SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA

FAKULTA ZÁHRADNÍCTVA A KRAJINNÉHO

INŽINIERSTVAEvidenčné číslo

NÁZOV FAKULTYNÁZOV VYSOKEJ ŠKOLY

MODELOVANIE VETERNEJ ERÓZIE

V KATASTRÁLNYCH ÚZEMIACH ŠAĽA A KRÁĽOVÁ

NAD VÁHOM

2010 Ing. Lenka Grešová

SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA

FAKULTA ZÁHRADNÍCTVA A KRAJINNÉHO

INŽINIERSTVA

MODELOVANIE VETERNEJ ERÓZIE

V KATASTRÁLNYCH ÚZEMIACH ŠAĽA A KRÁĽOVÁ

NAD VÁHOM

Dizertačná práca

Študijný program: Krajinné inžinierstvo

Študijný odbor: 6.1.11. Krajinárstvo

Školiace pracovisko:Katedra krajinného plánovania a pozemkových

úprav

Školiteľ: prof. Ing. Jozef Streďanský DrSc.

Nitra 2010 Ing. Lenka Grešová

Čestné vyhlásenie

Podpísaná Lenka Grešová vyhlasujem, že som záverečnú prácu na tému „Modelovanie

veternej erózie v katastrálnych územiach Šaľa a Kráľová nad Váhom“ vypracovala

samostatne s použitím uvedenej literatúry.

Som si vedomá zákonných dôsledkov v prípade, ak uvedené údaje nie sú pravdivé.

V Nitre 12. júna 2010

Lenka Grešová

Poďakovanie

Touto cestou vyslovujem poďakovanie v prvom rade vedúcemu dizertačnej práce prof.

Ing. Jozefovi Streďanskému DrSc. za veľmi cenné rady, odborné vedenie a

pripomienky pri vypracovávaní tejto práce.

Ďakujem tiež Ing. Karolovi Šinkovi PhD. za konzultácie a pomoc pri

vypracovávaní grafických podkladov. Za pomoc ďakujem aj Larry E. Wagnerovi,

poľnohospodárskemu inžinierovi ministerstva poľnohospodárstva USA, vedúcemu

skupiny pracujúcej na programe WEPS, za významnú pomoc pri spustení programu pre

podmienky Slovenska.

Abstrakt

Veterná erózia je vážnym problémom na poľnohospodárskej pôde rovnako na

Slovensku ako aj všade na svete. Schopnosť presne predvídať stratu pôdy vetrom je

dôležité najmä z hľadiska plánovania ochrany krajiny, zásob prírodných zdrojov

a redukcie znečistenia vzduchu z veterných zdrojov. Veľká časť výskumov začala

tvorbou empirických modelov a rovníc (napr. univerzálna rovnica veternej erózie -

UWEQ, rovnica veternej erózie - WEQ). Kombinácia všetkých vstupných parametrov

do procesu veternej erózie je základom modelu pre riešenie problémov veternej erózie.

V súčasnosti je snahou nahradiť základnú rovnicu pre hodnotenie intenzity veternej

erózie modelmi na vyššej technickej ako aj vedeckej úrovni. Geografické informačné

systémy ako nástroj na tvorbu máp a mapových kalkulácií sa v súčasnosti radia na

popredné miesto a prostredníctvom tohto nástroja rovnica veternej erózie nadobudla

nový rozmer v hodnotení odnosov vetra, ktoré sa dajú identifikovať pre konkrétny

pôdny celok v celom riešenom území, čo má obrovský význam pri ochrannom

plánovaní krajiny. Doteraz nebola vyvinutá žiadna presná metóda na meranie veternej

erózie, ale USDA vytvorila tím ľudí, ktorí pracujú na vývoji nových poznatkov vo vede

a technológiách na predvídanie veternej erózie. Systém na prognózu veternej erózie

(WEPS 1.0) zahŕňa tieto technológie a bol navrhnutý ako náhrada rovnice veternej

erózie (WEQ). WEPS 1.0 bol vytvorený na využívanie v amerických podmienkach, ale

za určitých podmienok s vhodnými dátovými vstupmi je využiteľný aj v podmienkach

mimo USA. Systém prognózy veternej erózie počíta pôdne straty vetrom podľa

simulovaných pôdnych a meteorologických podmienok (Wagner, 1997). Výstupy

z týchto simulácií sú využiteľné pre zhodnotenie mimo miestnych dopadov erózie ako

aj pri návrhoch ochranných opatrení na dotknutých miestach. Veterná erózia sa na

Slovensku vyskytuje v jarných a jesenných mesiacoch , preto sme zvážili aj využitie

modelu, ktorý simuluje jednodňový jav veternej erózie – program SWEEP ako ďalší

nástroj vhodný na modelovanie prejavov veternej erózie. Na príklade dvoch

katastrálnych území Šaľa a Kráľová nad Váhom sme testovali spomínané tri spôsoby

modelovania veternej erózie a porovnali dosiahnuté výsledky zízkané z troch modelov

a navrhli ochranné riešenia, ktoré zmierňujú dopady veternej erózie v riešených

územiach.

Abstract

Wind erosion is serious problem on agricultural soil in Slovakia as well as through the

world. The ability to accurately predict soil loss by wind is important for conservation

planning, natural resource inventories, and reducing air pollution from windblown

sources. Bigger part of all beginning researches has started with creating empirical

models and equations (e.g. Universal Soil Loss Equation, Wind Erosion Equation). The

combination of all input parameters to wind erosion process is the basis for wind

erosion model. Nowadays is the recurrence of replacing the basis of evaluation wind

erosion intensity with the methods in higher level. Geographical information systems

belong to higher level methods through which the imprecise calculations of soil loss

according WEQ could be accurate by defining the places with wind erosion occurred

and by the analyses of conservation planning. No precise method of measuring wind

erosion has been developed yet, but the USDA appointed a team of scientists to take a

leading role in combining the latest in wind erosion science and technology with

databases and computers, to develop what should be a significant advancement in wind

erosion prediction technology. The Wind Erosion Prediction System (WEPS)

incorporates this new technology and is designed to be a replacement for WEQ (Wind

Erosion Equation). WEPS 1.0 is designed to be used under a wide range of conditions in

the United States but it is under certain conditions with proper inputs adaptable to other

parts of the world. The wind erosion prediction system is designed to simulate soil loss

by wind from cultivated fields by simulating weather and field conditions (Wagner,

1997). Outputs are useful for evaluating off-site impacts in any given direction from the

eroding field. Wind erosion in Slovakia occurs only a few times a year mainly in the

spring and autumn months that is why we have considered using a model that simulates

a single-day storm event model SWEEP as another higher method tool for wind erosion

modeling. In the two cadastral areas of Šaľa and Kráľová nad Váhom we tested three

mentioned ways of wind erosion modeling and compared achieved results from three

models and suggested conservation planning solutions, which reduce the negative

impacts of wind erosion in the cadastral areas.

Obsah

Obsah 6Zoznam ilustrácií 9Zoznam tabuliek 13Zoznam skratiek a značiek 14Úvod 151 Súčasný stav riešenej problematiky 18

1.1 Poľnohospodárska pôda a jej ochrana 181.2 Erózia poľnohospodárskej pôdy 19

1.2.1 Veterná erózia 191.2.1.1 Vietor - erózny činiteľ 221.2.1.2 Vznik a proces veternej erózie 24

1.2.1.2.1 Uvedenie pôdnych častíc do pohybu 241.2.1.2.2 Pohyb pôdnych častíc 251.2.1.2.3 Ukladanie pôdnych častíc 27

1.2.1.3 Faktory ovplyvňujúce vznik veternej erózie 281.2.1.3.1 Klimatické faktory 291.2.1.3.2 Pôdne pomery 301.2.1.3.3 Územné pomery 311.2.1.3.4 Vegetačné pomery 321.2.1.3.5 Činnosť človeka 37

1.2.1.4 Stav veternej erózie na Slovensku a vo svete 371.2.1.5 História modelovania veternej erózie 40

1.2.1.5.1 Rovnica veternej erózie WEQ 411.2.1.5.2 Upravená rovnica veternej erózie RWEQ 43

1.2.1.6 Nové smery v oblasti výskumov veternej erózie 441.2.1.7 Medzinárodné modely pre určenie intenzity

veternej erózie 451.2.1.7.1 WEPS - Systém prognózy veternej erózie 461.2.1.7.2 EPIC - Výpočet dopadov erózie 471.2.1.7.3 WESS - Stochastický simulátor veternej

erózie 471.2.1.7.4 TEAM - Texaský model na analýzu

veternej erózie 48

1.2.1.7.5 AUSLEM - Austrálsky model na analýzu

veternej erózie 491.2.1.7.6 DUSTRAN - Model transportu

prachových častíc 501.2.1.7.7 GIS - Geografické informačné systémy 501.2.1.7.8 Hárok excelu pre rovnicu veternej erózie 51

1.2.1.8 Výber modelu pre stanovenie veternej erózie 522 Cieľ práce 543 Materiál a metódy 55

3.1 Vymedzenie záujmového územia 553.2 Charakteristika prírodných pomerov 56

3.2.1 Pôdne pomery 563.2.2 Klimatické pomery 59

3.3 Súčasná organizácia pôdneho fondu 613.3.1 Poľnohospodárstvo 623.3.2 Lesné hospodárstvo 64

3.4 Podkladové materiály 643.5 Metodický postup riešenia práce 653.6 Systém prognózy veternej erózie (WEPS) 66

3.6.1 Geometria vo WEPS 1.0 673.6.2 Implementácia modelu WEPS 1.0 683.6.3 Využitie modelu WEPS 1.0 693.6.4 Analýza užívateľského rozhrania 71

