STUDIE ODTOKOVÝCH POMĚRŮ A PROTIEROZNÍ OCHRANY v k.ú. Habrůvka
Listopad 2012
Zpracoval :
1
OBSAH : A. Textová část A. 1. Posouzení erozní ohroženosti ZPF A. 2. Posouzení odtokových poměrů B. Grafické přílohy : B. 1. Mapa erozní ohroženosti – stávající stav B 2. Mapa povrchového odtoku - stávající stav B. 3. Mapa navržených opatření C. Výpočtová část C.1. C.2. C.3. C.4.
Výpočet erozní ohroženosti Výpočet povrchového odtoku Posouzení příkopu ZP 1 Návrh propustků
A. TEXTOVÁ ČÁST
Účel a zdůvodnění akce Tato studie je zpracována jako podklad pro Územně plánovací dokumentaci obce Habrůvka, a případně pro návrh PSZ ( Plánu společných zařízení ) Komplexní pozemkové úpravy. Účelem studie je vytvoření celkové koncepce řešení protierozní a protipovodňové ochrany daného území. Výchozím bodem studie je zhodnocení stávajícího stavu erozní ohroženosti a odtokových poměrů v jednotlivých dílčích povodí, získání dostupných informací o současném stavu a výhledové koncepci uspořádání krajiny . Na základě zhodnocení stávajícího stavu jsou pak navržena doporučená opatření, vedoucí ke zlepšení odtokových poměrů v povodí , k ochraně obce před povodňovými průtoky a k ochraně ZPF před plošnou erozí půdy. Studie byla v souladu s platnými předpisy a metodickými návody , především : Metodika Ochrana zemědělské půdy před erozí (VUMOP Praha, M.Janeček a spol. 2007) Technický standart dokumentace PSZ ( aktualizace 1.5.2012) Studie je rozdělena na dvě části, které ale spolu úzce souvisí : Část I. Erozní ohrožení ZPF Část II. Odtokové poměry
2
ČÁST A.1. - POSOUZENÍ EROZNÍ OHROŽENOSTI ZPF Při posouzení míry ohroženosti pozemků je nutno vycházet především ze stavu hospodaření na zemědělské půdy na jednotlivých pozemcích, ale i z posouzení většího územního celku (týkající se zejména reliéfu terénu), kam řešené pozemky patří, tzn. celého povodí, příp. dílčího povodí. Vychází se z univerzální rovnice Wischmeier – Smith, která byla formulována za účelem zjištění dlouhodobé průměrné ztráty půdy vodní erozí na jednotlivých pozemcích. Pozemkem se v této souvislosti myslí plocha vymezená hydrologicky relevantními prvky (rozvodí, příkopy, vodní toky) s nepřerušenou dráhou povrchového odtoku. Vypočítaná ztráta se porovnává s hodnotami přípustné ztráty půdy. Toto srovnání dokáže upozornit na ty pozemky, u nichž dochází z dlouhodobého hlediska k větší ztrátě půdy než se dokáže na daném místě vytvořit přirozenými půdotvornými procesy, tedy ke ztrátě větší, než je přípustná. Rovnice má tvar: G = R . K . L . S . C . P kde G – ztráta půdy [t.ha-1rok-1] R – faktor erozní účinnosti deště [-] K – faktor náchylnosti půdy k erozi [-] L – faktor délky svahu [-] S – faktor sklonu svahu [-] C – faktor ochranného vlivu vegetace [-] P – faktor vlivu protierozních opatření [-] Dosazením odpovídajících hodnot faktorů řešeného pozemku do univerzální rovnice se určí dlouhodobá průměrná ztráta půdy vodní erozí z tohoto pozemku při uvažovaném způsobu jeho využívání. Porovnává se s přípustnou ztrátou půdy dle metodiky, toto porovnání slouží jako výchozí podklad pro návrh druhu protierozního opatření. Pro území našeho státu byly jednotlivé faktory rovnice upraveny a transportovány do jednotek SI. R – faktor erozní účinnosti deště je definován jako součin kinetické energie deště v třicetiminutové