10) CN
Pro výpočet objemu přímého odtoku (m3) platí vztah: O ph = 1000 ⋅ Pp ⋅ H 0 KDE PP = PLOCHA POVODÍ (KM2). [6]
3.3. Erozní a hydrologické modely a softwary
V současné době je snaha empirický základ hodnocení intenzity erozních procesů (univerzální rovnici) nahradit kvalitativně vyššími metodami. Je to dáno zejména současnou úrovní znalostí v oborech, které zkoumají vztahy způsobující erozi, rozvojem výpočetní techniky včetně GIS, ale zejména změnou v prioritách protierozní ochrany, kdy je třeba posuzovat erozi nejen ve vztahu k ochraně půdy, ale I o ostatním ekologickým dopadům. Vznikají proto simulační modely erozních procesů, které řeší erozní jevy na základě fyzikálních popisů jednotlivých procesů. Základními rovnicemi simulačních modelů erozního procesu jsou rovnice kontinuity pohybu vody a rovnice kontinuity pohybu půdních částic (splavenin). Na výše uvedených principech byla v zahraničí (především USA) sestrojena celá řada simulačních modelů hydrologických, erozních a transportních procesů.
3.3.1. Model RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation). Rovnice vznikla v 90.letech v USA. Je odvozena na základě prověření, aktualizace a revize USLE (Universal Soil Loss Equation - Universální rovnice ztráty půdy). Byly zde provedeny některé zásadní změny ve způsobu stanovení jednotlivých faktorů rovnice. RUSLE umožňuje predikci dlouhodobé průměrné roční
ztráty půdy způsobené odtokem z pozemků o určitém sklonu při určitém systému zemědělského využití. Výpočet používá algoritmus universální rovnice ztráty půdy. A=R.K.L.S.C.P Výhody: - volně přístupný na internetu (počítačový program pracující v DOS - zjednodušení výpočtuŢ možnost provedení mnoha kombinací vstupních dat a úprav již zadaných údajů, atd.) - umožňuje stanovení jednotlivých faktorů, jejich výpočet a určení hodnoty ztráty půdy (propojení pomocí podprogramů a predikční tabulky RUSLE) - má k dispozici datové soubory obsahující informace o klimatu (Databáze CITY), vegetačním pokryvu (Databáze CROP) a agrotechnických operacích na poli (Databáze OPERATION) pro území států v USA a také umožňuje vytvoření těchto souborů pro konkrétní zájmovou lokalitu. [12]
3.3.2. Model CREAMS (Chemical Runoff and Erosion from Agricultural Management System) Model byl odvozen v USA jako první komplexní model řešení hydrologických a erozních procesů a transportu vybraných chemických látek (N, P, pesticidy) na plochách s homogenními půdními podmínkami, jednotným využitím a rovnoměrným zasažením plochy srážkou. Umožňuje vyhodnotit vliv jednotlivého deště na transport látek, nebo řeší pohyb látek v delším časovém období. [1]
3.3.3. Model EPIC (Erosion Productivity Impact Calculator) Je určen pro vyhodnocení vlivu erozních procesů (ztráty půdy) na změnu půdních vlastností a na úrodnost půdy. Model podrobně simuluje vývoj plodiny v závislosti na klimatických a hydrologických podmínkách a na probíhajících erozních procesech; je zahrnut rovněž režim dusíku a fosforu (EPIC-WQ) a pesticidů (EPICPST) a podzemního drenážního systému (EPIC-WT). Vyšetřované území je charakterizováno prvkem plošného a soustředěného odtoku. Model je určen pro homogenní plochy do velikosti 1 ha. Hydrologická část vychází z hodnoty denního srážkového úhrnu a využívá pro stanovení charakteristik povrchového odtoku
metodu čísel odtokových křivek CN a pro erozní část různé modifikace Univerzální rovnice ztráty půdy. Model jako jedinný uvažuje také vliv větrné eroze na úrodnost půdy. [1]
3.3.4. Model AGNPS (AGricultural NonPoint Source) Model je určen pro řešení odtoku, eroze a transportu chemických látek (N, P) z jednotlivé srážky v povodí o velikosti do cca 200 km2. Hydrologická část modelu je založena na využití metody čísel odtokových křivek CN, erozní část používá Univerzální rovnici ztráty půdy. Simulace transportu chemických látek se provádí pro jejich formy rozpuštěné v povrchovém odtoku a absorbované na povrchu půdních částic; chemická část modelu využívá postupu použitého v modelu CREAMS. [1]
3.3.5. Model EUROSEM (EUROpean Soil Erosion Model) Vývoj v evropském měřítku směřuje k vytvoření modelu EUROSEM, který by se stal modulem hydrologického modelu SHE. Model EUROSEM zahrnuje procesy uvolnění půdních částic deštěm (jako funkce energetických parametrů deště), transport povrchovým odtokem v tenké vrstvě a dále procesy plošné rýžkové eroze a rýhové eroze, která je simulována na základě mechanismu tvorby erozní rýhy. Příkladem pro možné užití v podmínkách ČR je model EPIC, který se ve VÚMOP Praha v současné době upravuje a ověřuje na naše podmínky. Dalším výsledkem vývoje simulačního modelu na fyzikálních principech pro podmínky České republiky je simulační model povrchového odtoku a erozního procesu SMODERP, který byl sestaven na Katedře hydromeliorací Fsv ČVUT v Praze. [1]
3.3.6. Software HEC-RAS Hydrological Water Engineering Center (HEC), součást institutu pro vodní zdroje, je odborným střediskem inženýrů armády spojených států v oblastech modelování zemského povrchu, podzemní hydrologie, říční hydrauliky, transportu sedimentů, hydrologické statistiky a v dalších blízce souvisejících technických
oblastech. Hydrological Engineering Centers River Analysis systém (HEC-RAS). HECRAS obsahuje čtyři jedno-dimenzionální nástroje pro říční analýzu: 1. výpočty průtoků rovnoměrného proudění vody v profilu povrchu, 2. simulace nerovnoměrného proudění, 3. kalkulace transportu splavenin, a 4. analýzy kvality vody. Klíčové je, že všechny čtyři nástroje používají společné geometrické reprezentace dat a společné geometrické a hydraulických výpočtní programy. Nástroj Steady Flow Water Surface Profiles je určen pro výpočet rovnoměrného proudění toku pro různě velké průtoky. HEC-RAS provádí výpočty proudění v široké inundaci, ve vlastním korytě i v inundacích a případy vybřežení ze zadaného příčného profilu. V HEC-RASu lze provádět výpočet kritických hloubek. Základním prvkem tvorby geometrického modelu řešené části koryta včetně inundace je vytvoření schematizace říční sítě. Schematizace říční sítě probíhá nad vloženou mapou. Vkládání příčných profilů probíhá obdobně jako v programu ATLAS a to v libovolném místě toku nebo v určitých pevně stanovených intervalech. Program HEC-RAS umožňuje řešit nerovnoměrné proudění ve větevné síti, síť může obsahovat jednak rozdvojení tak i spojení větví. Tento nástroj je schopen modelovat říční (subcritical), bystřinné (supercritical) i smíšené průtokové režimy v profilech. Základní výpočetní postup je založen na řešení jedno-dimenzionální energetické rovnice. Do ztrát energie jsou hodnoceny tření (Manningova rovnice) a zůžení či rozšíření profilu toku. Energetická rovnice bývá používána v situacích, kdy se průtočný profil rapidně změní. HEC-RAS dovoluje řešit proudění řadou objektů jako jsou mosty, propustky a jezy. Nástrojem RAS Mapper je možno provést mapování zaplavení území (polygon hranic inundace). [11]
4. VÝBĚR A POPIS ÚZEMÍ Administrativně správní zařazení. Kraj- Olomoucký Okres- Šumperk Obec s rozšířenou působností - Mohelnice K.ú.- Loštice a Mohelnice
Charakteristika širších územních vztahů Ze širšího pohledu krajinných, kompozičních a příčinných souvislostí je pro dané území podstatná návaznost na blízké CHKO Litovelské Pomoraví na JV katastru Loštic (již v k.ú.Moravicany). Litovelské Pomoraví, vyhlášené chráněnou krajinnou oblastí v roce 1990 (na ploše 9600 ha) pro svou jedinečnost mimořádného prostředí a ekosystému evrop. významu lužních lesů v nivě meandrující řeky Moravy a sítí jejích bočních ramen, se rozprostírá v převážně rovinatém území říční nivy. Z pohledu krajiného rázu (a principu ochrany jeho charakteristik, znaku, jevu a hodnot) se zde jedná o prostor, který vyniká přírodními a estetickými hodnotami, dochovanými stopami historického vývoje osídlení a kultivace krajiny s harmonickým měřítkem a vztahy v krajině. (K Lošticím patří na SZ k.ú. osada Žádlovice – s vodní sítí páteřního potoka Podhrádek – a na JZ k.ú. osada Vlčice. Lošticemi protéká řeka Třebůvka, která jihozápadně od města teče hlubokým převážně zalesněným údolím s velkým kamenolomem) Navrhované vyhlášení krajinné památkové zóny Žádlovicko vyplývá z hodnotně utvářené krajiny s jádrem KPZ v zámeckém areálu v Žadlovicích. Celý areál představuje část krajiny člověkem citlivě dotvořené a harmonicky sladěné. Na západě katastrálního území Loštic úpravy v nejbližším okolí zámku navazují na prostor v údolí potoka Podhrádek (mezi obcemi Žádlovice a Líšnice + přidružené části k.ú.Pavlova a Zavadilky). Zámecký areál s okolím propojuje údolí potoka Podhrádek + soustava novodobých rybníků mezi obcemi Žádlovice a Loštice. [2]
4.1. Biogeografické členění Česká republika patří do provincie opadavých listnatých lesů. Ta se dělí na 4 podprovincie :1) Hercinská 2) Poloňská 3) Západokarpatská 4) Severopanonská Tyto podprovincie se dělí na 90 bioregionů. Zájmové území se nachází v Drahanském bioregionu v Hercinské podprovincii. Drahanský bioregion (kód 1.52) leží na pomezí střední a jižní Moravy, zabírá geomorfologický celek Drahanská vrchovina a jižní část celku Zábřežská vrchovina. Bioregion je mírně protažen ve směru S-J a má plochu 1248 km2. Bioregion je tvořen vrchovinou na monotónních sedimentech kulmu, u okrajů se sítí údolí. Biota náleží 3. dubovo-bukovému až 5.jedlovo-bukovému vegetačnímu stupni, pouze na okrajích (zejména na jihovýchodě a východě) se více uplatňují teplomilné prvky. Potenciální vegetace je tvořena bikovými bučinami, v členitějším reliéfu květnatými bučinami. Biodivezitu zvyšuje poloha bioregionu v kontaktu s podprovincií severopanonskou i karpatskou, snižuje ji naopak jednotvárný horninný podklad. Netypická část je tvořena okraji na sedimentech permu, křídových pískovcích a na plošším reliéfu se sprašemi, s vegetací acidofilních doubrav a dubohabrových hájů. Na strmých okrajových svazích jsou přítomny i ostrůvky teplomilných doubrav. Na plošinách převažují pole se zbytky vlhkých luk s upolínem, na svazích jsou velké zbytky bučin a kulturní smrčiny. Drahanská vrchovina byla osídlena převážně v období středověké kolonizace, řada vsí zde zanikla, některé nové byly založeny až v průběhu 18. století. Antropogenně je území mírně ovlivněno a zachovalo si vysokou lesnatost, v některých částech zůstaly rozsáhlejší plochy lesních porostů přirozené dřevinné skladby. Zemědělsky obhospodařované jsou především ploché části vyšších poloh, kde jsou zachovány i zbytky přirozených lučních porostů. Při teplejším úpatí jsou časté ovocné sady. Ojediněle jsou zde založeny rybníky. Nejvýznamnějšími následky antropogenních vlivů, které měnily přírodní ráz společenstev, jsou
lignikultury smrku, méně borovice a také velkoplošné pozemkové úpravy zemědělských půd, spojené s odvodněním a přeměnou luk na ornou půdu. Východní část bioregionu patří do vojenského prostoru.