3.7 Program na vyhodnotenie erózneho javu (SWEEP) 723.7.1 Submodel erózie 73

3.8 Rovnica veternej erózie (ArcView 3.2, ArcGIS 9.3) 773.8.1 Klimatický faktor "C" 77

3.8.1.1 Výpočet dynamickej rýchlosti 783.8.2 Faktor erodovateľnosti pôd "I" 843.8.3 Faktor drsnosti pôdy "K" 863.8.4 Faktor nechránenej dĺžky "L" 903.8.5 Vegetačný faktor "V" 923.8.6 Výpočet veternej erózie podľa "CP" 943.8.7 Výpočet veternej erózie podľa "Skidmore" 95

4 Výsledky 964.1 WEPS 1.0 97

4.1.1 Klimatické dáta 974.1.2 Submodel hydrológia 1004.1.3 Submodel hospodárenia 1024.1.4 Submodel pôdnych charakteristík 104

4.1.4.1 Priestorový režim pôdy 1044.1.4.1.1 Parametre pôdy potrebné pre vstup do

WEPS 1.0 1054.1.5 Submodel rozkladu rastlinných zvyškov 1084.1.6 Výstupy z WEPS 1.0 108

4.1.6.1 Simulácia 1 1094.1.6.2 Simulácia 2 1104.1.6.3 Simulácia 3 1104.1.6.4 Simulácia 4 112

4.1.7 Záver pre WEPS 1.0 1134.2 SWEEP 114

4.2.1 Simulácia 1 1144.2.2 Grafické vyjadrenie straty pôdy vplyvom vetrolamov 1184.2.3 Záver pre SWEEP 122

4.3 GIS 1234.3.1 Porovnanie metodík Skidmore (1986) a "CP" (1993) 123

4.4 Návrh siete vetrolamov 1284.4.1 Porovnanie súčasného stavu s návrhovým riešením 129

5 Diskusia 1376 Záver 1407 Zoznam použitej literatúry 1428 Prílohy 147

Zoznam ilustrácií

Obr. 1 Vplyv pôdneho povrchu na veterný profil 22Obr. 2 Vplyv povrchu pokrytého vegetáciou na veterný profil 22Obr. 3 Prevládajúci smer vetra 23Obr. 4 Zmena rýchlosti vetra s výškou nad povrchom pôdy 25Obr. 5 Typy pohybu pôdnych častíc v závislosti od ich veľkosti 25Obr. 6 Pohyb častíc vo forme suspenzie a jeho dopad na ŽP človeka 26

Pohyb častíc vo forme saltácie a jeho dopady na vegetáciu 27Obr. 8 Pohyb častíc gúľaním po povrchu a jeho dopady na krajinu 27Obr. 9 Vplyv bariéry na rýchlosť vetra 33Obr. 10 Vplyv bariéry na dĺžku pôdneho celku 33Obr. 11 Rôzne druhy vetrolamov v krajine 34Obr. 12 Príklady zakomponovania vegetačných pásov v krajine 35Obr. 13 Bylinné veterné bariéry v krajine 35Obr. 14 Trvalé trávné bariéry 36Obr. 15 Jednoročné plodiny s funkciou bylinných veterných bariér 36Obr. 16 Umelé bariéry 36Obr. 17 Potenciálna ohrozenosť poľnohospodárskych pôd SR VE 38Obr. 18 Mapa celosvetového rozsahu veternej erózie 39Obr. 19 Odhad priemernej pôdnej straty podľa RWEQ 44Obr. 20 WEPS 1.0 46Obr. 21 WESS krivky vs. získané odhady veternej erózie 48Obr. 22 Simulácie zmien vegetačnej pokrývky na intenzitu VE 49Obr. 23 Účinok vetrolamov na pohyb pôdy 49Obr. 24 AUSLEM vývojové procesy, vstupy, konfigurácie a výstupy 50Obr. 25 Hárok Excel pre WEQ 52Obr. 26 Priemerné mesačné teploty vzduchu 59Obr. 27 Priemerný mesačný úhrn atmosférických zrážok 60Obr. 28 Priemerná rýchlosť vetra pre jednotlivé smery vetra 60Obr. 29 Priemerná relatívna početnosť smerov vetra 61Obr. 30 Grafické znázornenie štruktúry pôdneho fondu 62

10

Obr. 31 Grafické znázornenie ochrany pôdy jednotlivými plodinami 64Obr. 32 Popis geometrie vo WEPS 1.0 67Obr. 33 Štruktúra modelu WEPS 68Obr. 34 Užívateľské rozhranie programu WEPS 1.0 70Obr. 35 Panel „bariéry“ 71Obr. 36 Schematická konfigurácia simulovanej oblasti 73Obr. 37 Parametre popisujúce pôdne podmienky na povrchu pôdy

vstupujúce do erózneho submodelu 74Obr. 38 Dynamická rýchlosť nad stojacou vegetáciou, ktorá je

redukovaná o dynamickú rýchlosť pod stojacou vegetáciou 74Obr. 39 Procesy simulované submodelom veternej erózie na holom

povrchu v jednotlivých rastrových bunkách 75Obr. 40 Priebeh rozptylu pôdnych častíc v smere prúdenia vzduchu 76Obr. 41 Priemerná rýchlosť vetra pre jednotlivé mesiace 78Obr. 42 Schéma modelu GIS 79Obr. 43 Profil rýchlosti vetra vzhľadom na prítomnú bariéru 82Obr. 44 Súčtová čiara 86Obr. 45 Krivka závislosti pravidelnej drsnosti od faktora drsnosti K 87Obr. 46 Ukážky zistenej náhodnej drsnosti v sledovanom území 88Obr. 47 Vyjadrenie závislosti K faktora od nepravidelnej drsnosti

v závislosti od faktora I 89Obr. 48 Ukážka spôsobu merania pomocou rolovacej reťaze 90Obr. 49 Pohľad na vertikálny profil pôdy v programe WEPS 1.0 104Obr. 50 Ukážka „*ifc“ súboru 107Obr. 51 Odnos pôdy pre jednotlivé BPEJ podľa WEPS 1.0 109Obr. 52 Pôdna strata vetrom v rokoch 2004-2008 (osevný postup 1) 112Obr. 53 Pôdna strata vetrom v rokoch 2004-2008 (osevný postup 2) 113Obr. 54 Rýchlosť vetra v hodinových intervaloch počas dňa simulácie 115Obr. 55 Celková strata pôdy 115Obr. 56 Strata pôdy saltáciou a gúľaním častíc po povrchu 116Obr. 57 Strata pôdy suspenziou 116Obr. 58 Strata pôdy časticami PM-10 117Obr. 59 Dynamická rýchlosť 117Obr. 60 Kritická rýchlosť transportnej dynamickej rýchlosti 117

11

Obr. 61 Celková strata pôdy vplyvom prítomnej bariéry 118Obr. 62 Strata pôdy saltáciou a gúľaním častíc po povrchu 118Obr. 63 Strata pôdy suspenziou 119Obr. 64 Strata pôdy časticami PM-10 119Obr. 65 Kritická rýchlosť transportnej dynamickej rýchlosti 119Obr. 66 Dynamická rýchlosť 119Obr. 67 Celková strata pôdy 120Obr. 68 Strata pôdy saltáciou a gúľaním častíc po povrchu 121Obr. 69 Strata pôdy suspenziou 121Obr. 70 Strata pôdy časticami PM-10 121Obr. 71 Kritická rýchlosť transportnej dynamickej rýchlosti 122Obr. 72 Dynamická rýchlosť 122Obr. 73 Zastúpenie jednotlivých plodín v OP 2005 124Obr. 74 Zastúpenie jednotlivých plodín v OP (2008) 124Obr. 75 Priemerný odnos pôdy vetrom podľa "CP" 125Obr. 76 Priemerný odnos pôdy vetrom podľa Skidmore 125Obr. 77 Zastúpenie stupňov ohrozenia podľa „CP“ 126Obr. 78 Zastúpenie stupňov ohrozenia podľa Skidmore 126Obr. 79 Priemerný odnos cetrom podľa „CP“ 126Obr. 80 Priemerný odnos vetrom podľa Skidmore 127Obr. 81 Zastúpenie stupňov ohrozenia podľa Skidmore 127Obr. 82 Porovnanie odnosu pôdy v období 2005-2008 podľa „CP“ 128Obr. 83 Porovnanie odnosu pôdy v období 2005-2008 podľa Skidmore 128Obr. 84 Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa „CP“, I. var. 130Obr. 85 Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa „CP“, II. var. 130Obr. 86 Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa „CP“, var. p. 131Obr. 87 Zastúpenie stupňov ohrozenia pred a po návrhu podľa „CP“ 131Obr. 88 Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa S, I. var. 132Obr. 89 Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa S, II. var. 132Obr. 90 Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa S, var. p. 133Obr. 91 Stupeň ohrozenia pôd - návrh (Skidmore, 1986) 133Obr. 92 Detail nechánenej dĺžky v území podľa "CP" pred návrhom 134Obr. 93 Detail nechánenej dĺžky v území podľa "CP" po návrhu 134

12

Obr. 94 Detail nechánenej dĺžky v území podľa Skidmore pred návrhom 134Obr. 95 Detail nechránenej dĺžky v území podľa Skidmore po návrhu 134Obr. 96 Detail rýchlosti vetra podľa "CP" 135Obr. 97 Detail rýchlosti vetra podľa Skidmore 135Obr. 98 Detail erózneho odnosu pôdy pred návrhom „CP“ 135Obr. 99 Detail erózneho odnosu pôdy po návrhu „CP“ 135Obr. 100 Detail nechánenej dĺžky podľa Skidmore – pôdovný stav 136Obr. 101 Detail nechánenej dĺžky podľa Skidmore - návrh 136