modelové srážkové události. Faktor se stanovuje na základě padesátiletého, dvacetiletého nebo patnáctiletého pozorování. Faktor erozní účinnosti srážek R závisí na četnosti výskytu srážek, jejich kinetické energii, intenzitě a úhrnu. Roční hodnota faktoru R se určuje z dlouhodobých záznamů o srážkách a představuje součet erozní účinnosti jednotlivých přívalových dešťů, které se v daném roce vyskytly. Dle metodiky Ochrana zemědělské půdy před erozí (VUMOP Praha, M.Janeček a spol, 2007) , byla na základě dlouhodobé řady pozorování určena průměrná roční hodnota faktoru R = 20 MJ.ha-1cm.h-1., platná pro celou ČR Tato hodnota byla brána do výpočtu. K – faktor erodovatelnosti půdy zahrnuje vlastnosti půdy ovlivňující infiltrační schopnost půdy a odolnost půdních agregátů proti rozrušujícímu účinku dopadajících kapek deště a transportu povrchově odtékající vodou. Faktor erodovatelnosti půdy resp. náchylnosti půdy k erozi je v univerzální rovnici definován jako odnos půdy ze standardního pozemku o délce 22,13 m (na svahu o sklonu 9 %), který je udržován jako kypřený černý úhor kultivací ve směru sklonu. Obecně se podle Wischmeiera, W. H. a Smithe, D. D. faktor K vyčísluje rovnicí či nomogramem. Pro posuzované území byly použity hodnoty K stanovené podle čísla BPEJ (druhá a třetí číslice v pětimístném kódu)
3
Hodnoty K-faktoru na řešeném území v k.ú. Habrůvka BPEJ K-faktor
5.27.01 0,34
5.37.16 0,16
5.45.11. 0,54
5.46.10 0,47
L – faktor délky svahu – intenzita eroze se zvyšuje s rostoucí délkou svahu, která je definována jako horizontální vzdálenost od místa vzniku povrchového odtoku k bodu, kde se sklon svahu snižuje natolik, že dochází k ukládání erodovaného materiálu, nebo se plošný odtok soustředí do odtokové dráhy. Hodnota faktoru L se stanoví ze vztahu : L = ( ld / 22,13 ) m kde ld = nepřerušená délka svahu ( m) m = exponent délky svahu vyjadřující náchylnost svahu k tvorbě rýžkové eroze (dle tab.1.4 Metodiky VUMOP 2007) S – faktor sklonu svahu – ztráta půdy se zvyšuje se vzrůstajícím sklonem svahu a to rychleji, než je tomu u faktoru délky svahu Hodnota faktoru délky svahu S se určuje pomocí vztahu (RENARD at.al 1997 : S = 10,8 sin s + 0,03 - pro sklon s < 9 % S = 16,8 sin s – 0,50 - pro sklon s ≥ 9 %,
kde s = sklon svahu (rad)
C – hodnoty faktoru vegetačního krytu a agrotechniky pro hlavní plodiny, představující poměr smyvu na pozemku s pěstovanými plodinami ke ztrátě půdy na kypřeném černém úhoru. Pro stanovení míry erozního ohrožení je uvažována průměrná hodnota vycházející z daného osevního postupu. Při určení hodnoty faktoru pro výpočet erozní ohroženosti je třeba vzít v úvahu nejen stávající osevní postup , ale i osevní postup pro běžné plodiny charakteristické pro danou oblast Pro vyhodnocení současného stavu využívání pozemků před navrhovaným řešením je možné použít orientačních průměrných ročních hodnot faktoru C s ohledem na dlouhodobou strukturu pěstovaných plodin vztažených ke klimatickým regionům BPEJ (zdroj Studie VUMOP 2009) : Klimatický region 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Hodnoty faktoru C orná půda zemědělská půda 0,291 0,307 0,278 0,286 0,266 0,264 0,254 0,243 0,241 0,221 0,229 0,199 0,216 0,178 0,204 0,156 0,192 0,135 0,179 0,113
. Pro výpočet byla brána hodnota průměrného faktoru C = 0,229.