4.2. Geologické poměry Geologická mapa ČR (list Česká Třebová) uvádí pro oblast povodí břidlice, místy s vložkami drob a drobových pískovců,, vzniklých ve spodním karbonu. Horniny a reliéf Naprostou většinu území budují jednotvárná souvrství mořského spodního karbonu – kulmu: břidlice, droby, v jižní části pak slepence. Mezi Konicí a Litovlí se táhne pás fylitů, bazik a především vápenců devonského stáří, tvořících Javořičský a Mladečský kras. Při západním okraji se táhne úzký přerušovaný pás devonských břidlic a vápenců (Němčický a Vratíkovský kras). Z pokryvů mají význam především sprašové hlíny a svahoviny, spraše se vyskytují jen okrajově ve formě ostrůvků na severovýchodě, východě až jihovýchodě. V nejvyšší části se ojediněle vyvinuly rašeliny. Centrální část bioregionu je tvořena ploše vyklenutým zdviženým zarovnaným povrchem s charakterem členité pahorkatiny s výškovou členitostí 75-150 m. Z plošiny na všechny strany stékají vodní toky, které se od krajů zpětnou erozí do plošiny zařezávají. Okraje bioregionu tvoří zpravidla 120 – 140 m, u Boskovic až 300 m vysoké zlomové svahy. V oblasti zaříznutých údolí a okrajových zlomových svahů dosahuje členitost 200-300 m a reliéf má charakter členité vrchoviny. U Boskovic dosahuje výšková členitost 360 m a reliéf má charakter ploché hornatiny. Skalních útvarů je málo, nacházejí se jednak ve formě malých, několik metrů vysokých mrazových srubů na vrcholech v centrální části (Skály, Paprč), jednak v zaříznutých údolích. Proti Českomoravské vrchovině jsou podstatně menší, nevýraznější a vzácnější. V krasové oblasti u Javoříčka je menší propast, poměrně velké jeskyně a kaňon Špraněk, v krasovém ostrůvku u Mladče jsou značné jeskynní prostory. Nejnižším bodem je okraj vrchoviny u Mladče s kótou 240 m, nejvyšším Skalky 735 m. Typická výška bioregionu je 380 – 690 m.
Hranice bioregionu jsou výrazné vůči většině okolních bioregionů, vyplívají z rozšíření kulmu a krystalinika nebo jsou dány vyšším reliéfem. Hranice se Svitavským bioregionem (1.39) v místech výskytu permských sedimentů respektuje geomorfologickou hranici, neboť vliv podkladu na biotu není příliš výrazný. Hranice vůči Šumperskému bioregionu (1.53) je nevýrazná a respektuje základní biotické rozdíly. geomorfologické členění: provincie - česká vysočina subprovincie - Krkonošsko-jesenická soustava oblast - jesenická oblast celek - Zábřežská vrchovina podcelek - Mírovská vrchovina okrsek - Žadlovická pahorkatina
4.3. Pedologické poměry Podle syntetické půdní mapy ČR (Praha 1991, mapový list C5) je nejčastějším druhem půd v povodí hnědozem luvická. [9] V nejvyšší (nad 600 – 650 m) ploché části bioregionu se nacházejí souvislé plochy dytrických kambizemí a hojnější ostrovy primárních pseudoglejů na těžších hlínách. Nižší plošiny a horní části okrajových svahů pokrývají kyselé typické kambizemě, často oglejené. Na okrajových svazích jsou zpravidla vyvinuty typické kambizemě, na ostrovech sprašových hlín a spraší na východním okraji bioregionu typické hnědozemě. Na vápencích jsou velmi omezené plochy rendzin, většinou kambizemních, s víceméně odvápněnou jemnozemí.
4.4. Klimatické poměry
Dle Quitta leží nižší východní a jižní okraje Drahanského bioregionu v relativně teplé mírně teplé oblasti MT 11, zaříznutá údolí v oblastech MT 10, MT 9, MT 5. [10] Vrcholové části leží v MT 2 a chladné oblasti CH 7. Podnebí má tedy výrazný gradient od okrajů ke středu. Při jihovýchodním okraji klesají srážky až na 550 mm (mírný srážkový stín Drahanské vrchoviny) a průměrná teplota dosahuje až 8 C°. Tuto oblast nepřesvědčivě charakterizují stanice Plumlov 7,9 C°, Mohelnice 619mm a Holubice u Ptení 618 mm. Střední polohy reprezentuje Konice 7,2 C°, 629 mm; vrcholové části pak Drahany 6,2 C°, 649 mm. Území je tedy středně vlhké. Pro údolní polohy jsou typické teplotní a následně i vegetační inverze Dle BPEJ se na prvním místě pětimístného kódu nachází hodnota 5. Kód 5 charakterizuje oblast jako mírně teplou, mírně vlhkou a průměrný roční úhrn srážek se pohybuje mezi 550 – 650 (700) mm Dle Quitta leží povodí v mírně teplé oblasti MT 10. Tab. č.2 Tabulka meteorologický hodnot pro klimatickou oblast MT 10
Klimatická oblast Počet letních dnů Počet dnů s průměrnou teplotou 10°C a více Počet mrazových dnů Počet ledových dnů Průměrná teplota ledna Průměrná teplota července Průměrná teplota dubna Průměrná teplota října Průměrný počet dnů se srážkami 1mm a více Srážkový úhrn za vegetační období Srážkový úhrn v zimním období Počet dnů se sněhovou pokrývkou Počet dnů zamračených Počet dnů jasných
MT 10 40 - 50 140 - 160 110 - 130 30 - 40 -2 - -3 17 - 18 7-8 7-8 100 - 120 400 - 450 400 - 450 50 - 60 120 - 150 40 - 50
Klimadiagram pro Loštice 50
120
40 30
90
20 60
10
30
0
0
teploty (C°) průměrné měsíční teploty (C°)
průměrné měsíční srážky (mm)
srážky (mm) 150
-10 0
5
10
15
měsíce
Obr. č.1. Klimadiagram pro obec Loštice Loštice (225 m n.m.) 49°44 ´ 41,570´´ s.š.; 16° 55´ 36,670´´ v.d. Pomocí orografické interpolace byly pro lokalitu Loštice odvozeny denní sumy globálního záření a denní úhrny srážek pro normálové období 1961-1990. Zeměpisné souřadnice jsme získali pomocí systému VGS-84.
4.5. Biotické poměry
4.5.1. Flóra Drahanského bioregionu Proti většině okolních bioregionů je biota Drahanského bioregionu poměrně ostře vyhraněna, především souvislým rozšířením společenstev submontánního vegetačního stupně s významnou účastí podhorských druhů, např. kostřavy lesní (Festuca altissima), kokoříku přeslenitého (Polygonatum verticillatum), třtiny chloupkaté (Calamagrostis villosa) a udatny lesní (Aruncus vulgaris) v lesních společenstvech. Oproti Macošskému bioregionu (1.25) se liší velkoplošnější mozaikou
potenciálních
společenstev,
přítomnosti
rašelinné
bioty,
malým
zastoupením vápnomilných společenstev a jen ojedinělou účastí dealpidských a perialpidských druhů. Od Prostějovského biortegionu (1.11) se výrazně liší
omezeným výskytem xerotermofytů a vysokou recentní lesnatostí, obdobně výrazný rozdíl je i vůči Lechovickému bioregionu (4.1) a také vůči severní části Brněnského bioregionu (1.24), který s Drahanským regionem sousedí na severozápadě svou bezlesou a plochou částí, zvanou Malá Haná. Mezi Blanskem a Boskovicemi je však hranice mezi oběma bioregiony vegetačně nevýrazná. Rovněž nevýrazný je přechod do Šumperského bioregionu (1.53), v němž se však již vytrácí vliv alpsko-karpatské migrace, reprezentovaný např. ostřicí chlupatou (Carex pilosa). Na severovýchodě přiléhající Litovelský bioregion (1.12) postrádá společenstva vyšších vegetačních stupňů a vyniká vysokým zastoupením lužních společenstev. Vegetační stupňovitosti odpovídá mozaika potenciálních společenstev. Na teplejších úpatních svazích jsou potenciálně dubohabrové háje (Melampyro nemorosiCarpinetum, při jihovíchodním okraji i Carici pilose-Carpinetum) a acidofilní doubravy (Luzulo albidae-Quercetum). V drobných ostrůvcích, zejména při jižním a východním úpatí, se vyskytují i teplomilné doubravy (Sorbo torminalis-Quercetum). Ve vyšších polohách se velkoplošně střídají bikové bučiny (Luzulo-Fagetum) a květnaté bučiny (Melico-Fagetum, snad i další typy, v jižní a jihovýchodní části i Carici pilosaeFagetum). Na devonských vápencích inklinují bučiny k asociaci CephalantheroFagetatum.Zejména na svazích údolních zářezů jsou zastoupena společenstva suťových lesů (Aceri-Carpinetum, ve vyšších polohách snad vzácně i LunarioAceretum). Mozaiku potenciálních společenstev doplňuje lineární síť mokřadních biocenóz luhů a olšin (Stellario-Alnetum glutinosae a Carici remotaeFraxinetum).Primární bezlesí je velmi ojedinělé, vázané na velmi vzácné skalní útvary. V přirozené náhradní vegetaci hrají významnou roli vlhké louky svazu Calthion, typická je zejména asociace Trollio-Cirsietum salisburgensis. V nejvyšších polohách se vyskytovala vegetace rašelinných luk svazu Caricion fuscae a snad i dalších jednotek vegetace rašelinišť. Na sušších místech přecházejí vlhké louky ve vegetaci svazů Cynosurion a Violion caninae, na teplých východních okrajích jsou přítomny i zbytky vegetace svazu Koelerio-Phleion phleoidis. Lemy náležejí převážně vegetaci svazu Trifolion medii, v okolí Kosíře se dá předpokládat i přítomnost ochuzených lemů svazu Geranion sanguinei. Křoviny převážně náležejí k vegetaci svazu Prunion spinosae. Recentní flóra je středně bohatá, tvořená rozmanitými fytochorotypy. Převládají druhy středoevropských listnatých lesů. Z Praebohemika, resp. z Karpat
sem přesahuje chrastavec doubravní (Knautia drymeia), strdivka jednokvětá (Melica uniflora), ostřice chlupatá (Carex pilosa) a kakost hnědočervený (Geranium phaeum), které zde mají mezní výskyt. V nejvyšších polohách a v inverzních údolních zářezech jsou však zastoupeny i submontánní druhy. V lesních společenstvech je to např. udatna lesní (Aruncus vulgaris), třtina chloupkatá (Calamagrostis villosa), měsíčnice vytrvalá (Lunaria rediviva), devětsil bílý (Petasites albus), věsenka nachová (Prenanthes purpurea) a růže alpská (Rosa pendulina). Na loukách jsou typický upolín evropský (Trollius altissimus), zvonečník hlavatý (Phyteuma orbiculare), hadí kořen větší (Bistorta major), stařinec potoční (Tephroseris crispa), kuklík potoční (Geum rivale) aj., dříve i rozchodník pýřitý (Sedum villosum) a rosnatka okrouhlolistá (Drosera rotundifolia). Exklávní lokalitu zde mají některé rašeliništní druhy, např. borekontinentální suchopýr pochvatý (Eriophorum vaginatum) a klikva bahenní (Oxycoccus palustris). Podél teplejšího východního úpatí se táhne pruh lokalit xerofilní flóry. Zde najdeme druhy pontickopanonské až ponticko-jihosibiřské, např. ostřici nízkou (Carex humilis), o.Micheliovu (C. michelii), len žlutý (Linum flavum), koniklec velkokvětý (Pulsatilla grandis), černohlávek velkokvětý (Prunella grandiflora), růži galskou (Rosa gallica) aj. Pro ostrůvky devonských vápenců je typický dealpidský skalník obecný (Cotoneaster intergerrima), a dále strdivka brvitá (Melica ciliata).