13

Zoznam tabuliek

Tab. 1 Určenie charakteru erózie 21

Tab. 2 Rozdelenie veternej erózie na základe hodnotenia 21

v rôznych jednotkách odnosu

Tab. 3 Limitná hodnota odnosu pôdy pri veternej erózii

(Zákon č. 220/2004 Z.z.) 38

Tab. 4 Limitná hodnota odnosu pôdy pri veternej erózii

(STN 75 4501) 38

Tab. 5 Celosvetová degradácia pôdy veternou eróziou 39

Tab. 6 Charakteristika HPJ 56

Tab. 7 Zastúpenie bonitovaných pôdno-ekologických jednotiek na ornej

pôde v riešených katastrálnych územiach so stupňom ohrozenia

veternou eróziou 57

Tab. 8 Štruktúra pôdneho fondu v riešených katastrálnych územiach Šaľa a

Kráľová nad Váhom 61

Tab. 9 Podiel pestovania jednotlivých plodín v riešenom území 63

Tab. 10 Hodnoty parametra dynamickej drsnosti porastov z0 v období

mesiaca máj 80

Tab. 11 Hodnoty parametra z0 holého povrchu 81

Tab. 12 Výška jednotlivých plodín v jarnom období (máj) 83

Tab. 13 Vstupné dáta – úhrn zrážok (mm), teplota (°C), pre výpočet

klimatického faktora C 84

Tab. 14 Faktor erodovateľnosti I 85

Tab. 15 Hodnoty I faktora v závislosti od pôdneho druhu 85

Tab. 16 Hmotnosť sušiny pre jednotlivé plodiny 93

Tab. 17 Hodnoty V faktora pre jednotlivé plodiny 93

Tab. 18 Ukážka výstupu súboru „*.cli“ 98

Tab. 19 Ukážka výstupu súboru „*.win“ 99

14

Tab. 20 Vstupné dáta charakteristík pôdnych vrstiev 114

Tab. 21 Navrhované dreviny pre sieť vetrolamov 128

15

Zoznam skratiek a značiek

WEPS Systém prognózy veternej erózie

FAO Organizácia pre výživu a poľnohospodárstvo

BPEJ Bonitovaná pôdno-ekologická jednotka

HPJ Hlavná pôdna jednotka

USDA Americké ministerstvo poľnohospodárstva

ARS Americký poľnohospodársky výskumný ústav

ŽP Životné prostredie

WEQ Rovnica veternej erózie

RWEQ Revidovaná rovnica veternej erózie

SCS Úrad pre ochranu pôdy

WESS Stochastický simulátor veternej erózie

EPIC Kalkulátor dopadov erózie na produkčnú schopnosť pôd

TEAM Texaský model na analýzu veternej erózie

AUSLEM Austrálsky model erodibility

DUSTRAN Model transportu prachových častíc

GIS Geografické informačné systémy

SHMÚ Slovenský hydrometeorologický ústav

VÚPOP Výskumný ústav pôdoznalectva a ochrany pôdy

PM-10 Častice s priemerom menším ako 10 mikrometrov

KPP Komplexný prieskum pôd

JJ Jačmeň jarný (Hordeum vulgare)

KS Kukurica siata (Zea mays)

SR Slnečnica ročná (Helianthus annuus)

PL f.o. Pšenica letná f. ozimná (Triticum aestivum)

RC Repa cukrová (Beta vulgaris var altissima)

TM Trávne miešanky

LS Lucerna siata (Medicago sativa)

SF Sója fazuľová (Glycine max)

OP Orná pôda

16

Úvod

Veterná erózia je podľa FAO jedným zo šiestich hlavných spôsobov degradácie

pôdy. Veterná erózia postihuje 550 miliónov hektárov pôdy na celom svete. Odstraňuje

a premiestňuje približne 25,4 biliónov ton pôdneho povrchu. Na Slovensku postihuje

veterná erózia približne 150 tis. ha pôdy, čo predstavuje 6,2 % z celkovej výmery

pôdneho fondu. Podstata veternej erózie (eolickej) spočíva v rozrušovaní pôdneho

povrchu mechanickou silou vetra (abrázia), v premiestňovaní a odnášaní pôdnych častíc

(agregátov) vetrom (deflácia) a v ich ukladaní na inom mieste (akumulácia). Veterná

erózia je fyzikálny jav a je priamo ovplyvňovaná fyzikálnymi vlastnosťami pôdy,

kinetickou energiou a mnohými ďalšími faktormi. Schopnosť presne predvídať stratu

pôdy vetrom je dôležité najmä z hľadiska plánovania ochrany krajiny, zásob prírodných

zdrojov a redukcie znečistenia vzduchu z veterných zdrojov. Aby sa dalo predchádzať

resp. zamedzovať škodám, ktoré sú spôsobené veternou eróziou, je nutné poznať

ohrozenosť poľnohospodárskych pôd veternou eróziou. Priame merania v teréne sú

časovo a finančne veľmi náročné, a vzhľadom na povahu javu, akým je veterná erózia,

aj ťažko technicky zvládnuteľné. Poľné a laboratórne výskumy začali vo svete už okolo

roku 1930, aby identifikovali faktory, ktoré dokážu kontrolovať alebo urýchľovať

veternú eróziu. Kombinácia faktorov podieľajúcich sa na veternej erózii je základom

pre model veternej erózie. Pokrokové technológie na výskum veternej erózie pôdy sú

a boli vyvinuté predovšetkým v Spojených Štátoch Amerických. Veľká časť

počiatočných výskumov v tejto oblasti začala zostavením empirických rovníc

a modelov (napríklad univerzálna rovnica pôdnych strát -UWEQ, rovnica veternej

erózie - WEQ). V súčasnej dobe je ale snaha empirický základ hodnotenia intenzity

eróznych procesov nahradiť kvalitatívne vyššími metódami. Je to dané predovšetkým

súčasnou úrovňou poznatkov v oboroch, ktoré skúmajú vzťahy spôsobujúce eróziu,

rozvojom výpočtovej techniky, ale taktiež zmenou v prioritách protieróznej ochrany,

kedy je treba posudzovať eróziu nielen vo vzťahu k ochrane pôdy, ale aj k ostatným

ekologickým dopadom. V posledných 20-tich rokoch, v období počas technologicko –

počítačového rozmachu aj erózne modelovanie zaznamenalo obrovský pokrok v nových

technológiách a dostalo sa do bodu, v ktorom je v súčasnosti možné spojiť fyzikálne

poznatky s počítačovými simulačnými modelmi a vytvoriť tak integrovaný systém

prognózy veternej erózie. Pôsobenie veternej erózie na rozdiel od vodnej je nestále

a pomalé, preto sú škody spôsobované odnosom v niektorých prípadoch ťažko

17

pozorovateľné. Evidentné sú len pri nárazových väčších účinkoch, kedy sú výrazne

poškodzované pestované rastliny. Vznikajú preto simulačné modely eróznych procesov,

ktoré riešia erózne javy na základe fyzikálnych popisov jednotlivých procesov. Vo svete

bolo vyvinutých niekoľko modelov na výpočet a stanovenie odnosu pôdy vetrom.

V posledných dekádach, vedci USDA-ARS vynakladajú nepretržitú snahu vyvinúť

model predikcie veternej erózie v poľnohospodárskom kontexte. Mnoho z ich modelov

sa v tejto otázke už v minulosti dostalo do popredia nevynímajúc rovnicu veternej

erózie (WEQ), revidovanú rovnicu veternej erózie (RWEQ), stochastický simulátor

veternej erózie (WESS) a systém prognózy veternej erózie (WEPS). Geografické

informačné systémy patria medzi kvalitatívne vyššie metódy, prostredníctvom ktorých

sa aj pôvodne nepresné výpočty straty pôdy pomocou rovnice WEQ dajú výrazne

spresniť nielen priestorovou lokalizáciou miest s vyskytujúcou sa eróziou, ale aj

analýzou navrhovaných opatrení. Počítačový model bezchybne spracováva množstvo

informácií a logické dôsledky predpokladov. Aby však platnosť zostaveného

počítačového modelu nebola len otázkou viery užívateľa, musí byť dostatočne

zdokumentovaný, jednoduchý, nie zložitý ako modelovaný systém a musí mať jasný

účel. Kvalita modelu je závislá na kvalite vstupných informácií a musí zjednodušiť

realitu do pochopiteľnej formy. Pri výbere simulačného modelu sa musí prihliadať na

cieľ výskumu, dáta, ktoré máme k dispozícii a na veľkosť skúmaného regiónu. Pre

charakteristiku vybranej lokality vo vzťahu k eróznemu ohrozeniu, je dôležité

predovšetkým porovnanie alebo zistenie rozdielov medzi rôznymi lokalitami,

prinajmenšom exaktným odhadom skutočného odnosu pôdy. USDA- Poľnohospodársky

výskumný ústav (ARS) je vedúcou agentúrou na rozvoj WEPS modelu (Wind erosion

prediction system – Systém prognózy veternej erózie) a je zodpovedný za vyvinutie

vedeckého modelu. Systém prognózy veternej erózie (WEPS) je chod súvislých

procesov, model časových krokov, ktorý simuluje vietor, pôdne podmienky a eróziu.

Má taktiež schopnosť simulovať časovú a priestorovú variabilitu pôdnych podmienok

a straty pôdy na pôdnom celku. Dokáže simulovať komplexné pôdne tvary, bariéry,

ktoré nie sú súčasťou hraníc pozemkov a komplexnej topografie. Saltácia, prevaľovanie,

vznášanie a PM10 čiastočky erodovaných materiálov môžu byť individuálne

zosumarizované v oblasti WEPS. WEPS je pôvodne navrhnutý na využitie

v rôznorodých amerických podmienkach, ale jednoducho sa dá využiť aj v iných

častiach sveta. WEPS dovoľuje užívateľovi vložiť vlastné dáta alebo použiť predtým

pripravené databázové súbory. Veterná erózia sa na Slovensku vyskytuje niekoľko dní

18

v roku hlavne v jarných a jesenných mesiacoch. Preto sa ako vhodným simulačným

modelom môže javiť program na vyhodnotenie jednorazového javu veternej erózie

SWEEP, ktorého výstupy sú užitočné na hodnotenie dopadov erózie mimo miesta

vzniku v akomkoľvek smere pre erodovaný pôdny celok. Na Slovensku sa takéto

modely v praxi využívajú len veľmi málo a málo poľnohospodárov pozná prácu s nimi.