4
P – faktor ochranných protierozních opatření je poměr ztráty půdy při použití protierozních opatření např. obdělávání po vrstevnicích, obdělávání v pruzích nebo terasování, ku ztrátě půdy při přímém obdělávání po spádnici. P-faktor – byl zvolen 1, tedy v řešeném území se nenachází žádná protierozní opatření. Přípustná mez eroze Eroze je ve své podstatě jev přirozený, ale zásahy člověka do krajiny, zejména pravidelným obděláváním půdy se začala zrychlovat a ohrožovat podstatu dalších lidských aktivit a děl. Proto bylo nutno stanovit tzv. přípustnou mez eroze danou intenzitou eroze. Při stanovení meze eroze se vychází z rovnováhy mezi tvorbou půdy a intenzitou eroze (ztráty) půdy tak, aby byla zachována její určitá hloubka. Hloubku půdního profilu určuje páté číslo v kódu BPEJ. Podle metodiky “Ochrana zemědělské půdy před erozí“ (Janeček, M. a kol., VÚMOP,v.v. 2007) se doporučuje v podmínkách naší republiky uvažovat přípustnou mez eroze následovně : .
Hloubka půdy mělká (do30cm) středně hluboká (3060cm) hluboká (nad 60cm)
Kód BPEJ (5. číslice kódu) 5,6
Přípustná ztráta půdy erozí
1,4,7
4
0,2,3
10
(t*ha-1*rok-1) *pozn.
*Pozn. Neměly by být využívány pro polní výrobu a doporučuje se jejich převedení do kategorie TTP, v dřívějších materiálech se udával přípustný smyv 1,0 t/ha/rok Půdní poměry charakterizují hlavní 4 HPJ, identifikovaných pro posouzení v zájmovém území. Jsou to hlavní půdní jednotky: 27, 37, 45 a 46 . Jejich územní diferenciace je dána zastoupením genetických půdních představitelů. HPJ 27-– Kambizemě modální eubazické až mezobazické na pískovcích, drobách, kulmu, brdském kambriu, flyši, zrnitostně lehké nebo středně těžké lehčí, s různou skeletovitostí, půdy HPJ 37 - Kambizemě litické, kambizemě modální, kambizemě rankerové a rankery modální na pevných substrátech bez rozlišení, v podorničí od 30 cm silně skeletovité nebo s pevnou horninou, slabě až středně skeletovité, v ornici středně těžké lehčí až lehké, převážně výsušné, závislé na srážkách HPJ 45 - Hnědozemě oglejené na svahových (polygenetických) hlínách, často s eolickou příměsí, středně těžké, bez skeletu až slabě skeletovité, se sklonem k dočasnému zamokření HPJ 46 - Hnědozemě luvické oglejené, luvizemě oglejené na svahových (polygenetických) hlínách, středně těžké, ve spodině těžší, bez skeletu až středně skeletovité, se sklonem k dočasnému zamokření
5
Hodnota přípustné smyvu půdy [t.ha-1.rok-1] dle BPEJ BPEJ Přípustný smyv
5.27.01 4,0
5.37.16 mělké
5.45.11. 4,0
5.46.10 10,0
6
Postup výpočtu je patrný z předešlé kapitoly .. Na řešeném k.ú. byly vybrány charakteristické odtokové linie (7 linií ) , které byly podle rovnice Wischmeier- Smith samostatně posuzovány na přípustnou mez eroze. Na základě zjištěné míry erozního smyvu byly analyzované pozemky zařazeny do stupňů erozního ohrožení a graficky zpracovány (viz mapová příloha) podle kriterií v následující tabulce. Stupně erozního ohrožení (SEO ) :
Mělké půdy (t/ha/rok)
Středně hluboké půdy (t/ha/rok)
Hluboké půdy (t/ha/rok)
limit 1
limit 4
limit 10
1
<1
<4
<10