4.5.2. Fauna Drahanského bioregionu V bioregionu je relativně zachovaná fauna přirozených bučin, ojediněle se vyskytují rašelinné louky s fragmenty rašeliništní fauny. Na východních okrajích proniká do nižších poloh teplomilný prvek (myšice malooká, ježek východní), v chladné části regionu bylo naproti tomu zjištěno rozmnožování netopýra severního. Výchozy vápenců hostí z měkkýšů např. ovsenku žebernatou, sudovku skalní, z hmyzu hnědáska Melitaea didyma nebo specifická společenstva sarančí. Potoky a říčky patří převážně do pstruhového pásma, na Třebůvce je vyvinuto pásmo lipanové. Významné druhy – Savci: ježek východní (Erinaceus concolor), myšice malooká (Apodemus microps), vrápenec malý (Rhinolophus hipposideros), netopýr brvitý (Myotis emarginatus), netopýr severní (Eptesicus nilssoni). Ptáci: sýc rousný (Aegolius funereus), strakapoud prostřední (Dendrocopus medius), lejsek malý
(Ficedula parva). Obojživelníci: mlok skvrnitý (Salamandra salamandra), čolek horský (Triturus alpestris). Měkkýši: zuboústka sametová (Causa holosericea), ovsenka žebernatá (Chondrina clienta), sudovka skalní (Orcula dolium), zdobenka tečkovaná (Itala ornata). Hmyz: hnědásek (Melitaea didyma), nesytka jedlová (Synanthedon cephiformis). [3]
4.6. Hydrologické poměry povodí V katastrálním území Loštice se nachází vodní tok Třebůvka, vodní tok spravuje Povodí Moravy s.p. Katastrálním územím protéká dále potok Podhrádek, který spravuje Zemědělská vodohospodářská správa Šumperk. Na toku Podhrádek je v km 0,85 vybudována nádrž VN Loštice. Nádrž je situována mezi Lošticemi a Žádlovicemi. VN Loštice je průtočná nádrž vybavená zemní hrází. Využití nádrže je pro rybárské účely. V údolí Podhrádku leží šest rybníků. Podhrádek ústí v Lošticích do řeky Třebůvky. V potoce žije pstruh potoční i rak říční z čehož lze usuzovat na vysokou čistotu vody. Třebůvka kód 4-10-02-066 z knihy Vodní toky a nádrže Pramení u křenova (462m.n.m) ústí z prava do Moravy u Moravičan (245 m.n.m). Plocha povodí 584,6 km2, délka toku 48,3 km. Průměrný průtok u ústí je 2,38 m3.s1
.Vodohospodářsky významný tok, pstruhová voda v horní části toku po Moravskou
Třebovou, čistota vody IV třída. [4] A, Geometrické vlastnosti povodí Konkrétní údaje vstupní údaje, jako např. Plocha povodí nebo délka toku, byly zjištěny z polohopisných a výškopisných map ZABAGED v programu ArcGIS 9.2. 1)Střední šířka povodí:
b=
Sp = 19,3 / 9,78= 1,97 km Ln
2)Charakteristika tvaru povodí:
α=
Sp = 19,3 / 95,64 = 0,202=>Vějířovitý tvar povodí Ln 2
B, Fyzicko-geografické vlastnosti povodí 1)Nadmořská výška: H max . p + H min . p = (583 + 254) / 2 = 418 m.n.m 2
Hp =
2)Průměrný sklon toku: H max .t − H min .t .100 = ((0,515 + 0,254) /10,69).100= 7,2% L
It =
3)Průměrný sklon povodí:
Ip =
H max . p − H min . p Sp
.100 = ((0,583 – 0,254) / 4,39).100 = 7,5%
C, Uspořádání a hustota říční sítě
D=
∑
Lt
Sp
= 24,63 / 19,3 = 1,276 Km/Km2
D, Lesnatost
L=
Spl .100 = (9,8 /19,3) .100 = 50,77% Sp
4.7. Územní systém ekologické stability V povodí se nachází jedno lokální biocentrum. Označení: LBC 19 „ Podhrádek“ – k.ú. Loštice = stávající lokální biocentrum.
Opatření: Navrhuje se rozvoj transformace přírode blízkého lesa (strategický význam posílení vlivu ostatních funkcí lesa) – včetne jemnějších způsobů hospodaření na příslušná společenstva s náležitou druhovou skladbou, tj. i keřů. Zachovat i původní biodiverzitu širšího prostoru; postupně doplnit a obohatit břehové porosty potočního luhu (jilmohabrové jasaniny) zejm.o dub letní s příměsí jasanu, jilmu, lípy a javoru. Na svazích dubovou bučinu je třeba zejména opět obohatit o buk s příměsí lípy, dubu a lokálně i javoru. [2]
5. METODIKA PRÁCE
5.1. Přípravné práce Podkladem pro analýzy byly tyto mapové podklady: •
Polohopisné mapy (poskytovatel: ČUZK)
•
Výškopisné mapy (poskytovatel: ČUZK)
•
Mapa BPEJ (poskytovatel:VÚMOP, Brno) Digitální data výškopisu (10 mapových listů) a polohopisu (10 mapových listů)
ve formátu .shp poskytl pro účely Diplomové práce Český zeměměřičský a katastrální úřad. Tyto mapy byly autorovi práce zaslány po odeslání žádosti potvrzené vedoucím práce Ing. Mikitou a Ústavem geoinformačních technologií. Mapa bonitovaných půdně ekologických jednotek byla autorovi práce rovněž zaslána na základě žádosti potvrzené vedoucím práce a ÚGT a to Výzkumným ústavem meliorací a ochrany půd. Informace o způsobu hospodaření na lokalitě (osevní postupy za roky:2003,2004,2005,2006,2007) poskytlo zemědělské družstvo PALOMO,a.s. Loštice Pro práci byly použity seminární práce, již dříve pro toto území vypracované v předešlých semestrech (ekologie krajiny a geobiocenologie, fytocenologie, ochrana přírody a krajiny)
5.2. Metodika práce zjištění eroze
5.2.1. Analýza eroze v ArcGIS 9.2. Erozní rovnice RUSLE
TVORBA ZÁJMOVÉ PLOCHY Mapa landuse byla nástrojem Clip ořezána rozvodnicí povodí potoka Podhrádek na mapu landuse_clip. Z takto vzniklého souboru byly vybrány nástrojem Select by atributes plochy, které jsou ornou půdou nebo loukami (hodnota ve sloupci landuse 6 nebo 2), a exportovány jako soubor landuse_clip_select. Silnice máme z dat ZABAGEDU jako liniový prvek. Pomocí nástroje buffer byly těmto liniím přiděleny obalové zóny o tloušťce 6m. Zájmová plocha vznikla odstraněním obalových zón silnic od mapy landuse_clip_select nástrojem Symetrical Difference. Byl přiřazen sloupec rast a všem jeho řádkům hodnota 1. Podle sloupce rast byla nástrojem Feature to raster vytvořena rastrová mapa rzaj_plocha. faktor R Jeho hodnota je 20 pro celou ČR. faktor K Výchozí mapou pro tvorbu mapy faktoru K byla mapa bonitovaných půdně ekologických jednotek. Tato mapa byla nástrojem Clip za použití zájmové plochy ořezána na mapu BPEJ_clip. Souboru BPEJ_clip byl přidán sloupec K. Hodnoty K byly nastaveny podle druhého a třetího čísla BPEJ (HPJ) podle tabulky 2.5 str. 8, skripta protierozní ochrana půdy, autoři Ing. Jana Podhrázská a Ing. Jana Dufková. Poté co všechny entity v tabulce obdržely hodnotu K je možný převod na rastr K nástrojem Feature to raster podle sloupce K. Pro získání mapy K jen na zájmové ploše byl použit nástroj Raster Calculator. rK=K*rzaj_plocha faktor C Výchozím souborem pro tvorbu mapy faktoru C byl landuse_clip_select.shp. Nástrojem Select by atributes s obsahem v podmínce where „landuse“=2 byly vybrány trvalé travní porosty. Tyto plochy byly exportovány jako soubor C_louky. Byl přidán sloupec C a jemu dávkově hodnota 0,005. Obdobně byly vybrány plochy orné půdy jako soubor C_ornapuda a jim vložena hodnota 0,217 do sloupce C. Tabulka s vypracovanými osevními postupy je v příloze č.1. Plochy C_louky a C_ornapuda byly spojeny nástrojem Merge do jednoho souboru vegetace.shp. Tento vektorový soubor byl převeden na rastrový soubor rvegetace nástrojem Feature to raster za použití sloupce C.