Je to ale na škodu veci, pretože pomocou modelu na výpočet množstva odnosu sa dá

veľmi ľahko a presne stanoviť, keď máme k dispozícii všetky potrebné informácie

o klimatických, pôdnych podmienkach a o pestovaných rastlinách, koľko pôdy môže

potenciálne pôsobenie prírodných činiteľov odniesť. No a samozrejme, na takýchto

základoch by si každý pestovateľ vedel určiť najohrozenejšie oblasti a urobiť potrebné

zmeny a opatrenie na zamedzenie nadmerného odnosu pôdy z pozemkov.

19

1 Súčasný stav riešenej problematiky

1.1 Poľnohospodárska pôda a jej ochrana

Pôda je prírodný útvar, ktorý sa vyvíja v dôsledku zložitého a komplexného

pôsobenia vonkajších (exogénnych) činiteľov na materskú horninu (endogénny činiteľ)

a vyznačujú sa úrodnosťou. Na zemskom povrchu má stále miesto a špecifické

postavenie (Zaujec – Chlpík – Tobiašová et al., 2002).

Nezabezpečená ochrana funkcií pôdy vedie k jej degradácii. Degradácia pôdy je

proces, ktorý znižuje jej bazálnu a potenciálnu schopnosť tvoriť úrodu, ekologicky

pôsobiť a poskytovať služby. Existuje 6 hlavných spôsobov degradácie pôdy (podľa

FAO, 1971 cit. Demo – Bielek – Džatko et al., 1998):

vodná erózia

veterná erózia

zamokrenie a zasolenie

chemická degradácia

fyzikálna degradácia

biologická degradácia

Definícia uvedená v Odporúčaní Rady Európy R-92-8 o ochrane pôdy: „Pôda je

integrálnou súčasťou ekosystémov Zeme situovanou medzi povrchom a materskou

horninou. Je rozdelená na horizonty so špecifickými fyzikálnymi, chemickými

a biologickými charakteristikami a rozdielnymi funkciami. Takto definovaná pôda

môže dosahovať značné hĺbky, a preto v niektorých kontextoch sa pod pojmom pôda

môže rozumieť aj územie.“ sa na Slovensku vžila a stále sa akceptuje (Vilček,

Hronec, Bedrna, 2005).

Bielek (2004) uvádza, že v súvislosti so vstupom Slovenska do EÚ sa aj naša

pôda stala súčasťou pôdnych zdrojov Európskej únie. Filozofia udržateľného vývoja

poľnohospodárstva má svoju hlavnú oporu v ochrane pôdy. Preto si ochranu pôdy

zásadne osvojuje aj Spoločná poľnohospodárska politika EÚ, na základe ktorej sa

rozsiahle podporujú všetky aktivity smerujúce proti degradácii pôdy. V rámci

ekonomických nástrojov pre podporu poľnohospodárstva (jednorázové priame platby

farmárom EÚ nezávislé od produkcie) uprednostňuje podporu starostlivosti o pôdu pred

záujmom o jej intenzívne využívanie na výrobu poľnohospodárskych produktov

(Streďanská, Buday, 2006).

20

Základným legislatívnym nástrojom ochrany pôdy v SR je zákon NR SR č.

220/2004 Z. z. „o ochrane a využívaní poľnohospodárskej pôdy a o zmene zákona č.

245/2003 Z. z. o integrovanej prevencii a kontrole znečisťovania životného prostredia a

o zmene a doplnení niektorých zákonov“ zo dňa 10 marca 2004, ktorý nadobudol

účinnosť 1. mája 2004.

1.2 Erózia poľnohospodárskej pôdy

Erózia poľnohospodárskej pôdy predstavuje úbytok povrchovej, najúrodnejšej

vrstvy poľnohospodárskej pôdy, úbytok živín, humusu, organickej hmoty, zníženie

mikrobiologického života a stratu funkcií pôdy (Zákon 220/2004 Z. z.).

Medzi hlavné príčiny vzniku erózie, ktoré je možno ovplyvniť, patria (Streďanská,

1999):

nevhodná organizácia poľnohospodárskej pôdy

nadmerná výmera honov v osevných postupoch

likvidácia protieróznych stupňov, medzí a priekop,

nadmerné spádové rozmery pozemkov

nesprávne situovanie pozemkov z hľadiska tvaru, sklonitosti terénu a smerovej

orientácie

otvorenosť krajiny vplyvu cudzích vôd

žiadny alebo slabý zápoj vegetačného krytu na pôde

nevhodná štruktúra plodín v osevných postupoch a nesprávne striedanie plodín

nesprávne vykonávanie kultivačných technológií

zhoršená štruktúra pôdy a fyzikálno-chemických vlastností pôdy

nevyužívanie priamej sejby predplodiny do strniska a na jar do porastov

vymŕzajúcich plodín zasiatych na jeseň

zanedbávanie údržby zariadení protieróznej ochrany pôd

1.2.1 Veterná erózia

Podstata veternej erózie (eolickej) spočíva v rozrušovaní pôdneho povrchu

mechanickou silou vetra (abrázia), v premiestňovaní a odnášaní pôdnych častíc

(agregátov) vetrom (deflácia) a v ich ukladaní na inom mieste (akumulácia). Veterná

erózia je fyzikálny jav a je priamo ovplyvňovaná fyzikálnymi vlastnosťami pôdy,

kinetickou energiou a mnohými ďalšími faktormi (Streďanský, 1993). Veterná erózia je

21

menej závislá od reliéfu územia než vodná erózia a preto jej podliehajú úplné roviny,

ale aj členité územia.

Erózna činnosť vetra sa vyznačuje určitými charakteristickými znakmi, ktoré

vyniknú najmä pri porovnaní s činnosťou odtekajúcej vody. Možno ich zhrnúť do

nasledovných bodov (Jůva – Cablík, 1954):

vietor odnáša erodované častice všetkými smermi, teda aj proti spádu územia, čo

je u vody vylúčené

vietor zasahuje rozsiahle súvislé plochy, naproti tomu vodná erózia zreteľne

postihuje len časť svahu a koryto toku

vietor pôsobí prakticky stále aj keď kolísavou intenzitou, voda len nárazovo za

dažďa a topenia snehu, iba vo vodných korytách pôsobí vodná erózia prakticky

nepretržite

vietor je nebezpečnejší tým viac, čím viac sa vyskytuje v oblastiach s menším

výskytom zrážok

vietor premiestňuje iba jemné častice, ale voda je schopná odnášať aj hrubé

častice

vietor pôsobí len fyzikálne, ale voda okrem toho tiež ako rozpúšťadlo

a chemické činidlo

Stanovenie potenciálnej či skutočnej (aktuálnej) ohrozenosti územia veternou

eróziou je zložitejšie ako stanovenie vodnej erózie. Literatúra uvádza radu možných

výpočtov a stanovení, ich nevýhodou je však, že pracujú často len s jednotlivými

činiteľmi podieľajúcimi sa na vzniku veternej erózii. Napriek tomu mnohé z nich je

možné v praxi využiť. Práve preto, že sa zameriavajú len na jednotlivé faktory

spôsobujúce eróziu, je možné odporučiť kombináciu niekoľkých výpočtov a stanovení,

tieto porovnať a doplniť ich podrobným terénnym prieskumom, prípadne využiť

skúsenosti miestnych znalcov, vlastníkov a užívateľov pôdy.

Literatúra uvádza, že na výskyt veternej erózie je náchylné prostredie, ktoré

charakterizujú nízke a premenlivé zrážky, vysoká a premenlivá rýchlosť vetra, častý

výskyt sucha, rýchle a extrémne zmeny teploty a vysoký výpar (Pasák, 1970).

Všeobecne sa predpokladá, že ochrana proti veternej erózii je u nás potrebná hlavne

v oblastiach, v ktorých lesnatosť nedosahuje na ľahkých piesočnatých

a hlinitopiesočnatých pôdach 20 %. Ide o regióny: Záhorie, Podunajská nížina,

Východoslovenská nížina, suchšia oblasť v povodí Ipľa (Streďanský, Maslanka, 1998).

22

Čo sa týka ročných období, celkovo je erózne najnebezpečnejšia jar, keď ešte nie je

naplno rozvinutý vegetačný kryt a po dlhšom období sucha sa vyskytnú buď

intenzívnejšie zrážky (vodná erózia) alebo vetry vysokej intenzity (veterná erózia).

Na vyjadrenie ohrozenosti územia eróziou sa používa mnoho faktorov napr.

vegetačný kryt, svahovitosť, pôdny druh a typ, klimatické podmienky a iné. Jambor a

Ilavská (1998) použili jedno z možných zosumarizovaní jednotlivých činiteľov, použili

bázu bonitovaných pôdno-ekologických jednotiek (BPEJ), a v nej konkrétne vyčlenil na

eróziu najviac náchylný suchý klimatický región (kód 00-04), pôdy piesočnaté až

hlinitopiesočnaté (kód zrnitosti 1,5) a pôdne typy s najväčšou náchylnosťou k veternej

erózii (HPJ 59,40). Výsledkom bola nasledujúca tabuľka s vyhodnotením charakteru

eróznej ohrozenosti na základe spomenutých faktorov.