2
1,1 - 2
4,1 - 8
10,1 - 20
3
2,1 - 3
8,1 - 12
20,1 - 30
4
>3
>12
>30
Stupně erozního ohrožení Ohrožení
Výsledky výpočtů jsou shrnuty do následujících tabulek : Vstupní hodnoty – výpočet erozního smyvu
Posuzovaná linie 1 2
délka svahu m 330 m 315 m
Sklon svahu % 6,2 % 5,8 %
3 4 5
270 m 300 m 310 m
6,9 % 5,2 % 6,7 %
6
370 m
7,7 %
7
605 m
7,5 %
BPEJ
5.27.01 5.37.16 5.27.01 5.27.01 5.46.10 5.27.01 5.45.11 5.45.11 5.37.16 5.45.11 5.37.16
Zastoupení na ploše % 100 % 30 % 70 % 100 % 100 % 30 % 70 % 70 % 30 % 20 % 80 %
Přípustný smyv t/ha/rok 4,0 Mělké půdy 4,0 4,0 10,0 4,0 4,0 4,0 Mělké půdy 4,0 Mělké půdy
7
Výstupní hodnoty – výpočet erozního smyvu linie
1 2 3 4 5 6 7
Příp. smyv
t//ha/ r 4 4 4 10 4 -
Délk a M
sklo n %
330 315 270 300 310 370 605
6,2 5,8 6,9 5,2 6,7 7,5 7,5
Hodnoty faktorů pro výpočet dle Wischmaier – Smith : R K L S C P prům
20,0 0,340 3,284 20,0 0,286 3,217 20,0 0,340 3,006 20,0 0,470 2,989 20,0 0,480 3,194 20,0 0,350 3,264 20,0 0,236 4,043
0,6981 0,6560 0,7741 0,5913 0,7520 0,8371 0,6765
0,229 0,229 0,229 0,229 0,229 0,229 0,229
1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Smyv
. SEO
t/ha/r ok 3,56 2,74 3,62 3,80 5,28 4,38 3,78
. 1 1 1 1 2 4 4
Tyto vypočtené hodnoty korespondují s mapou erozní ohroženosti, kterou VÚMOP Brno ( výzkumný ústav meliorací a ochrany půd) má orientačně zpracovanou pro celou ČR – viz následují obrázek : Ohroženost vodní erozí dle VÚMOP Brno :
Návrhový stav Jak je patrné z posouzení stávajícího stavu, je část území ohrožena vodní erozí. Bude tedy nutné navrhnout protierozní opatření organizačního, agrotechnického nebo technického charakteru a převážně doporučit změny v hospodaření, které omezí erozní smyv, sníží účinky povrchového odtoku a vyplavování látek z půdního profilu a současně zvýší retenční kapacitu území a úpravu vodního režimu v půdách. U linií, u kterých dochází k překročení přípustného smyvu půdy v t/ha/rok, je třeba navrhnout protierozní opatření která by snížila tyto hodnoty na požadovanou mez a rovněž vzít v úvahu i další navrhované prvky (nové uspořádání a doplnění cestní sítě, prvků ÚSES). Hlavním činitelem těchto prvků je rozdělení svahu, tedy zkrácení délky odtokové linie, což se projeví na snížení faktoru L.
8
Posuzované plochy orné půdy byly následně zařazeny do 5 kategorií osevních postupů , které se liší přípustnými hodnotami C faktoru. Tato hodnota musí být na ploše dodržena, aby nedošlo k překročení přípustného limitu smyvu půdy. Tyto plochy jsou vyznačeny v grafické části Kategorie osevních postupů I.
Přípustná hodnota faktoru C 0,005 -0,060
II.
0,060 - 0,145
III.
0,145 - 0,251
IV.
0,251- 0,500
V.
nad 0,500
Plodiny Střídání obilovin a pícnin, vyloučení širokořádkových plodin, zatravnění Pěstování pouze úzkořádkových plodin, vyloučení širokořádkových plodin Přípustné v menší míře i pěstování širokořádkových plodin Střídání úzkořádkových a širokořádkových Pěstování plodin bez omezení
Pozn. : detailní výpočet faktoru C pro jednotlivé plodiny do navržených osevních postupů je uveden v přílohové části výpočtu eroze.