Pro získání mapy C jen na zájmové ploše byl použit nástroj Raster Calculator. rC=rvegetace*rzaj_plocha topografický faktor LS TVORBA DMT V ARCGIS Pro vytvoření DMT jsou zásadní zdrojová data a způsob interpolace povrchu. Nástroje umožňující interpolaci a následnou analýzu DMT jsou v systému ArcGIS součástí extenzí. K práci tedy potřebujeme extenze 3D Analyst a Spatial Analyst. [7] Pro erozní análýzy v této práci byly použity DMT interpolovány nástroji Topo to Raster, Spline a IDW. Nástroj IDW je určen pro interpolaci vektorových bodových dat metodou inverzních vzdáleností. V algoritmu je možné modifikovat mocninu vzdálenosti (power) a definovat způsob prohledávání okolí pro interpolaci variabilně (počtem bodů a maximální vzdáleností) nebo fixně (vzdáleností a minimálním počtem bodů). Nástroj Spline je metodou minimální křivosti (spline funkcí), jejíž algoritmus je postaven na podmínce, že interpolovaný povrch musí procházet vstupními body a jeho zakřivení bude minimální (suma kvadrátů druhé derivace povrchu v každém bodě musí být minimální). K dispozici jsou varianty Regularized a Tension. Nástroj Topo to Raster je specificky navržen pro vytvoření hydrologicky korektního DMT. Interpolační metoda se zakládá na programu ANUDEM verze 4.6.3 (Hutchinson 1988, 1993, 1996). Algoritmus je primárně přizpůsoben pro práci s vrstevnicovými daty a základní úvaha vychází z předpokladu, že hlavním faktorem, který modeluje tvar terénu, jsou hydrologické procesy. Podle typu interpolace se jedná o diskrétní spline metodu s modifikací kritéria roughness penalty, které dovoluje modelovat náhlé změny v reliéfu terénu. Pro zpřesnění interpolace je možné použít další data, která jsou pro dané území k dispozici. Jedná se zejména o linie toků (směr linií musí být ve směru toku, a to pouze jedna linie pro jeden tok), břehové linie jezer (pokud je známa i nadmořská výška hladiny, je možné ji použít do vstupu s vrstevnicemi), výškové kóty a hranice zájmového území (maska). Součástí výsledků jsou i další podpůrná data (dosud neodstraněné deprese, soubor s parametry apod.). Celkově se jedná o ojedinělý algoritmus, který dokáže velmi zkvalitnit výsledný DMT, ale pouze pokud jsou dobře chápány a definovány všechny parametry. [7]
TVORBA DMT NÁSTROJEM TOPO TO RASTER Jako vstupní data byly použity tyto soubory: vrstevnice_merge (spojené výškopisné listy dat ZABAGEDu), kde byl do kolonky Field nastaven sloupec vyska a v kolonce Type nastaveno Contour, vodni_toky, kde bylo nastaveno do kolonky Type Stream, vodni_plochy, kde bylo nastaveno do kolonky Type Lake. Rozlišení – velikost pixelu výstupního rastru bylo nastaveno na 5m. Roughness penalty byla nastavena na hodnotu 0, pro Tolerance 1 zvolena hodnota 1 a pro Tolerance 2 nastavena hodnota 100. Výstupní soubor byl pojmenován topodmt. Nástrojem Fill byl soubor topodmt zbaven depresí, vznikl soubor Fill_topodmt. Pro další analýzy byl používán jen soubor Fill_topodmt. TVORBA DMT NÁSTROJEM SPLINE Nejprve byla převedena vektorová liniová data vrstevnic na rastr pomocí nástroje Feature to Raster. Následně byl tento rastr převeden do vektorového, ale bodového souboru, pomocí nástroje Raster To Point (rvrstevnice → vbody). Hodnoty buňky (Field) ponecháme Value. Rozlišení – velikost pixelu výstupního rastru bylo nastaveno na 5m. Výstupní soubor byl pojmenován Spline_dmt. Nástrojem Fill byl soubor Spline_dmt zbaven depresí, vznikl soubor Fill_splinedmt. Pro další analízy byl používán jen soubor Fill_splinedmt. TVORBA DMT NÁSTROJEM IDW Pro interpolaci DMT použijeme stejný vektorový soubor jako u Spline interpolace a to vbody. Rozlišení – velikost pixelu výstupního rastru bylo nastaveno na 5m. Výstupní soubor byl pojmenován IDW_dmt. Nástrojem Fill byl soubor IDW_dmt zbaven depresí, vznikl soubor Fill_idwdmt. Pro další analízy byl používán jen soubor Fill_idwdmt.
Rastr sklonitosti byl vytvořen pomocí nástroje Slope. Vstupním rastrem je Fill_topodmt. Jednotkami byly nastaveny procenta. Výstupní rastr byl pojmenován
slope. Rastr nepřerušené délky svahu Z rastru Fill_topodmt byl nástrojem Flow direction vytvořen rastr flowdir_dmt. Rastr směru odtoku byl dále v nástroji Raster Calculator přenásoben rastrem zájmových ploch, tak vznikl rastr flow_dir. Z rastru flow_dir již byl nástrojem Flow lenght získán rastr nepřerušených délek svahů L. Pro dosažení faktoru LS byl v nástroji Raster Calculator dosazen tento vzorec: LS=Pow([l], 0,5) * (0,0138 + 0,0097 * [slope] + 0,00138 * Sqr([slope])). VÝSLEDNÁ EROZE K dosažení rastru celkové eroze již stačí pouze použít Raster Calculator a přenásobit všechny potřebné rastrové vrstvy. Použité vzorce: Eroze na DMT vzniklého Topo to raster interpolací Eroze=20 * [k] * [ls] * [c] Eroze na DMT vzniklého spline interpolací spline_Eroze=20 * [k] * [spline_ls] * [c] Eroze na DMT vzniklého idw interpolací idw_Eroze=20 * [k] * [idw_ls] * [c] POSTUP ZÍSKÁNÍ PLOCH O EROZNÍM STUPNI OHROŽENÍ 3 A 4, VĚTŠÍCH NEŽ 1HA. Na začátku byl rastr eroze podělen rastrem hloubek půd (s hodnotami přípustných ztrát půd). Tak jsme dostaly ratsr násobků dovolené ztráty půdy (eroze/rhloubka_pud=ohrozeni). Rastr ohrozeni byl reklasifikován na rastr stupne_eroze podle tabulky č.3. násobky dovolené ztráty půd 0–1 1–2 2–3 3 – více
stupeň eroze 1 2 3 4
Tab.č.3. Rastr stupne_eroze byl dále reklasifikován tak, že stupeň 1 a 2 dostal hodnotu null a
stupně 3 a 4 dostaly hodnotu 1. Výsledný rastr se jmenuje stupen3_4. Pro seskupení pixelů do skupin byl použit nástroj Region group, výsledným rastrem je group3_4. Rastr group3_4 potom bylo možno převést na polygonový vektorový soubor poly3_4 nástrojem raster to polygon. Do atributové tabulky poly3_4 byl přidán sloupec plocha a naplněn hodnotami. Pro srovnávání výsledných ploch erozní ohroženosti 3. a 4. stupně byly vybrány plochy větší než 1 ha. Takto vznikly soubory ATE, ASE a AIE, kde ATE jsou plochy stupně erozní ohroženosti 3 a 4 větší než 1ha na DMT vzniklém v nástroji Topo to Raster, ASE na DMT (interpolace SPLINE) a AIE (interpolace IDW). Obr.č.2. Mapa rastru stupne_eroze
5.2.2. Analýza eroze v GIS GRASS
5.2.2.1. Tvorba mapy Ho (objemu přímého odtoku) a A (retence) podle odtokových křivek CN.
Tvorba mapy HPS (hydrologických skupin půd) Nejdříve byl naimportován polygonový soubor Rozvodnice_BPEJ.shp. GRASS:~ > v.in.ogr -o dsn=/home/moris/grassdata/DATA/BPEJ/Rozvodnice_BPEJ.shp
out=BPEJ Do atributové tabulky byl přidán nový sloupec HPS (hydrologická půdní skupina). GRASS:~ > echo "ALTER TABLE BPEJ ADD COLUMN HPS int"|db.execute Hodnota HPS byla nastavena podle druhého a třetího čísla BPEJ (HPJ) podle tabulky 3.2 str. 23 [1] Tímto příkazem jsme vložily hodnotu 1 do sloupce HPS všude tam, kde jsou na druhém a třetím místě sloupce B5 hodnoty 00, 04, 17, 21, 31, 55. GRASS:~ > echo "UPDATE BPEJ SET HPS=1 WHERE ("B5" LIKE '_00%_' ) OR ("B5" LIKE '_04%_' ) OR ("B5" LIKE '_17%_' ) OR ("B5" LIKE '_21%_' ) OR ("B5" LIKE '_31%_' ) OR ("B5" LIKE '_55%_' )"|db.execute Pro přiřazení hodnot 2, 3 a 4 bylo použito obdobných příkazů. HPS 1 = hydrologická skupina A, HPS 2 = hydrologická skupina B, HPS 3 = hydrologická skupina C a HPS 4 = hydrologická skupina D. TVORBA MAPY LANDUSE Nejprve byly naimportovány všechny soubory polohopisu ZABAGED. Pro ukázku jeden příkaz. GRASS:~ > v.in.ogr -o dsn=/home/moris/grassdata/DATA/ZABAGED_polohopis_SHP/63311/ArealUceloveZastav by.shp out=AUZ Poté byly přidány všem takto importovaným souborům sloupce landuse. GRASS:~ > echo "ALTER TABLE AUZ ADD COLUMN landuse int"|db.execute Do sloupce landuse jsem přiřadil hodnoty takto: les 1 - ( LesniPudaSeStromy) trvalý travní porost 2 - (LoukaPastvina, OkrasnaZahradaPark) zahrady, sady 3 - ( OvocnySadZahrada) křoviny, meze 4 - ( LesniPudaSKrovinatymPorostem) nepropustné plochy 5 - ( ArealUceloveZastavby, BazinaMocal, BudovaBlokBudov, Hrbitov, KulnaSklenikFoliovnik, OstatniPlochaVSidlech, Parkoviste, RozvalinaZricenina, SkalniUtvary, Skladka, UsazovaciNadrzOdkaliste,
ValcovaNadrzZasobnik, VodniPlocha) orná půda 6 - ( OrnaPudaAOstatniNeurcenePlochy) Ukázka příkazu, kdy jsou plochy areálů účelových zástaveb (AUZ) zařazeny do kategorie nepropustné plochy. GRASS:~ > echo "UPDATE AUZ SET landuse=5"|db.execute Všechny tyto soubory byly spojeny dohromady modulem v.patch v mapu landuse. GRASS:~ > v.patch -e input=AUZ,BM,BBB,H,KSF,LPSS,LPSKP,LP,OZP,OPAONP,OPVS,OSZ,P,RZ,SU,S,UNO ,VNZ,VP output=landuse Přeložením mapy BPEJ a landuse pomocí modulu v.overlay jsme získaly kombinaci jejich atributových tabulek. GRASS:~ > v.overlay ainput=BPEJ atype=area binput=landuse output=CN operator=or Byl přidán sloupec CN Hodnoty sloupce CN byly přidány podle tabulky čísla odtokových křivek.