Tabuľka 1 [Určenie charakteru erózie (Jambor, Ilavská, 1998)]

kód klímy kód HPJ kód zrnitosti charakter erózie

00,01,02,03,04 - 1,5 Stredná erózia

00,01,02,03,04 40 1 Silná erózia

00,01,02,03,04 59 1 Extrémna erózia

Tabuľka 2 [Rozdelenie veternej erózie na základe hodnotenia v rôznych jednotkách odnosu

(Zachar, 1970)]

stupeňhodnotenie

eróziemm/rok

intenzita erózie

m3/ha/rok t/ha/rok*

1. žiadna do 0,05 do 0,5 do 0,7

2. slabá 0,051-0,5 0,51-5,0 0,71-7,0

3. stredná 0,51-1,5 5,1-15,0 7,1-21,0

4. silná 1,51-5,0 15,1-50,0 21,1-70

5. veľmi silná 5,1-20,0 50,1-200,0 70,1-280,0

6. katastrofálna viac ako 20,0viac ako

200,0

viac ako

280,0

* pri predpoklade, že uvažujeme s objemovou hmotnosťou pôdy 1,4 t/m3 (Vrána, 1977)

23

Aby sa dalo predchádzať resp. zamedzovať škodám, ktoré sú spôsobené

veternou eróziou, je nutné poznať ohrozenosť poľnohospodárskych pôd veternou

eróziou. Priame merania v teréne sú časovo a finančne veľmi náročné, a vzhľadom na

povahu javu, akým je veterná erózia, aj ťažko technicky zvládnuteľné.

1.2.1.1 Vietor - erózny činiteľ

VIETOR je vzduch v pohybe. Vzduch je hmota a keď je hmota v pohybe, tak

má energiu. Je to energia, ktorá pohybuje pôdu počas veternej erózie. Erozívna energia

vetra, narastá faktorom rovnajúcim sa exponenciálne umocnenej rýchlosti, takže malý

nárast rýchlosti vetra spôsobí obrovský nárast erozívnej energie vetra. Vietor vyššie

nad povrchom pôdy, neobmedzený bariérami alebo objektmi, je charakterizovaný ako

„voľné prúdenie“ a pohybuje sa viac menej paralelne s pôdnym povrchom. Vietor

blízko pôdneho povrchu je ovplyvňovaný pôdou a vegetáciou, ktorá redukuje energiu

z vetra a spomaľuje ho. Takže priemerná rýchlosť blízko pôdneho povrchu je nižšia

ako vo voľnom prúdení, resp. do určitej výšky tesne nad povrchom sa rovná nule.

Rýchlosť narastá spolu so vzdialenosťou prúdenia od pôdneho povrchu. Tento

rýchlostný gradient je charakterizovaný ako „profil rýchlosti vetra“

Obr. 1 [Vplyv pôdneho povrchu Obr. 2 [Vplyv povrchu pokrytého

na veterný profil (Tatarko, 2008)] vegetáciou na veterný profil (Tatarko, 2008)]

Charakter pôdneho povrchu, ponad ktorý prúdi vzduch, môže výrazne ovplyvniť

veterný profil, ako aj veternú energiu blízko pôdneho povrchu. Pôda drsná s veľkými

agregátmi alebo ryhami vstupujúca do vzduchového prúdenia je vystavená silnejším

vetrom a taktiež sa podieľa na redukcii energie z vetra a tak ochraňujú nižšie položené

pôdy (obr. 1). To spôsobuje, že častice erodované vo vyšších polohách sú zachytávané

na nižších miestach. Vegetácia, či už živá alebo odumretá, takisto zachytáva veternú

energiu blízko pôdneho povrchu ako aj  pôdne častice (obr 2).

24

Drsný, nerovný alebo vegetáciou pokrytý povrch mení veternú rýchlosť na pôdnom

povrchu a redukuje dostupnú energiu na erodovanie pôdy. Avšak, keď rýchlosť voľného

prúdenia vzduchu je dostatočne veľká, vietor na povrchu bude obsahovať dostatočné

množstvo energie na inicializáciu pohybu pôdnych častíc. (Tatarko, 2008)

Prevládajúci smer vetra pri veternej erózii Pri plánovaní ochranných systémov, je dôležité zohľadniť smer vetra a veterné

obdobia počas roka. Prevládajúci smer vetra pri veternej erózii je ten smer, v ktorom je

prenášané najväčšie množstvo pôdy. Tento smer je predovšetkým ovplyvnený trvaním

a rýchlosťou vetra z rozdielnych smerov. V riešenom území prevláda severozápadný

vietor (obr. 3). Efektívnosť veterných bariér, obnažovanie rastlín v redukovaní veternej

erózie je determinovaný ich orientáciou pomernou k prevládajúcemu smeru vetra pri

veternej erózii pre určitý daný mesiac, ktorý si kontrolu vyžaduje. Kritické obdobie

veternej erózie je tá časť v roku, keď sú poľnohospodárske pôdne celky náchylné na

veternú eróziu kvôli vysokej rýchlosti vetra a minimálnej vegetačnej pokrývke. Na

Slovensku sú týmto obdobím väčšinou jarné a jesenné mesiace, keď sú vetry

najsilnejšie a plodiny nie sú dosť vysoké nato, aby chránili pôdny povrch.

Obr. 3 [Prevládajúci smer vetra (SHMÚ, 2008)]

1.2.1.2 Vznik a proces veternej erózie

N. Hudson (1973) uvádza dve hlavné podmienky vzniku veternej erózie

suché pôdy s priemerným ročným úhrnom zrážok menším než 250-300 mm

prevládajúce stále vetry

Dokument FAO (1960) rozširuje podmienky pre vznik veternej erózie o

25

Uvoľnené, suché a primerane jemne pôdy

Pôdny povrch hladký bez vegetačného krytu alebo vegetačný kryt je čiastočne

alebo úplne zničený

Pôdne celky sú dostatočne veľké

Vietor je dostatočne silný, aby mohlo dôjsť k začiatku pohybu pôdy

Proces veternej erózie sa dá rozdeliť na tri fázy

Uvedenie pôdnych častíc do pohybu

Pohyb pôdnych častíc

Ukladanie pôdnych častíc

1.2.1.2.1 Uvedenie pôdnych častíc do pohybu

Pohyb pôdnych častíc je spôsobovaný silami vetra pôsobiacich na povrch pôdy.

Priemerná rýchlosť vetra sa exponenciálne zvyšuje s výškou nad povrchom pôdy.

V blízkosti povrchu, kde dochádza k turbulenciám je priemerná rýchlosť vetra nulová.

V tenkej vrstve nad touto hladinou je pohyb vzduchu laminárny, vyššie je pohyb

turbulentný. Pohyb pôdy je ovplyvnený veľkosťou a hustotou častíc a turbulentnou

silou pôsobiacou na pôdne častice. Turbulentné prúdenie nastáva pre všetky vetry

s rýchlosťou vyššou než 0,44-0,89 km.hod-1. (Englehorn, Zingg, Woodruf, 1952).

Výška, v ktorej je rýchlosť nulová a zmena rýchlosti s výškou nad povrchom pôdy

závisí na drsnosti povrchu. Drsnosť pôdneho povrchu zvyšuje trenie, ktoré musí byť

prekonané silou vetra a tým sa mení rýchlosť vetra nad hladkým a drsným povrchom

(obr. 4) (Hudson, 1973). Rýchlosť vetra, pri ktorej je pohyb častíc inicializovaná sa

nazýva kritická rýchlosť a je závislá na stave pôdneho povrchu. Pôdny povrch, ktorý je

drsný alebo chránený neerodibilným materiálom vyžaduje silnejší vietor na začatie

pohybu pôdnych častíc ako nahý, hladký povrch. To znamená, že na danom pôdnom

celku nie je jediná prahová rýchlosť, ale interval rýchlostí závislých na podmienkach

pôdneho povrchu vrátane agregátov, drsnosti, stavu plodín a vlhkosti. Väčšina z týchto

vlastností sa taktiež môže zmeniť počas búrky v dôsledku erozívnej akcie. (Tatarko, J.,

2008)

26

Obr. 4 [Zmena rýchlosti vetra s výškou nad povrchom pôdy (Hudson, 1973)]

1.2.1.2.2 Pohyb pôdnych častíc

V závislosti od veľkosti pôdnych častíc môžu nastať tri odlišné typy pohybu

(obr. 5) (USDA, SCS, 1989).

Pohyb vo forme suspenzie (vznášanie častíc vo vzduchu)

Pohyb vo forme saltácie (skoky častíc po povrchu pôdy)

Pohyb častíc posuvom po povrchu

Obr. 5 [Typy pohybu pôdnych častíc v závislosti od ich veľkosti (USDA, SCS, 1989)]

27

Pohyb pôdnych častíc vo forme suspenzie

Veľmi jemné častice s priemerom menším než 0,1 mm, spravidla uvedené do

pohybu nárazmi saltujúcich častíc sa pohybujú vo forme vzdušnej suspenzie. Jemné

prachové častice sú buď odrazené do výšky väčšími saltujúcimi časticami alebo

dochádza k ich priamemu zdvihnutiu, pokiaľ vyčnievajú do turbulentnej vrstvy vetra.

Rýchlosť pádu týchto častíc je tak malá, že ak tú tieto častice raz zodvihnuté, zostávajú

suspendované dlhú dobu vo vzduchu a môžu byť vetrom odnášané na veľké

vzdialenosti.

Obr. 6 [Pohyb častíc vo forme suspenzie a jeho dopady na ŽP človeka (Tatarko, 2008)]

Pohyb častíc pôdy skokom

Pohyb pôdnych častíc skokom je najvýznamnejším druhom pohybu vzhľadom

na veternú eróziu, pretože pri ňom dochádza k premiestňovaniu najväčšieho množstva

častíc. Pohyb sa deje sériou nízkych odrazov od pôdy a je charakteristický pre častice

strednej veľkosti, dostatočne ľahké, aby mohli byť zdvihnuté z pôdneho povrchu, ale

ťažké na to aby sa pohybovali formou suspenzie. Veľkosť častíc, ktoré sa pohybujú

skokom je od 0,05 do 0,5 mm, najviac ohrozené sú častice s priemerom 0,10 až 0,15

mm.