Účinnost navržených opatření proti vodní erozi. vyjádřené hodnotou smyvu půdy linie Přípus Smyv C Max. Kat. Poznámka- opatření t. před přípus smyv osevního smyv návrh t po postupu em návrh u t//ha/r t//ha/r 1 4 3,56 0,257 I.až III. Osevní postup 3,56 2 4 2,74 0,331 I. až III. Osevní postup 2,74 3 4 3,62 0,252 I.až III. Osevní postup 3,62 4 10 3,80 0,601 I.- IV. Bez opatření 3,80 5 4 5,28 0,173 I.- II. Osevní postup 4,00 6 4,38 0,052 TTP (I.) Zatravnění – event.osevní postup 0,05 7 3,78 0,077 TTP (I) . Zatravnění – event.osevní postup 0,05 Závěrečné doporučení : na řešeném území se nachází pozemky , které jsou erozním smyvem jak mírně ( hluboké půdy ), tak i silně ( mělké půdy) ohrožovány . U půd středně ohrožovaných lze snížit erozní smyv na přípustnou hodnotu vhodným osevním postupem , spočívající především v omezení pěstování širokořádkových plodin . V případě, že na plochách budou pěstovány širokořádkové plodiny ( brambory, cukrovka, kukuřice , aj. ) musí být navržena vhodná půdoochranná opatření , vhodné pro danou plodinu. . Rovněž lze uvažovat i o dalších organizačních opatřeních , spočívající v protierozním rozmisťování plodin na svazích a pásovém střídání plodin, které patří k důležitým zásadám protierozní ochrany půdy. U půd mělkých, které se rovněž nachází na části území, především v jižní části, se doporučuje jejich převedení do TTP ( trvalých travních porostů) . V případě jejich ponechání jako orná půda jsou ovšem silná omezení pro pěstované plodiny, prakticky lze na nich kromě pěstování jetelovin a pícnin pěstovat pouze úzkořádkové obilniny s vhodnou agrotechnikou ( setí do strniště.)
9
ČÁST II.. POSOUZENÍ ODTOKOVÝCH POMĚRŮ V první fázi bylo řešené území rozděleno na jednotlivá dílčí povodí a bylo spočteno množství povrchových vod, a to jak kulminační průtok ( v m3/ses), tak i celkový objem odtoku z povodí ( v m3). Výpočet byl proveden podle metodiky Ochrana zemědělské půdy před erozí , Janeček a kol, VÚMOP 2007 : Výška přímého odtoku
H o:
H o = ( Hs - 0,2 A ) 2 / ( Hs + 0,8 A ) pro Hs kde
H o = výška přímý odtok ( mm) H S = úhrn návrhového deště ( mm) A = potenciální retence ( mm), vyjádřená pomocí čísel odtokových křivek (CN) A = 25,4 ( 1000/ CN - 10 )
Objem přímého odtoku q q kde
= 0,2 A
PH
PH :
= 1000 . P P .
Ho
(m3)
P P = plocha povodí ( km 2) H S = úhrn návrhového deště Q 100 p ( brán průměr pro nejbližší stanice Ivančice H S = 100,8 mm, a Brno- Pisárky , Květná H S = 83,6 mm, použitá hodnota H S = 92,2 mm )
Objem kulminačního průtoku Q QH = 0,00043 . q kde
Q PH
QH
:
. PP . H o . f ( m3 . s -1 )
q PH = objem přímého odtoku ( m 3 ) P P = plocha povodí ( km 2) H o = výška přímý odtok ( mm) F
= opravný součinitel pro rybníky a mokřady = 1,00
10
Stávající množství povrchových vod :
Označení Ploch povodí a ha
Sklon
Délka svahů
Půdy
CN
Hs
A
Ho
q
%
m
-
-
mm
mm
mm
m3. s-1
PH
Q
QH
m3
P1
17,2
6,2
330
B
78
106,7
71,6
52,1
2,79 8.961
P2
7,8
6,0
170
B
78
106,7
71,6
52,1
1,33 4.064
P3
5,6
6,7
200
B
78
106,7
71,6
52,1
0,96 2.918
P4
5,2
5,2
200
C
85
106,7
44,8
67,0
1,07 3.484
P5
19,0
7,5
350
B
78
106,7
71,6
52,1
3,13 9.899
P6
8,2
7,5
300
B,C
82
106,7
55,7
60,3
1,55 4.945
Z hlediska ohroženosti povrchovým odtokem se jeví jako nejvíce problematické povodí P 1, které se svažuje jihovýchodním směrem od vodojemu k zastavěné části obce podél komunikace Habrůvka - Křtiny . Stávající hodnota kulminačního průtoku byla spočtena na Q 100 = 2,79 m3. s-1, což je poměrně vysoká hodnota. Lze uvažovat s jejím mírným snížením o cca 20 -30 % vlivem plánované zástavby v obci, ale převážná část plochy povodí bude využívána i nadále jako orná, takže při přívalových deštích bude opětovně hrozit povodňová situace v dolní části