Čísla odtokových křivek CN (podle hydrologické skupiny) Využití půdy A B C D Les 36 60 73 79 Louky 30 58 71 78 Sad 43 65 76 82 Křoviny 35 56 70 77 Nepropustné plochy 98 98 98 98 Orná půda 61 73 81 84
Tab. č. 4. Př. vkládání hodnot: GRASS:~ > echo "UPDATE CN SET CN=36 WHERE a_HPS = 1 AND b_landuse = 1"| db.execute VÝPOČET RETENCE A OBJEMU PŘÍMÉHO ODTOKU Nejdříve byly vytvořeny dva nové sloupce A (retence) a Ho (objem přímého odtoku).
Hodnota ve sloupci A se určí ze vzorce A=25.4*(1000/CN-10). GRASS:~ > echo "UPDATE CN SET A=25.4*(1000/CN-10)" | db.execute Hodnoty do sloupce Ho se přiřadí tímto příkazem, dle vzorce pro Ho. echo "UPDATE CN SET Ho=((69-0.2*A)*(69-0.2*A))/(69+0.8*A)" | db.execute
5.2.2.2 Výpočet rovnice RUSLE
TVORBA ZÁJMOVÉ PLOCHY Zájmovou plochou pro erozní analýzu budou plochy zemědělsky využívané a zatravněné. Těmto plochám odpovídají soubory z polohopisu ZABAGEDU OrnaPudaAOstatniNeurcenePlochy importované jako (OPAONP), OkrasnaZahradaPark(OZP) a LoukaPastvina(LP). Tyto soubory byly spojeny modulem v.overlay s použitím operátoru OR a ořezány vektorem ohraničujícím povodí potoka Podhrádek s použitím operátoru AND. Postup práce GRASS:~ > v.overlay ainput=LP binput=OPAONP output=ZPlocha operator=or GRASS:~ > v.overlay ainput=OZP binput=ZPlocha output=ZPlocha2 operator=or GRASS:~ > v.overlay ainput=ZPlocha2 binput=Podhradek output=ZPlochaC operator=and v.to.rast in=ZPlochaC out=rZPlochaC use=attr col=cat Mapu ZPlochaC je důležité zbavit ploch silnic, jelikož fungují jako účinné přerušení svahu. Byl naimportován liniový vektorový soubor SilniceDalnice.shp jako silnice. Reálnou šířku silnic dostaneme vytvořením obalové zóny kolem vektorové linie modulem v.buffer. Šířku nastavíme na 6m. GRASS:~ > v.buffer input=silnice output=silnice_buffer buffer=6 GRASS:~ > v.db.connect -o map=silnice_buffer table=silnice key=cat driver=dbf \database='grassdata/Podhradek/Odtok/dbf' Pro další práci s obaleným vektorem je nutné jej připojit na tabulku vektoru, jenž je jeho input. Odstranění ploch silnic z mapy ZPlochaC bylo provedeno modulem v.overlay s operátorem not, jenž je obdobou Symetrical difference v ArcGIS.
GRASS:~ > v.overlay ainput=ZPlochaC binput=silnice_buffer output=zaj_plocha1 operator=not Vektor zaj_plocha1 již mohl být převeden na rastr rzaj_plocha1. GRASS:~ > v.to.rast in=zaj_plocha1 out=rzaj_plocha1 use=attr col=cat faktor R Jeho hodnota je 20 pro celou ČR. faktor K Mapa BPEJ byla nejprve oříznuta rozvodnicí potoka Podhrádek (vektor Podhradek). Do atributové tabulky byl vložen nový sloupec K s datovým typem double. Hodnoty K byly nastaveny podle druhého a třetího čísla BPEJ (HPJ) podle tabulky 2.5 str. 8. [1] Příklad vkládání hodnot: GRASS:~ > echo "UPDATE BPEJ_clip SET K=0.4 WHERE "a_B5" = '_05%_'"|db.execute Poté co všechny entity v tabulce obdržely hodnotu K je možný převod na rastr rK podle sloupce K. GRASS:~ > v.to.rast in=BPEJ_clip out=rK use=attr col=K Pro dosažení mapy K pouze na zájmových plochách bylo použito modulu r.mapcalc. GRASS:~ > r.mapcalc rK1=rK*rzaj_plocha1 faktor C Mapa faktoru C byla vytvořena tak, že do tabulky vektoru ZPlochaC byl vložen nový sloupec C, datový typ bude double, jelikož hodnoty C obsahují desetinnou čárku. Hodnota faktoru byla zadána podle čísla landuse v atributové tabulce. Hodnotě landuse 6 (orná půda) přísluší hodnota C 0,217. Hodnotě landuse 2 (louka, travní porost) přísluší hodnota C 0,005. GRASS:~ > echo "UPDATE ZPlochaC SET C=0.217 WHERE a_b_b_land = 6"|db.execute GRASS:~ > echo "UPDATE ZPlochaC SET C=0.005 WHERE a_b_b_land = 2"|db.execute V podmínce where je jméno sloupce a_b_b_land, protože ZPlochaC vznikl přeložením tří vektorů. Nyní již bylo možné vektor ZPlochaC převést na rastr vegetace podle sloupce C. Pro získání mapy C jen na zájmové ploše byl použit modul r.mapcalc. GRASS:~ > r.mapcalc rC1=vegetace*rzaj_plocha1
TVORBA DMT Z VEKTOROVÝCH VRSTEVNIC Interpolace - v.surf.rst Tento modul interpoluje Z souřadnice z vektorových dat (např. vrstevnice, izočáry) dané ve vektorovém souboru input na rastrové buňky ve výstupním rastru elev, který reprezentuje povrch. Zároveň s interpolací je možné vygenerovat topografické parametry sklonu, expozice svahů, profilové křivosti (měřené ve směru největšího sklonu), tangenciální křivost a střední křivost. Tyto rastrové mapy jsou uloženy při specifikování parametrů slope, aspect, pcurv, tcurv, mcurv. Pro tuto interpolaci se používá regulární spline pod napětím (Regularized Spline with Tension = RST). v.surf.rst [-d] [-r] [-c] [-t] input=nazev elev=nazev [slope=nazev] [aspect=nazev] [pcurv=nazev] [tcurv=nazev] [mcurv=nazev] [maskmap=nazev] [dmin=hodnota] [dmax=hodnota] [zmult=hodnota] [tension=hodnota] [smooth=hodnota] [segmax=hodnota] [npmin=hodnota] [theta=hodnota] [scalex=hodnota] [devi=nazev] [treefile=nazev] [overfile=nazev] Postup práce: GRASS:~ > v.surf.rst input=vrst_points zcolumn=a_Elevatio elev=dmt_res5 maskmap=rPodhradek Vstupní mapy: vrst_points, rPodhradek Nejprve byla ořezána mapa vrstevnic (vrstevnice_merge) vektorovým polygonem rozvodnice potoku Podhrádek (Podhradek). GRASS:~ > v.overlay ainput=vrstevnice_merge atype=line binput=Podhradek output=vrstevnice_clip operator=and Takto ořezané linie vrstevnic byly převedeny na vektorové body. GRASS:~ > v.to.points in=vrstevnice_clip out=vrst_points Interpolace - v.surf.idw IDW (inverse distance weight): Hlavním parametrem interpolace je vzdálenost jednotlivých bodů. Algoritmus IDW bere v potaz následující předpoklad: určovaná (interpolovaná) hodnota bodu je určena jako vážený průměr známých hodnot, kdy se váha přiřazená jednotlivým bodům zmenšuje podle vzdálenosti bodů. Nejdříve je tedy vypočítána vzdálenost mezi určovaným bodem a sousedními body o známé
hodnotě. Následuje výpočet jeho hodnoty, jako váženého průměru vzdálenosti (1/d). Často je vzdálenost v závislosti na vlastnostech povrchu umocněna (1/d2 nebo 1/d3 ). v.surf.idw [-n] input=name output=string [npoints=count] [layer=integer] [column=string] Postup práce: GRASS:~ > v.surf.idw input=vrst_points_cele output=dmt_idw column=Elevation Vstupní mapy: vrts_points_cele Tato vstupní mapa byla získána převedením vektorového liniového souboru vrstevnice_merge na vektorový bodový soubor vrst_points_cele. GRASS:~ > v.to.points in=vrstevnice_merge out=vrst_points_cele Vyplnění sníženin spline interpolace: GRASS:~ > r.fill.dir input=dmt_res5 elevation=filldmt_res5 direction=smer_odtoku idw interpolace: GRASS:~ > r.fill.dir input=dmt_idw elevation=filldmt_idw direction=smer_odtoku_idw topografický faktor LS Vyjádření poměru ztrát půdy na jednotku plochy z daného pozemku ke ztrátě půdy na pozemku délky 22,13 m a to s přímým sklonem 9 % vyjadřuje důležitý faktor LS. Tento faktor je složen ze dvou faktorů – L (Slope Length, délka svahu) a S (SlopeSteepeness, strmost svahu). Výsledné hodnoty faktoru LS pak získáme prostým vynásobením těchto rastrových vrstev pomocí mapové algebry. Pro získání tohoto faktoru lze použít jednak hydrologický modul r.watershed, jehož výstupem je rovnou faktor LS, anebo získat zvlášť faktor L a S. Faktor L modulem r.flow a faktor S modulem r.slope.aspect. modul r.watershed na dmt z interpolace spline: GRASS:~ > r.watershed elevation=filldmt_res5_clip1 threshold=3000 length.slope=rLS na dmt z interpolace idw: GRASS:~ > r.watershed elevation=dmt_idw_zaj threshold=3000
length.slope=idw_watershed_LS modul r.slope.aspect na dmt z interpolace spline: GRASS:~ > r.slope.aspect elevation=filldmt_res5_clip1 slope=sklon1 format=percent aspect=expozice1 na dmt z interpolace idw: GRASS:~ > r.slope.aspect elevation=dmt_idw_zaj slope=idw_sklon format=percent aspect=idw_expozice1 modul r.flow na dmt z interpolace spline: GRASS:~ > r.flow -u elevin=filldmt_res5_clip1 aspin=expozice1 lgout=flowL1 flout=flowlines1 na dmt z interpolace idw: GRASS:~ > r.flow -u elevin=dmt_idw_zaj aspin=idw_expozice1 lgout=idw_flowL1 Faktor LS odvozený z DMT vytvořeného interpolací spline byl získán použitím mapové algebry za použití vzorce pro výpočet faktoru LS, LS = l^1/2 * (0,0138 + 0,0097*s + 0,00138*s^2). GRASS:~ > r.mapcalc 'LS=sqrt(flowL1) * (0.0138 + 0.0097 * sklon1 + 0.00138 * (sklon1^2))' Faktor LS odvozený z DMT vytvořeného interpolací idw byl získán. GRASS:~ > r.mapcalc 'idw_LS=sqrt(idw_flowL1) * (0.0138 + 0.0097 * idw_sklon + 0.00138 * (idw_sklon^2))' Mapy celkové eroze na zájmových plochách bylo dosaženo opět použitím mapové algebry. Eroze na DMT vzniklého spline interpolací s použitím faktoru LS vypočítaného vzorcem LS = l^1/2 * (0,0138 + 0,0097*s + 0,00138*s^2): GRASS:~ > r.mapcalc eroze1=20*rK1*LS*rC1 Eroze na DMT vzniklého spline interpolací s použitím LS faktoru vygenerovaného modulem r.watershed:
GRASS:~ > r.mapcalc eroze_watershed=20*rK1*rLS*rC1 Eroze na DMT vzniklého idw interpolací: GRASS:~ > r.mapcalc idw_eroze1=20*rK1*idw_LS*rC1 Eroze na DMT vzniklého idw interpolací s použitím LS faktoru vygenerovaného modulem r.watershed: GRASS:~ > r.mapcalc idw_watershed_eroze1=20*rK1*idw_watershed_LS*rC1 Eroze na DMT importovaném z ArcGIS 9.2. GRASS:~ > r.mapcalc topoeroze=20*rK1*topoLS2*rC1 Eroze na DMT importovaném z ArcGIS 9.2 s použitím LS faktoru vygenerovaného modulem r.watershed. GRASS:~ > r.mapcalc topoeroze_watershed=20*rK1*topoLSwater*rC1 Analýza stupňů ohroženosti vodní erozí POSTUP ZÍSKÁNÍ PLOCH O EROZNÍM STUPNI OHROŽENÍ 3 A 4 VĚTŠÍCH NEŽ 1HA. Vycházíme z toho, že máme rastrovou mapu eroze, kterou když podělíme rastrovou mapou dovolené ztráty půdy (Gp), dostaneme násobky dovolené ztráty půdy (stupně eroze). Tvorba mapy dovolené ztráty půdy erozí: Do tabulky vektorové mapy BPEJ byl vložen sloupec Gp (dovolená ztráta půdy). Podle tabulky č.2 je potřeba vložit hodnoty. Př. vložení hodnoty 10 do sloupce Gp, kde 5. místo kódu BPEJ je 0, 1, 2 nebo 3. GRASS:~ > echo "UPDATE BPEJ SET Gp=10 WHERE ("B5" LIKE '%0' ) OR ("B5" LIKE '%1' ) OR ("B5" LIKE '%2' ) OR ("B5" LIKE '%3' )"|db.execute Podle sloupce Gp byla vytvořena rastrová mapa dovolené ztráty půd rhloubka_pud. GRASS:~ > v.to.rast in=BPEJ out=rhloubka_pud use=attr col=Gp Úprava získaných erozí (1.eroze1, 2.eroze_watershed, 3.eroze_idw, 4.idw_watershed_eroze1, 5.topoeroze, 6.topoeroze_watershed) Př. na rastru eroze1 GRASS:~ > r.mapcalc ohrozeni=eroze1/rhloubka_pud
reklasifikace na stupen eroze 3a4 GRASS:~ > r.reclass in=ohrozeni out=stupen3_4 Enter rule(s), Data range is 0 to 76 help 0 thru 1 = null 1 thru 2 = null 2 thru 3 = 1 3 thru 76 = 1 end Seskupení sousedících pixelů bylo dosaženo příkazem. GRASS:~ > r.clump input=stupen3_4 output=SELS_clump d.rast stupen34_clump Převedení rastrových ploch na vektorové plochy. GRASS:~ > r.to.vect feature=area in=SELS_clump out=SELS_poly Vložení sloupce plocha nově vzniklému vektoru SELS_poly. GRASS:~ > echo "ALTER TABLE SELS_poly ADD COLUMN plocha double"|db.execute Naplnění sloupce plocha hodnotami v ha. GRASS:~ > v.to.db map=SELS_poly option=area units=h column=plocha Nakonec byly vybrány jen plochy větší než 1ha. GRASS:~ > v.extract input=SELS_poly output=SELS where="plocha>1" Takto bylo získáno 6 souborů. SELS - spline eroze (s faktorem LS dosaženého ze vzorce pro LS) SEWA - spline eroze (s faktorem LS dosaženého modulem r.watershed) IELS - idw eroze LS IEWA - idw eroze watershed TELS - (importovaný dmt z ArcGIS 9.2) topo to raster eroze LS TEWA - (importovaný dmt z ArcGIS 9.2) topo to raster eroze watershed
5.3. Porovnání výsledných erozních ploch obou softwarů Překryvná analýza erozních ploch 3. a 4. stupně Porovnání bylo provedeno v programu GIS GRASS 6.4. Popis dat Tyto vektorové polygony byly získány konverzí rastr-vektor. Rastry měli shodné rozlišení, 5x5m a stejný souřadnicový systém S-JTSK Krovak easth-north. Byly porovnávány plochy vygenerovány v GIS GRASS 6.4 (SELS, SEWA, IELS, IEWA, TELS, TEWA) s plochami vygenerovanými a importovanými z programu ArcGIS 9.2 (ATE, ASE, AIE) . ATE, ASE a AIE jsou plochy s erozí o stupni 3 a 4 a větší než 1ha. Plochy ATE byly vygenerovány z DMT (Topo to Rastr). Plochy ASE byly vygenerovány z DMT (spline interpolace). Plochy AIE byly vygenerovány z DMT (idw interpolace). Tab. č. 5. Plochy erozních ploch 3. a 4. stupně (ha) SELS 280 SEWA 478 IELS 108 IEWA 422 TELS 271 TEWA 471 ATE 240 AIE 102 ASE 247
KOEFICIENT PLOŠNÉ KORESPONDENCE CAC Pro porovnání ploch byla vybrána metoda koeficientu plošné korespondence CAC. Koeficient plošné korespondence CAC je založen na překryvné analýze, kde dvě distribuce stejného měřítka jsou porovnány superpozicí dvou vrstev. Jde o jednoduché stanovení rozsahu, kterému si dvě distribuce odpovídají. Metoda počítá s plochami koincidujících si geoprvků. “AreaA” představuje plochu nově utvořeného geoprvku z první vrstvy, “AreaB” představuje plochu nově utvořeného geoprvku z druhé vrstvy a “AreaC” plochu vzniklého průniku obou geoprvků. CAC = AreaC / Area A + AreaB + AreaC
Obr.č.3. Obrázek popisující korespondenci dvou geoprvků Ve výsledku CAC jednoduchým poměrem ploch popisuje korespondenci geoprvků dvou vrstev. Dva geoprvky spolu nekorespondují pokud CAC = 0, pokud CAC = 1 jde o úplnou korespondenci. Je vhodné poznamenat, že CAC vlastně představuje plošnou obdobu statistického Russel-Raeova koeficientu asociace pro 2 distribuce nominálních nebo binárních dat SRR. SRR = d / a+b+c+d kde d je počet pozitivních shodných případů pro obě distribuce (jev nastal v obou souborech), a počet případů negativní shody (jev nenastal ani v jednom souboru), b a c potom případy neshody s dvojí možnou polaritou. [8] Metodu CAC demonstrujeme na příkladu porovnáním erozí ohrožených ploch ATE,ASE a AIE (ArcGIS 9.2) a ploch SELS, SEWA, IELS, IEWA, TELS, TEWA (GIS GRASS 6.4). Data překryvu jednotlivých ploch, tedy plochy AreaC, byla získána následujícím způsobem: GRASS:~ > v.overlay ainput=SELS atype=area binput=ATE output=SELSxATE operator=and Přidání sloupce plocha vektoru překryvu SELSxATE. GRASS:~ > echo "ALTER TABLE SELSxATE ADD COLUMN plocha double"|db.execute Naplnění sloupce plocha vektoru překryvu SELSxATE. GRASS:~ > v.to.db map=SELSxATE option=area units=h column=plocha Takto byly získány tyto překryvné vektorové soubory TELSxATE, TEWAxATE, SELSxATE, SEWAxATE, IELSxATE, IEWAxATE, SELSxASE, SEWAxASE, TELSxASE, TEWAxASE, IELSxASE, IEWAxASE, IELSxAIE, IEWAxAIE, TELSxAIE, TEWAxAIE, SELSxAIE, SEWAxAIE a velikosti jejich ploch.
Plochy AreaA, které nejsou překryty plochou B byly získány následujícím způsobem: GRASS:~ > v.overlay ainput=SELS atype=area binput=ATE output=SELSnotATE operator=not Takto byly získány tyto překryvné vektorové soubory TELSnotATE, TEWAnotATE, SELSnotATE, SEWAnotATE, IELSnotATE, IEWAnotATE, SELSnotASE, SEWAnotASE,TELSnotASE, TEWAnotASE, IELSnotASE, IEWAnotASE, SELSnotAIE, SEWAnotAIE,TELSnotAIE, TEWAnotAIE, IELSnotAIE, IEWAnotAIE a velikosti jejich ploch. Plochy AreaB, které nejsou překryty plochou A byly získány následujícím způsobem: GRASS:~ > v.overlay ainput=ATE atype=area binput=SELS output=ATEnotSELS operator=not Takto byly získány tyto překryvné vektorové soubory ATEnotTELS, ATEnotTEWA, ATEnotSELS, ATEnotSEWA, ATEnotIELS, ATEnotIEWA, ASEnotTELS, ASEnotTEWA, ASEnotSELS, ASEnotSEWA, ASEnotIELS, ASEnotIEWA, AIEnotTELS, AIEnotTEWA, AIEnotSELS, AIEnotSEWA, AIEnotIELS, AIEnotIEWA a velikosti jejich ploch. interpolace topo topo topo topo topo topo spline spline spline spline spline spline idw idw idw idw idw idw
software ArcGIS ATEnotTELS ATEnotTEWA ATEnotSELS ATEnotSEWA ATEnotIELS ATEnotIEWA ASEnotSELS ASEnotSEWA ASEnotTELS ASEnotTEWA ASEnotIELS ASEnotIEWA AIEnotIELS AIEnotIEWA AIEnotTELS AIEnotTEWA AIEnotSELS AIEnotSEWA
plocha ha 4 1 5 1 59 1 6 1 5 1 68 1 52 1 16 1 18 1
software GRASS TELSnotATE TEWAnotATE SELSnotATE SEWAnotATE IELSnotATE IEWAnotATE SELSnotASE SEWAnotASE TELSnotASE TEWAnotASE IELSnotASE IEWAnotASE IELSnotAIE IEWAnotAIE TELSnotAIE TEWAnotAIE SELSnotAIE SEWAnot AIE
plocha ha 138 334 148 342 29 285 136 329 126 321 26 272 63 326 190 375 201 382
plocha ha prunik TELSxATE TEWAxATE SELSxATE SEWAxATE IELSxATE IEWAxATE SELSxASE SEWAxASE TELSxASE TEWAxASE IELSxASE IEWAxASE IELSxAIE IEWAxAIE TELSxAIE TEWAxAIE SELSxAIE SEWAxAIE
Tab.č.6. vyjadřující plošnou korespondenci ploch ATE, ASE a AIE se všemi výstupními plochami z GRASSU.