28

Obr. 7 [Pohyb častíc vo forme saltácie a jeho dopady na vegetáciu (Tatarko, 2008)]

Pohyb pôdnych častíc gúľaním sa po povrchu

Väčšie častice, ktoré sú príliš ťažké na to, aby mohli byť zdvihnuté silou vetra,

sú váľané po povrchu pôdy, a to jednak silou vetra alebo nárazmi pôdnych častíc

pohybujúcich sa skokom. Posuvom sa zvyčajne pohybujú častice s priemerom 0,5 až

1,0 alebo 2,0 mm. Teoreticky horná hranica pre veľkosť posúvaných častíc neexistuje.

Obr. 8 [Pohyb častíc gúľaním po povrchu a jeho dopady na krajinu (Tatarko, 2008)]

1.2.1.2.3 Ukladanie pôdnych častíc

Najmenšie a najľahšie častice pôdy, ktoré sa pohybujú vo forme suspenzie sú

odnášané na veľké vzdialenosti a sedimentujú iba pri značnom poklese rýchlosti vetra

alebo vplyvom atmosférických zrážok. Väčšie častice, ktoré sa pohybujú saltáciou, sú

ukladané pri znížení intenzity vetra (zvýšenie drsnosti povrchu, trenie alebo vegetačné

29

prekážky a pod.). Najväčšie častice pôdy, ktoré sa pohybujú posuvom po povrchu pôdy

sú odnášané vetrom na najkratšie vzdialenosti. Ukladanie vetrom odnášaných môže byť

prospešné pokiaľ prispeje k zvýšeniu úrodnosti pôdy, na ktorej sú častice ukladané

alebo nepriaznivo, pokiaľ uložené častice prikrývajú viac úrodné pôdy alebo dôjde k ich

sedimentácii pri budovách alebo technických dielach.

1.2.1.3 Faktory ovplyvňujúce vznik veternej erózie

Hlavným eróznym faktorom, pôsobiacim na vznik a priebeh veternej erózie je

vietor. Súčasne však spolupôsobí rada ďalších faktorov, z ktorých najdôležitejšie sú:

Klimatické Pôdne

Územné Vegetačné

Činnosť človeka

30

*Vietor*Zrážky*Teplota

*Evapotranspirácia

*Pôdna štruktúra*Veľkosť a tvar častíc

*Vlhkosť pôdy*Drsnosť pôdneho

povrchu

* Dĺžka pôdneho celku v smere prevládajúceho

vetra

* Sklonitosť pozemku

* Plošný vegetačný kryt

* Vegetačné bariéry

1.2.1.3.1 Klimatické faktory

Klimatické faktory, ovplyvňujúce vznik a priebeh veternej erózie sú:

Vietor

Vplyv vetra na veľkosť pohybu pôdy je daný jeho rýchlosťou, dobou trvania

a prevládajúcim smerom pôsobenia. Minimálna rýchlosť vetra potrebná k pohybu častíc

je vyššia ako rýchlosť potrebná k udržaniu častíc v pohybe. Je to spôsobené nárazmi

saltujúcich pôdnych častíc, ktoré svojou energiou pri dopade pomáhajú udržiavať

proces pohybu častíc pôdy pri nižších rýchlostiach vetra. Minimálna rýchlosť vetra,

potrebná k začatiu pohybu častíc sa nazýva počiatočná vlečná rýchlosť (Bagnold, 1943

Chepil 1945). Kritická rýchlosť vetra, potrebná pre začatie pohybu pôdy bola určená

Chepilom (1945). Jej hodnota sa pohybuje od 5,83 až do 13.33 m.s-1 v závislosti na

eróznej minulosti plochy.

Zrážky

Množstvo a predovšetkým rozdelenie zrážok má priamy aj nepriamy efekt na

zníženie veľkosti veternej erózie zaistením vlahy pre dobrý stav vegetačného krytu

a udržaniu pôdnej vlhkosti. U pôd obsahujúcich veľké percento jemných častíc

dochádza zvlhčením a následným vysušením pôdy k vytvoreniu povrchovej kôry, ktorá

zvyšuje po určitú dobu odolnosť pôdy proti erózii vetrom. Povrchová kôra je pomerne

odolná proti rozrušeniu nárazmi podajúcich dažďových kvapiek. Podľa Chepila (1958)

dosahuje mocnosť 0,15 cm, v niektorých prípadoch môže dosiahnuť mocnosť až 0,6

cm. Najpriaznivejšie podmienky na vytváranie povrchovej kôry majú stredne ťažké,

hlinité pôdy, najmenej vhodné sú pôdy ľahké, piesočnaté.

Teplota vzduchu

Teplota vzduchu je spoločne so zrážkami hlavným faktorom určujúcim klimatický

raz oblasti. Teplota a jej časový priebeh majú priamy vplyv na vlhkosť vzduchu, na

výpar pôdy aj transpiráciu vegetácie. Teplota vzduchu tak ovplyvňuje jednak vlhkosť

pôdy ako aj kvalitu a vývojové fázy pestovaných plodín. V kombinácii so zrážkami

ovplyvňuje erodovateľnosť pôdy vetrom.

Evapotranspirácia

Evapotranspirácia zahrňuje výpar z pôdy a z povrchu vegetácie. Na

evapotranspiráciu pôsobia faktory ako teplota, vlhkosť, vietor no najvýznamnejšie je

31

slnečné žiarenie. Najväčšiu hodnotu dosahuje evapotranspirácia pri teplých, výsušných

vetroch, pri vysokej teplote a pri malej vlhkosti ovzdušia.

1.2.1.3.2 Pôdne pomery

Pre odolnosť voči pôsobeniu vetra sú predovšetkým dôležité:

Pôdna štruktúra

Mechanická stabilita pôdnej štruktúry vyjadruje odolnosť pôdy voči rozpadu

mechanickými silami ako je orba, vietor alebo abrázna činnosť saltujúcich častíc pôdy.

Mechanická stabilita pôdnych agregátov je merítkom odolnosti pôdy proti účinkom

abrázie. Relatívna náchylnosť pôdy k abrázii časticami pôdy nesenými vetrom môže

byť vyjadrená súčiniteľom abrázie (Chepil, 1958). Súčiniteľ abrázie vyjadruje množstvo

pôdneho materiálu erodovaného z pôdnych agregátov na jednotku hmotnosti pôdneho

materiálu rozrušeného abráziou, v pomere k agregátom vystavených vetru s rýchlosťou

11,18 m.s-1. Abrázna činnosť rozbíja povrchovú kôru pôdy, spôsobuje rozpad pôdnych

agregátov a vytvára tak veľmi erodibilný povrch pôdy.

Veľkosť a   tvar pôdnych častíc

Veľkosť, tvar a objemová hmotnosť pôdnych častíc značne ovplyvňuje

erodibilitu vetrom. Pre možnosť jednoduchého vyjadrenia vplyvu týchto troch faktorov

na erodibilitu pôdy vetrom zaviedol Chepil (1958) pojem rovnocenného priemeru. Pod

rovnocenným priemerom rozumie priemer štandardnej častice, ktorá má rovnakú

erodibilitu ako pôdna častica rovnakej veľkosti, tvaru a objemovej hmotnosti. Bolo

zistené, že najerodovateľnejšie častice majú rovnocenný priemer 0,1 mm a vyžadujú

minimálnu počiatočnú vlečnú rýchlosť 0,15 m.s-1.

Vlhkosť pôdy

Vlhkosť pôdy je určená množstvom a rozdelením zrážok a ovplyvnená teplotou,

vlhkosťou vzduchu a vetrom, evapotranspiráciou a tým aj úbytkom pôdnej vlhkosti.

Pôdna vlhkosť ovplyvňuje erodibilitu jednak pôsobením kohéznych síl absorbovaného

vodného filmu na povrchu pôdnych častíc, jednak podporuje tvorbu pôdnych agregátov

a povrchovej kôry pôdy. Erodibilita pôdy je závislá na vlhkostnom stave povrchu pôdy.

V humídnych oblastiach je ovplyvnená rýchlosťou infiltrácie vody do spodných

horizontov a rýchlosti vysychania pôdneho povrchu. Z hľadiska vlhkosti pôdy sú

najnáchylnejšie na veternú eróziu ľahké piesočnaté pôdy.

32

Drsnosť pôdneho povrchu

Drsnosť pôdneho povrchu závisí na veľkosti, tvaru a priestorovom rozmiestnení

pôdnych agregátov ako aj na dĺžke, hustote, kvalite a druhu vegetačného krytu a na

výške a priestorovom rozmiestnení vĺn mikroreliéfu pôdy. Povrchová drsnosť tvorená

vlnami mikroreliéfu má spravidla priaznivý vplyv na zníženie erózneho účinku vetra,

keďže pri účinnej výške vĺn a priemernej vzdialenosti medzi vlnami dochádza

k zachytávaniu saltujúcich pôdnych častíc v priestore medzi vlnami.

1.2.1.3.3 Územné pomery

Na určenie náchylnosti pôdneho celku na odnos pôdy vetrom je významná dĺžka

pôdneho celku v smere prevládajúceho vetra a sklonitosť pôdneho celku.

Dĺžka pozemku v   smere prevládajúcich vetrov

Odnos pôdy je nulový na začiatku pozemku (kde je prítomná bariéra) a vzrastá

so vzdialenosťou v smere vetra. Na erodovaných plochách dochádza k intenzívnemu

rozrušovaniu povrchu pôdy časticami pohybujúcimi sa skokom a dopadajúcimi

s veľkou energiou na pôdny povrch. Čím dlhšia je erodovaná plocha, tým väčší počet

častíc je takto uvoľňovaných. Po určitej vzdialenosti dosiahne množstvo uvoľnených

častíc maximálnu množstvo, ktoré môže vietor danej rýchlosti niesť. Za touto hranicou

je množstvo odnosu podľa Chepila (1957, 1959) konštantné. Vzdialenosť, po ktorej

dosiahne odnos maximum sa mení s erodibilitou pôdneho povrchu. Čím je erodibilita

povrchu väčšia, tým sú dosiahnuté maximálne hodnoty odnosu pôdy na kratšie

vzdialenosti.