povodí u st. silnice Habrůvka – Křtiny . Je proto žádoucí tento povrchový odtok zachytit a usměrnit mimo zastavěnou část. Ostatní povodí se svažují mimo zastavěné území, nedochází k přímému ohrožení budov ani domů.Výjimkou je lokalita „U Cihelny“, která spadá do povodí P 2, a která je částečně ohrožována možnými přívaly při extremních srážkách, ale zde je již vybudován obvodový záchytný příkop. Povrchová voda se přirozenými trasami svého povrchového odtoku dostává do drobných vodotečí – převážně na k.ú. Křtiny, takže není třeba budovat další prvky ( příkopy, kanály) , které by urychlovaly povrchový odtok z krajiny . Závěrečné doporučení : jak je uvedeno v předchozím, je třeba navrhnou pod obcí ( povodí P 1) záchytný prvek, který by odváděl povrchovou vodu z území do vodoteče. Je navržen záchytný příkop ZP 1 délky cca 800 m, který povrchovou vodu zachytí a bude odvádět jižním směrek ke státní silnici Habrůvka- Křtiny a bude zaústěn do drobné vodoteče, která je přítokem Křtinského potoka. V trase příkopu budou vybudovány min. 2 trubní propustky DN 800 , jeden v místě křížení se st. komunikací Habrůvky – Křtiny, druhý nad ním, v místě křížení se stávající polní cestou vedoucí k lokalitě „U cihelny“. Tento příkop bude mít i další funkce .Jako prvek přerušující délku svahu bude mít i funkci protierozní , dojde ke snížení erozního smyvu na ploše orné půdy pod obcí . Rovněž do něho mohou být svedeny i povrchové vody ze zpevněných ploch nově uvažované výstavby , nedojde tak k dalšímu zatěžování stávající kanalizace, která má omezenou kapacitu a odvádí vodu přes obec s vyústěním v oblasti CHKO. Návrhové parametry příkopu vychází z podkladů, kromě kulminačního průtoku Q 100 , jde především o podélný sklon v trase . Ten se pohybuje v rozmezí 0,5 % těsně pod obcí, až po max. sklon cca 7 % v místech nad st. silnicí . Návrhová šířka v minimálním sklonu je 3,5 m ( při šířce dna 1,0, hloubce 1,25 m a sklonech svahů 1: 1) , v místech s vyšším sklonem, kde je rychlost vody vyšší, postačí hloubka příkopu 0,75 m, a tedy šířka v koruně bude menší – asi 2,5 m. Vyšší rychlost vody ale bude mít za následek vyšší vymílací sílu v korytě, proto v úseky s vyšším spádem bude nutno uvažovat se odolnějším zpevněním , tedy např.
11
pohozem štěrku, či kameniv, event. melioračními betonovými tvárnicemi. V místech s nižším podélným sklonem postačí vegetační zpevnění – ohumusování a osetí. Z důvodů omezení splachů se doporučuje podél příkopu (na straně přítoku povrchové vody ze svahu) ponechat zatravněný pás šířky minimálně 5 - 10 m, který omezí přísun splavenin do příkopu , což bude důležité při projednání se správcem toku do kterého je příkop zaústěn. Navíc tento zatravněný pás může sloužit jako dočasný přístup k příkopu např. při jeho údržbě, případně může být místy krajinnou zelení . Navržená opatření je třeba projednat jak s vlastníky pozemků a uživateli, aby byla průchodná pro realizaci, kromě účinků proti přívalový vodám je třeba vzít i na vědomí jejich účinky na ochranu ZPF a ekologickou stabilitu území. Definitivní rozsah opatření pak výškopisném zaměření.
Listopad 2012
mohou být upřesněny v další fázi ( PD, PSZ KPÚ )
Vypracoval : Ing. Vysoudil
12