133 136 132 136 78 136 144 149 145 149 82 149 45 96 81 96 79 96
CAC 0,48 0,29 0,46 0,28 0,47 0,32 0,5 0,31 0,53 0,32 0,47 0,35 0,28 0,23 0,28 0,2 0,27 0,2
software ArcGIS not GRASS software GRASS not ArcGIS interpolace ArcGIS plocha a ha GRASS plocha b ha prunik topo ATEnotTELS 4 TELSnotATE 138 TELSxATE topo wa ATEnotTEWA 1 TEWAnotATE 334 TEWAxATE spline ASEnotSELS 6 SELSnotASE 136 SELSxASE spline wa ASEnotSEWA 1 SEWAnotASE 329 SEWAxASE idw AIEnotIELS 52 IELSnotAIE 63 IELSxAIE idw wa AIEnotIEWA 1 IEWAnotAIE 326 IEWAxAIE
překryv plocha ha 133 137 144 149 45 96
Tab.č.7. vyjadřující rozdíly v plošné korespondenci ploch ATE, ASE a AIE a to s každou ze dvou variant (různý faktor LS) výstupních erozních ploch z GRASSU.
Porovnani ploch eroze 3. a 4. stupně 400 350
plocha v ha
300 250
ArcGIS not GRASS GRASS not ArcGIS
200
překryv
150 100 50 0 interpolace
topo
topo w a
spline
spline w a
idw
idw w a
Obr. č.4. Porovnaní výstupních ploch z ArcGIS s plochami z GRASS o různých faktorech LS.
5.4. Navržení biotechnických opatření proti vodní erozi 5.4.1. Navržení vedení zasakovacích průlehů na plochách se stupněm erozní ohroženosti 3 a 4 Vektory ploch se stupněm erozní ohroženosti 3 a 4 a vrstevnice byly převedeny na formát .dxf. V tomto formátu otevřeny v programu AutoCAD2009, kde je pohodlnější vytvářet průlehy v určité vzdálenosti od sebe, tak aby byly rovnoběžné
CAC 0,48 0,29 0,5 0,31 0,28 0,23
s vrstevnicemi. Takto byly vytvořeny soubory průlehů vzdálených od sebe 35, 70 a 100m. Vektorové soubory průlehů byly zpětně importovány do ArcGIS 9.2 jako prulehy_po_35m, prulehy_po_70m a prulehy_po_100m. Těmto liniím byla vytvořena buffrová zóna široká 6 metrů. Byla vytvořena nová zájmová plocha bez ploch průlehů. Byla provedena znovu stejná analýza erozní ohroženosti tentokrát s novou zájmovou plochou, tedy na území s vybudovanými průlehy, které přeruší nepřerušenou délku svahu.
5.4.2. Míra vodní eroze po navržení průlehů
obr.č.5. přehledka ploch erozní ohroženosti 3 a 4 stupně: vlevo nahoře bez průlehů, vpravo nahoře s průlehy vzdálenými 35m, vlevo dole s průlehy vzdálenými 70m a vpravo dole s průlehy vzdálenými 100m.
5.5. Akumulace odtoku z povodí
5.5.1. Tvorba mapy Ho (objemu přímého odtoku) a A (retence) podle odtokových křivek CN. Tvorba mapy HPS (hydrologických skupin půd) Vektorovému polygonovému souboru Rozvodnice_BPEJ.shp byl přidán sloupec HPS (hydrologická půdní skupina). Hodnota HPS byla nastavena podle druhého a třetího čísla BPEJ (HPJ) podle tabulky 3.2 str. 23 [1]. Hodnoty není možno vložit dávkově. HPS 1 = hydrologická skupina A, HPS 2 = hydrologická skupina B, HPS 3 = hydrologická skupina C a HPS 4 = hydrologická skupina D. Tvorba mapy landuse Nástrojem merge spojíme všechny polygony z adresáře ZABAGED_polohopis do souboru landuse.shp. Souboru landuse byl přidán sloupec landuse. Do sloupce landuse jsem přiřadil hodnoty takto: les 1 - ( LesniPudaSeStromy) trvalý travní porost 2 - (LoukaPastvina, OkrasnaZahradaPark) zahrady, sady 3 - ( OvocnySadZahrada) křoviny, meze 4 - ( LesniPudaSKrovinatymPorostem) nepropustné plochy 5 - ( ArealUceloveZastavby, BazinaMocal, BudovaBlokBudov, Hrbitov, KulnaSklenikFoliovnik, OstatniPlochaVSidlech, Parkoviste, RozvalinaZricenina, SkalniUtvary, Skladka, UsazovaciNadrzOdkaliste, ValcovaNadrzZasobnik, VodniPlocha) orná půda 6 - ( OrnaPudaAOstatniNeurcenePlochy) Nástrojem Union přeložíme mapy Rozvodnice_BPEJ a landuse, tím jsme získaly kombinaci jejich atributových tabulek. Hodnoty sloupce CN byly přidány podle tabulky čísla odtokových křivek. Nástrojem Select by atributes se vyberou plochy o určité hodnotě v sloupci landuse a HPS a exportují se jako 1A až 4D. Každému takovému souboru se přidá sloupec CN a dávkově vloží 1 stejná hodnota. Všechny tyto soubory byly poté spojeny nástrojem Merge, takže vznikla vyplněná mapa, kde každý polygon má nějakou hodnotu v sloupci CN. Výpočet retence a objemu přímého odtoku Nejdříve byly vytvořeny dva nové sloupce A (retence) a Ho (objem přímého odtoku).
Hodnota ve sloupci A se určí ze vzorce A=25.4*(1000/CN-10) a nadávkuje přes Field calculator. Hodnoty do sloupce Ho se přiřadí dle vzorce pro Ho. Ho=((69-0.2*A)*(69-0.2*A))/ (69+0.8*A)
Obr.č.6. Mapa Ho (přímého odtoku) vyjadřující hodnoty v mm. Tato mapa dále sloužila jako váhový rastr v nástroji Flow Accumulation.
5.5.2. Porovnání akumulovaného odtoku z povodí bez a s technickými protierozními opatřeními Flow Accumulation Nástroj, který umožňuje na základě DMT a Flow Direction rastru vytvořeného v předchozím kroku výpočet vrstvy představující akumulaci vody v území. Hodnota buňky vytvořeného rastru představuje počet buněk, ze kterých voda přitéká do této buňky. Princip tohoto a předchozího nástroje znázorňuje obrázek č.7.
Obr. č.7. Princip nástroje Flow Direction (kódy smrů odtoků) a Flow Accumulation (akumulovaný odtok)
5.5.2.1. Vliv navržených obdělávatelných průlehů na akumulovaný odtok
Vektorové soubory průlehů byly zpětně importovány do ArcGIS 9.2 jako prulehy_po_35m, prulehy_po_70m a prulehy_po_100m. Těmto liniím byla vytvořena buffrová zóna široká 6 metrů. Tyto polygony byly převedeny na rastr, kde buňky ležící uvnitř mají hodnotu 1 a mimo hodnotu 0. Takto upravené rastrové vrstvy bylo poté možné v nástroji rastr calculator sečíst s rastrovou vrstvou DMT. Výsledkem jsou tři rastrové vrstvy DMT (dmt35, dmt70 dmt100), kde u vrstvy dmt35 vedou na plochách erozní ohroženosti stupně 3 a 4 (ATE) ve vzdálenosti 35 metrů od sebe jednometrové vyvýšeniny různé délky představující průlehy. U dmt70 a dmt100 tyto jednometrové vyvýšeniny DMT vedou 70 a 100 metrů od sebe. Algoritmus akumulovaného odtoku počítá jednak s elevací DMT a se směry odtoků. Výsledkem experimentu by mělo být to, že akumulovaný odtok se na těchto jednometrových vyvýšeninách zastaví, popřípadě je obteče. Dalším předpokládaným výsledkem by měla být menší hodnota akumulovaného odtoku ve vrstvách s průlehy než ve vrstvě bez průlehů, nebo i rozdílná hodnota akumulovaného odtoku ve vrstvách s různě vzdálenými průlehy. Pro kontrolu akumulovaného odtoku jsem si určil dva body na hlavním toku v
místech soutoků s bočními přítoky. Hodnota akumulace v kontrolních bodech byla zjištěna nástrojem Identify v programu ArcGIS a příkazem r.what v programu GRASS.
Obr.č.8. Vizualizace situace nástrojem NVIZ(GRASS). Červeně jsou vyznačeny plochy erozní ohroženosti 3. a 4. stupně, bíle vedení průlehů vzdálených 100m, modře vektor toku jako výstup stream příkazu r.watershed(GRASS). Na DMT je položen rastr leteckého snímku. První žlutý bod ve směru proti proudu je Bod 1. Po proudu pak Bod 2. tab.č.8. DMT ArcGIS - bez průlehů (s Ho jako váženým rastrem) ArcGIS - S průlehy po 35 m (s Ho jako váženým rastrem) ArcGIS - S průlehy po 70 m (s Ho jako váženým rastrem) ArcGIS - S průlehy po 100 m (s Ho jako váženým rastrem) ArcGIS – bez průlehů (bez Ho jako váženého rastru) GRASS – bez průlehů (bez váženého rastru)
Akumulace vody v m^3 Bod 1 Bod 2 39899 147575 16420 97431 17430 101603 18772 105046 3674 5144 3621 5021
Z výsledků hodnot v obou kontrolních bodech (tab.č.7) lze vyčíst, že vyvýšením DMT o jeden metr v místě navržených zatravněných průlehů došlo k vsaku části akumulovaného odtoku. Dále ukázaly oba programy skoro stejné
výsledky akumulace. Je nutné mít napaměti, že akumulovaný odtok nezohledňuje dobu koncentrace vod. Lze na něm, ale efektivně demonstrovat účinek navržených protierozních opatření.