Sklonitosť pozemku

Erodibilita sklonitých pozemkov je všeobecne väčšia ako rovného povrchu.

Pomerné zvýšenie odnosu pôdy zo zvlneného povrchu odvodil W. S. Chepil, F. H.

Siddoway a D.V. Armbrust (1964). Na základe posúdenia vlečných rýchlosti nad

rovným a zvlneným povrchom zistili, že relatívna strata pôdy na vrcholoch svahov je

1,5 krát vyššia pre sklon svahu 3 %, 3,2 krát vyššia pre sklon 6 % a 6,6 krát vyššia pre

skon 10 % oproti strate pôdy z rovného povrchu.

33

1.2.1.3.4 Vegetačné pomery

Vegetácia znižuje rýchlosť vetra pri pôdnom povrchu a pohlcuje značnú časť

jeho sily. Chráni tak pôdne častice pred nárazom veterného prúdu. Okrem toho

dochádza k spevneniu povrchu pôdy koreňovým systémom rastlín. Podľa priestorového

rozmiestnenia vegetácie na ochranu pozemkov pred účinkami veterného prúdu môžeme

vegetačné ochranné opatrenia rozdeliť na dve skupiny:

Plošný vegetačný kryt

Najúčinnejšou ochranou pred veternou eróziou vytvára udržovaný vegetačný

kryt na povrchu pôdy. Maximálny ochranný efekt poskytujú husto vysievané plodiny,

riadkové plodiny sú menej účinné. Vhodnú ochranu pôdy pred veternou eróziou

poskytujú aj zvyšky plodín (strnisko), pokiaľ sú na povrchu pôdy ponechané bez

zaorania. Chepil, Siddoway a Armbrust (1964) skúmali vplyv druhov, množstva

a orientácie vegetačného krytu na zníženie odnosu pôdy vetrom. Pod orientáciou

vegetačného krytu sa rozumie priestorové rozmiestnenie vegetácie a smer riadkov vo

vzťahu k smeru prevládajúceho vetra u riadkových plodín, u ostatných plodín poloha

vegetácie (ležatá, sklonená, stojacia).

Vegetačné bariéry

Vegetačné bariéry sú prekážky stromov, krov alebo pásov plodín, ktoré znižujú

rýchlosť vetra na povrchu pôdy (resp. do určitej výšky nad povrchom) a zachytávajú

nesené častice. Horizontálna vzdialenosť ochranného účinku bariéry sa obyčajne

vyjadruje vo vzťahu k jej výške h. Zníženie rýchlosti je najväčšie za bariérou a so

vzdialenosťou sa tento účinok zmenšuje a vo vzdialenosti približne 30h od bariéry je už

nepatrný. Veľkosť zníženia rýchlosti vetra vplyvom bariéry je funkciou priepustnosti,

výšky, tvaru a šírky bariéry, rýchlosti a smeru vetra, turbulentnej hladiny vetra, teploty,

topografie a drsnosti pôdneho povrchu. Vzájomné vzťahy týchto faktorov sú veľmi

zložité a doposiaľ nevyjadrené vzťahom, ktorý by zahŕňal všetky tieto vplyvy. Bariéry

menia účinok síl vetra na pôdnom povrchu a pomáhajú pri redukovaní rýchlosti vetra na

náveternej strane bariér, a zachytávaní pohybujúcich sa pôdnych častíc (obr.9).

34

Obr. 9 [Vplyv bariéry na rýchlosť vetra (Tatarko, 2008)]

Výskum ukázal, že bariéry značne redukujú rýchlosť vetra na vzdialenosť približne 10

násobku výške bariéry, znižovaním dĺžky pôdneho celku pozdĺž erozívneho smeru

vetra. Avšak, úplne chránené zóny akejkoľvek bariéry sa zmenšujú, ak rýchlosť vetra

narastá a smer vetra sa vychyľuje z kolmosti bariér (obr.10).

Obr. 10 [Vplyv bariéry na dĺžku pôdneho celku (Tatarko, 2008)]

Existujú rôzne typy bariér využívaných pri kontrolných opatreniach voči veternej

erózie. Pri výbere typu bariéry pre návrh opatrení proti veternej erózii, je treba brať do

úvahy určité charakteristiky, predovšetkým

o doba vzrastu,

o počet adaptabilných druhov stromov a krov,

35

o škody na stromoch a kroch

o  vplyv na výnosy pestovaných plodín poblíž bariér odoberaním vlahy

a hnojív bariérou

o náklady na zriadenie bariéry

VETROLAMY A OCHRANNÉ PÁSY sú lineárne sadené v jednodielnych alebo

viacnásobných radoch stromov alebo kríkov, vytvorených na ochranu pred veternou

eróziou ako aj snehovou kalamitou. Chránia plodiny, zastrešujú dobytok a poskytujú

domov pre divokú zver. Jednou výhodou vetrolamov narozdiel od iných typov ochrany

pred veternou eróziou je ich relatívna stálosť. Počas suchých rokoch, vetrolamy sa môžu

stať jedinou efektívnou a stálou redukujúcou jednotkou na pôdnych celkoch.

Obr. 11 [Rôzne druhy vetrolamov v krajine (Tatarko, 2008)]

Mnoho vetrolamov vysadených v 30-tych a 40-tych rokoch boli široké pásy, pretože sa

verilo, že široké pásy boli nevyhnutné na adekvátnu redukciu vetra. Trendom dnes sú

užšie pásy. Typ druhov vysadených vo vetrolamoch má značný význam pri

posudzovaní účinku počas celého roka pretože stupeň ochrany závisí na tvaru bariér,

šírky, výšky a priepustnosti. Ročné obdobia ovplyvňujú priepustnosť mnohých druhov

a preto ovplyvňujú účinnosť vetrolamov.

36

VEGETAČNÉ PÁSY pozostávajú z bylinnej vegetácie odolnej voči veternej erózii,

založenej v jednej alebo viacerých pásoch, kolmých na smer prevládajúcich vetrov.

Keďže saltujúce častice sa môžu presúvať až na vzdialenosť 4-5 metrov, záchytný pás

by mal byť aspoň 4-5 metrov široký, pre kratšie pásy vegetácie je táto šírka stanovená

na 7,5 m. Účelom záchytných pásov je zachytiť saltujúce častice a poskytnúť ochranu

pred vplyvom veternej erózie. Záchytné pásy avšak vyžadujú pravidelnú, častú

a nákladnú údržbu.

Obr. 12 [Príklady zakomponovania vegetačných pásov v krajine]

BYLINNÉ VETERNÉ BARIÉRY sú vysoké, nedrevinné, zakladané v 1-2 radových

rovných pásoch, kolmo na smer prevládajúcich vetrov. Využívajú sa na pôdach, kde

ochrana strniskom a pásovým pestovaním plodín nie je dostatočne účinná.

Obr. 13 [Bylinné veterné bariéry v krajine (Tatarko, 2008)]

TRVALÉ TRÁVNE BARIÉRY dobre prispievajú k ochrane pred veternou eróziou ako aj

na zachytávanie snehu a redukciu evapotranspirácie v suchých oblastiach. Ďalšou

výhodou týchto typov bariér je jednoduchá výsadba a nízke náklady.

37

Obr. 14 [Trvalé trávne bariéry (Tatarko, 2008)]

JEDNOROČNÉ PLODINY sa môžu využívať ako bylinné veterné bariéry tak, že jedna

plodina poskytuje ochranu pre iné plodiny. Ľan, obilie a krmoviny sú bariéry, ktoré

môžu poskytovať adekvátnu ochranu pred veternou eróziou ak je rozmiestnená

dostatočne blízko.

Obr. 15 [Jednoročné plodiny s funkciou bylinných veterných bariér (Tatarko, 2008)]

UMELÉ BARIÉRY ako snehové ploty, tabuľové ploty, bambusové a vŕbové ploty,

kamenné steny sa využívajú v boji proti veternej erózii, ale len vo veľmi malej miere.

Náklady na materiál alebo pracovnú silu sú veľmi vysoké pri konštrukcii takýchto

bariér. Využívajú sa aj v oblastiach pieskových dún na pomoc v prípravnej fáze, kým

zarastie trávou alebo stromovým porastom.

Obr. 16 [Umelé bariéry, (Tatarko, 2008)]

38

1.2.1.3.5 Činnosť človeka

Činnosť človeka by mala smerovať k ochrane pôdy pred účinkami veternej

erózie alebo aspoň tieto účinky znižovať na prijateľnú mieru. Spôsoby ochrany pôdy

pred veternou eróziou možno rozdeliť do troch skupín:

Zvýšenie stability pôdnej štruktúry a povrchovej drsnosti

Zakladanie a udržiavanie vegetačného krytu alebo rastlinných zvyškov na

povrchu pôdy

Zakladanie bariér alebo pásov plodín kolmo ma smer prevládajúceho vetra

1.2.1.4 Stav veternej erózie na Slovensku a vo svete

Poľnohospodárske pôdy bez ohrozenia veternou eróziou - Do tejto kategórie patria

pôdy na výmere 2 213 700 ha (veterná erózia), ktoré za normálnych podmienok

považujeme za pôdy bez rizika nadmernej erózie.

Poľnohospodárske pôdy stredne ohrozené veternou eróziou - Do tejto kategórie

bolo zaradených 113 650 ha pôd ohrozených veternou eróziou so zodpovedajúcimi

kódmi bonitovaných pôdno-ekologických jednotiek

Poľnohospodárske pôdy silne ohrozené veternou eróziou - Do tejto kategórie bolo

zaradených 9 470 ha pôd ohrozených veternou eróziou. Ide predovšetkým o pôdy

černozeme ľahké na pieskoch (HPJ 40)

Poľnohospodárske pôdy extrémne ohrozené veternou eróziou - do tejto kategórie

patrí 30 780 ha pôd ohrozených veternou eróziou. Sú to extrémne ohrozované

regozeme na pieskoch (HPJ 59) (tab. 1 v prílohe).