5.5.2.2. Problematika vlivu rozlišení rastrů DMT se začleněnými zasakovacími průlehy na akumulaci toku vody
Obr.č.9. Jde v obou sloupcích o detail akumulace toku vody na DMT se začleněnými průlehy vzdálenými 100 m. V horním řádku jsou zvětšené detaily ze spodního řádku. V levém sloupci vidíme akumulaci toku na DMT s rozlišením 5x5 m, v pravém sloupci akumulace toku na DMT s rozlišením 3x3 m. Šířka bufferů průlehů je 6 m a rozlišení 1m. V levém sloupci dochází k průtokům skrze průlehy, protože šířka průlehu je 6m a délka hrany pixelu rozlišení je 5m. V pravém sloupci k průtokům nedochází jelikož délka hrany pixelu rozlišení je 3m. Aby nedocházelo k protékání akumulovaného toku skrze pixely průlehů je nutné nastavit šířku průlehů nejméně
jako dvojnásobek délky hrany pixelu daného rozlišení.
Obr.č.10. Ukázka možnosti navrhování průlehů svádějících odtok do údolnic, při vedení průlehů šíkmo k vrstevnicím. Vlevo je příklad, kdy průleh ve tvaru písmene U tvoří vlastně bezodtokou depresy. Vpravo průlehy svádějí akumulovaný tok při mírném sklonu.
6. ZÁVĚR Jako nejpřesnější lze považovat ty výsledky nejvíce korespondující s plochou ATE, jelikož je to výstupní erozní plocha analýzy provedené nad DMT vzniklým interpolací v modulu Topo to Raster z výškopisných dat ZABAGED, který dosahuje třídy přesnosti ČSN 013410 (disertační práce ing. Martina Klimánka). Ukázalo se, že nejvíce si shodné plochy erozní ohroženosti v obou softwarech vycházejí z analýz provedených nad dmt vytvořeným spline interpolací a interpolací v modulu Topo to Raster, tedy porovnané plochy ATE s TELS (CAC=0,48) a ASE s SELS (CAC=0,50). Porovnání ploch ATE s TELS však není významné, protože software GIS GRASS interpolační nástroj Topo to rastr nenabízí. Při porovnání ploch ATE s SELS vychází CAC 0,46. CAC u ploch vzešlích z analíz nad dmt interpolovaným idw interpolací, tedy porovnání ploch AIE s IELS, vyšlo jen 0,28. Při porovnání souborů (TELS, TEWA s ATE), (SELS, SEWA s ASE) a (IELS, IEWA s AIE) se ukázaly jako přesnější soubory TELS, SELS a IELS tedy ty, u nichž se použilo faktoru LS podle vzorce, ne modulu r.watershed. Také se ukázalo, že plochy eroze vzešlé v GIS GRASS jsou vždy větší než ty vzešlé z ArcGIS, proto se hodnoty CAC nemohou více přiblížit číslu 1. Např. plocha SELS nepřekrývá plochu ASE jen na 39 ha z 150 ha a plocha SELS nepřekrývá plochu ATE jen na 37 ha z 137 ha. Větší plochy erozní ohroženosti vzešlé z analýz v GRASSu jsou dány zejména rozdílnou mapou faktoru L vstupujícího do rovnice RUSLE. Mapa L nabývá v nástroji r.flow (GRASS) větších hodnot než mapa L v nástroji Flow Lenght (ArcGIS). Jako nejvhodnější vzdálenost průlehů pro snížení erozní ohroženosti ze stupně 3 a 4 na stupeň 2 se jeví vzdálenost 30m. Doporučuji nastavit šířku průlehů nejméně jako dvojnásobek délky hrany pixelu daného rozlišení aby nedocházelo k protékání akumulovaného toku skrze pixely průlehů.
7. DISKUZE Velkou výhodou GRASSu nad ArcGISem je lepší správa atributové tabulky. Data mohou být uložena v databázových systémech (DBMS) podporující strukturovaný dotazovací jazyk (SQL). Nejen tvorba mapy CN tak byla daleko rychlejší v programu GRASS než ArcGIS. Velmi zdlouhavě jsme museli nástrojem Select by atributes vybírat plochy o určité hodnotě v sloupci HPS a landuse abychom jim pak mohli zdlouhavě přidávat sloupec CN a naplnit jej hodnotami a ještě je pak všechny spojit nástrojem Merge. Celý tento postup lze v GRASSu nahradit příkazem UPDATE na vložení hodnot do sloupce podle podmínky WHERE. GRASS nabízí podporu 3D vektorových dat a jejich vizualizaci nástrojem NVIZ, kde se dají pořídit kvalitní výstupy modelů terénu s připojenými vektorovými prvky. Velkou výhodou GRASSu je jeho dokumentace. Každý modul má svoji vlastní manuálovou stránku vysvětlující syntaxi, jednotlivé parametry či příklady použití. Grass má některé vlastnosti, kvůli kterým se může zdát ,,zaostalý'', například chybějící konzistentní GUI (grafické uživatelské prostředí) ve starších verzích, či interaktivní nástroje pro vizualizaci dat v GRASS monitoru. Celá práce v GRASSu byla provedena z prostředí příkazové řádky, což umožnilo autorovi práce si průběžně tvořit dokumentaci práce v textovém souboru. Potíže může začátečníkovi činit nejen práce v konzolovém prostředí GRASSu, ale zejména základy práce s operačním systémem GNU/Linux. Neznalost základů práce u většiny lidí s Linuxem lze považovat za ,,nevýhodu'' GRASSu v jeho rychlejším rozšíření mezi uživatele GIS. GRASS lze provozovat samozřejmě i pod operačním systémem MS Windows, ale mezi uživateli s touto zkušeností se mluví o mnoha problémech s funkčností jednotlivých modulů. GRASS na rozdíl od ArcGIS je volně dostupný a jeho licence zaručuje, že tomu bude i v budoucnosti. Lze tak výrazně snížit finanční nároky na pořízení GISu. Při použití softwaru GIS GRASS pro erozní analýzu doporučuji vycházet z dmt vzniklého spline interpolací. Studie ukazuje možnosti použití komerčního a freeware GIS pro implementování biotechnických úprav krajiny do erozní a hydrologické analýzy povodí. Smyslem práce bylo provést dvě naprosto totožné analýzy jednu v
komerčním programu ArcGIS 9.2, druhou v open source programu GRASS 6.4 a porovnat výsledky. Po realizaci těchto analýz jsem došel k závěru, že GRASS je plnohodnotná alternativa k programu ArcGIS.
8. SEZNAM TABULEK Tab. č. 1. Tabulka dovolené ztráty půdy (str.13) Tab. č. 2. Tabulka meteorologických hodnot pro klimatickou oblast MT 10 (str. 23) Tab. č. 3. Tabulka stupňů eroze (str. 34) Tab. č. 4. Tabulka CN křivek (str. 37) Tab. č. 5. Tabulka velikostí erozních ploch 3. a 4. stupně (str. 45) Tab. č. 6. Tabulka plošné korespondence ploch ATE, ASE a AIE se všemi výstupními plochami z GRASSu (str. 47) Tab. č. 7. Tabulka vyjadřující rozdíly v plošné korespondenci ploch ATE ASE a AIE a to s každou ze dvou variant výstupních erozních ploch z GRASSu (str. 47) Tab. č. 8. Tabulka Akumulace vody v kontrolních bodech (str. 53)
9. SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. č. 1. Klimadiagram pro obec Loštice (str. 23) Obr. č. 2. Mapa stupňů eroze (str.35) Obr. č. 3. Plošná korespondence dvou prvků (metoda CAC) (str. 45) Obr. č. 4. Porovnání výstupních erozních ploch z ArcGIS s plochami z GRASS o různých faktorech LS (str. 48) Obr. č. 5. Přehledka ploch erozní ohroženosti 3. a 4. stupně se zavedenými průlehy (str. 49) Obr. č. 6. Mapa Ho (str. 51) Obr. č. 7. Principy nástroje Flow direction (str.52) Obr. č. 8. Vizualizace situace nástrojem NVIZ (str. 53) Obr. č. 9. Problematika vlivu rozlišení rastrů DMT na Flow acumulation (str. 54) Obr. č. 10. Možnost navržení svodných průlehů (str. 55)
10. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] PODHRÁZSKÁ,J. – DUFKOVÁ J. :Protierozní ochrana půdy. Vydání první. Místo vydání: MZLU v Brně, 2005, 99s. ISBN 80-7157-856-8. [2] Územní plán Loštice, Pořizovatel: MeÚ Mohelnice, Zpracovatel: ing.arch.Petr Malý a kol., Křelov, únor 2009. [3] CULEK M., Biogeografické členění ČR, I.díl, Enigma, Praha 1996 [4] VLČEK V.,Zeměpisný lexikon ČSR, Vodní toky a nádrže, Academia Praha, červen 1971. [5] URL:
[6] JANEČEK, M. a kol.: Ochrana zemědělské půdy před erozí, Metodika ÚVTIZ č.5., Praha 1992. [7] KLIMÁNEK.. Geoinformační systémy návody ke cvičením v systému ArcGIS. Vydání první. Místo vydání:MZLU v Brně, 2008. 66 str. ISBN 978-80-7375-211-8 [8] Hanzlová M., Horák J., Halounová L., Židek D., Heller J.. Překryvné analýzy rastrových dat typu využití a pokryvu území. URL: [9] NOVÁK P.A KOL., Syntetická půdní mapa ČR, Kartografie, Praha 1991, 1:200000. [10] QUITT, E., 1975, Klimatické oblasti ČSR, Brno, Geografický ústav ČSAV Brno, 1:500 00. [11] URL: <www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/>
[12] URL:
11. SEZNAM PŘÍLOH Příloha č. 1. Mapa stupňů eroze v povodí
příloha č. 2. Mapa přímého odtoku
příloha č. 3. Mapa erozních ploch ASE s průlehy vzdálenými 100m
příloha č. 4. Ukázka řešených osevních postupů na pozemcích č.:1107/1 U zvolky
Plodiny osevního postupu:
měsíc % R
půda do klidu proso obd. C %R.C obd. C %R.C
obd.
oves C
%R.C
proso proso obd. C %R.C obd. C %R.C
IV.
0,5
5
0,25 0,125
1 0,65 0,325
2
0,70
0,350
1 0,65 0,325
1
0,65 0,325
V.
7,0
5
0,25 1,750
2 0,70 4,900
3
0,45
3,150
2 0,70 4,900
2
0,70 4,900
VI.
26,8
5
0,25 6,700
3 0,45 12,060
4
0,08
2,144
3 0,45 12,060
3
0,45 12,060
VII. 32,2
5
0,25 8,050
4 0,08 2,576
4
0,08
2,576
4 0,08 2,576
4
0,08 2,576
VIII. 31,1
5
0,25 7,775
4 0,08 2,488
5
0,25
7,775
4 0,08 2,488
4
0,08 2,488
IX.
2,0
5
0,25 0,500
5 0,25 0,500
5
0,25
0,500
5 0,25 0,500
5
0,25 0,500
X.
0,4
1
0,65 0,260
1 0,65 0,260
1
0,65
0,260
1 0,65 0,260
1
0,65 0,260
celoroční C
0,252
0,231
Průměrná hodnota C za celý osevní postup:=(
0,168
0,231 0,22
0,231