39

Kategória odnos1 menej ako 0,7 t/ha2 0,7 - 22 t/ha

3 22 - 75 t/ha

4 viac ako 75 t/ha

Obr. 17 [Potenciálna ohrozenosť poľnohospodárskych pôd SR veternou eróziou]

Kategórie a limitné hodnoty odnosu pôdy pri veternej erózii poľnohospodárskej pôdy sú

uvedené v tabuľke 3 a 4.

Tabuľka 3 [Limitná hodnota odnosu pôdy pri veternej erózii (Zákon č. 220/2004 Z.z.)]

Odnos pôdy 40 ton z 1 ha za rok

Tabuľka 4 [Limitná hodnota odnosu pôdy pri veternej erózii (STN 75 4501)]

Maximálna hodnota prípustného

jednorazového odnosu pôdy0,014 ton z 1 ha

Veterná erózia postihuje 550 miliónov hektárov pôdy na celom svete.

Odstraňuje a premiestňuje približne 25,4 biliónov ton pôdneho povrchu. Medzi

celosvetovo najviac postihnuté oblasti veternou eróziou patria Sahara, Maroko, Veľké

pláne v USA, časti krajín bývalého Sovietskeho Zväzu, Čína, Mongolsko, Irak, India,

Paraguaj a Austrália. Prachové častice ovplyvňujú viditeľnosť, znečisťujú vzduch, ničia

ľudské zdravie a zdravie zvierat, zaplňujú cesty a cestné priekopy, znižujú úrodnosť, sú

prenášačmi patogénnych mikroorganizmov atď. Celosvetový rozsah a stupeň

degradácie veternou eróziou v mil. ha je vyjadrený v tabuľke 5 a obr. 18. Veterná erózia

sa na degradácii pôdy podieľa celkove 27,8 % (Oldeman 1994 cit. Šarapatka-Dlapa-

Bedrna, 2002).

Tabuľka 5 [Celosvetová degradácia pôdy veternou eróziou]

Typ

degradácie

Stupeň degradácieCelkom

slabý stredný silný

40

Veterná erózia 269 254 26 549

Obr. 18 [Mapa celosvetového rozsahu veternej erózie (USDA – NRCS, 1998,

<http://soils.usda.gov>)]

1.2.1.5 História modelovania veternej erózie

Vietor je efektívnym nástrojom na oddeľovanie, pohyb a premiestňovanie

obrovského množstva jemného materiálu, ako je preukázateľne známe na stratách

hlbokých pôd a obrovských piesočných dún na každom kontinente. Poľné a laboratórne

výskumy začali vo svete už okolo roku 1930, aby identifikovali faktory, ktoré dokážu

kontrolovať alebo urýchľovať veternú eróziu. Vytvoriť simulačnú štúdiu všetkých

faktorov podieľajúcich sa na veternej erózii je nemožné. Preto cieľom bolo zamerať sa

na výskum jedného faktora. Pokiaľ skúmame vzájomne prepojenie všetkých faktorov,

musíme predpokladať ako tieto jednotlivé faktory ovplyvňujú veternú eróziu nezávisle

od seba. Kombinácia týchto faktorov je základom pre model veternej erózie. Prvý

model veternej erózie, nazývaný Univerzálna rovnica veternej erózie (Universal Wind

Erosion Equation) (USDA, 1961) bol aktualizovaný a publikovaný ako Rovnica

veternej erózie (Wind Erosion Equation - WEQ) (Woodruff, Siddoway, 1965). Táto

41

rovnica bola jediným dostupným modelom na plánovanie kontrolných systémov

veternej erózie až do zostavenia Upravenej rovnice veternej erózie (Revised Wind

Erosion Equation - RWEQ) (Fryrear et al., 1998). Pre podmienky ČSSR bol V.

Pasákom (1970) (rovnica 1) na základe experimentálnych pokusov v aerodynamickom

tuneli odvodený vzťah na určenie relatívnej straty pôdy veternou eróziou v tvare:

Ea =22,02-0,72 N-1,69 W+2,64 vp

(1)

kde

Ea – erodovateľnosť (g.m-2)

N – obsah neerodovateľných častíc v pôde (väčších než 0,8 mm) (%)

W – pomerná vlhkosť pôdy, daná pomerom okamžitej vlhkosti a vlhkosti zodpovedajúcej bodu

vädnutia

vp – rýchlosť vetra 5 cm nad pôdnym povrchom (m.s-1)

Keďže tento vzťah vychádza z výskumov uskutočnených v aerodynamickom tuneli,

udáva teda relatívne hodnoty straty pôdy, pre možnosti určenia straty pôdy v terénnych

podmienkach by bolo nutné porovnať závislosti zistené meraním v aerodynamickom

tuneli so zrovnateľnými hodnotami straty pôdy v terénnych podmienkach.

1.2.1.5.1 Rovnica veternej erózie (WEQ)

WEQ bol prvý model na odhadnutie množstva odnesenej pôdy v dôsledku

pôsobenia vetra zostavený Woodruffom a Siddowayom (1965), ale základy pre jej

vznik boli popísané už v Univerzálnej rovnici veternej erózie (USDA, 1961). Základné

dáta pre WEQ boli zosumarizované v klasickej práci Chepila a Woodruffa (1963). Od

prvej publikácie WEQ, boli mnohými autormi (Woodruff a Armbrust (1968), Skidmore

a Woodruff (1968), Skidmore et al., (1970), Bondy et al., (1980), Lyles (1983)

a Skidmore a Nelson (1992)) navrhnuté zmeny. Objavom WEQ je faktor pôdnej

erodibility (I). Faktor pôdnej erodibility (I) je definovaný ako potenciálna pôdna erózia

v tonách na hektár za rok z rozsiahleho, nechráneného, izolovaného pôdneho celku

s holým, hladkým povrchom. I hodnoty boli získané pomocou meraní vo veterných

42

tuneloch a teréne, založených na klimatických podmienkach v blízkosti Garden City

v Kansase od roku 1954 do toku 1956. WEQ je model navrhnutý na predikciu dlho

trvajúcich pôdnych strát z pôdneho celku so špecifickými charakteristikami.

S primeranou selekciou hodnôt jednotlivých faktorov, rovnica odhaduje priemernú

ročnú eróziu a eróziu pre špecifické časové obdobie. Ako pri všetkých empirických

rovniciach, aj tento model bolo potrebné používať obozretne s ohľadom na podmienky,

pre ktoré bol vyvinutý. Výsledkom WEQ bola ročná suma pôdneho odnosu, pričom ale

nebola zohľadnená interakcia (vzájomné pôsobenie) jednotlivých plôch (napr.:

nezohľadňovali sa nánosy pôdy na plochách). Keďže dochádzalo k častej zmene vo

veľkosti vplyvov veternej erózie na pôdu počas roka, boli vyvinuté rôzne prídavné časti

k modelu s ohľadom na časovú variabilitu faktorov:

WEQ Critical Period Procedure (Postup kritického opakovania v   rovnici)

V tomto prípade boli vyhľadávané faktory pre každé časové obdobie počas roka,

u ktorých sa očakával najväčší odnos z jedného pozemku pri daných podmienkach

prostredia.

WEQ Management Period Procedure (Postup opakovania postupov v   rovnici)

Tento dodatok bol vyvinutý pre tie prípady, pri ktorých dochádzalo k viditeľnej zmene

veľkosti vplyvov na pôdu v priebehu roka. Osevný postup bol rozdelený do viacerých

časových období. Časové obdobia boli volené tak, aby veľkosť vplyvov v rámci

časového obdobia bola stále viditeľná (s ohľadom na ich činnosť pri odnose pôdy).

V roku 1959, Chepil zverejnil rovnicu:

E=I × R × K × F × B× W × D (2)

kde

E – kvantita erózie (t/ha/rok)

I – erodibilita pôdy

R – odolnosť

K – drsnosť

F – pôdna odolnosť voči vetru

B – veterná bariéra

W – šírka pôdneho celku

43

D – smer vetra

Rýchlosť vetra v geografických lokalitách nebola zohľadnená v tejto rovnici (Chepil,

1959).

V roku 1962, Chepilova skupina zverejnila rovnicu

E=∫( ACKLV ) (3)

kde

A – percento pôdnych frakcií väčších ako 0.84 mm

Faktory C,K,L,V boli rovnaké ako v predchádzajúcej rovnici.

Súčasná rovnica veternej erózie bola vyjadrená ako (Woodruff, Siddoway, 1965)

E=∫ ( IKCLV ) (4)

kde

E - odhadovaná ročná strata pôdy v tonách na hektár za rok

F – indikuje vzťahy ktoré nie sú v priamej matematickej kalkulácii

I - erodibilný index

K – faktor drsnosti pôdy

C – klimatický faktor

L – nechránená vzdialenosť

V – vegetačný faktor

Pre podmienky bývalej Československej republiky bola táto rovnica odvodená Vránom (1977).

Kým nebude nový model WEPS 1.0 (pozri 1.2.1.7.1) úplne pripravený pre

implementáciu, na svete sa stále používa táto rovnica, v súčasnosti v modernej verzii

ako hárok Excelu (WEQvs9.00.xls) voľne dostupný na internete na

(http://www.nm.nrcs.usda.gov/technical/tech-notes/agro/ag55.xls) (pozri 1.2.1.7.8)

1.2.1.5.2 Upravená rovnica veternej erózie RWEQ (Revised Wind Erosion Equation)

44

Potreba vedeckého posunu vpred, ktorá by umožňovala vstupy hospodárskych

faktorov ovplyvňujúcich veternú eróziu sa postarala o rozvoj RWEQ (Fryrear et al.,

1998, Fryrear et al., 2000). RWEQ je kombináciou empirického a metodického

modelovania a je prvým modelom veternej erózie extenzívne testovaným v pôdnych

podmienkach v a mimo oblasti Veľkých plání (Great Plains). Revidovaná rovnica

veternej erózie (RWEQ) odhaduje ročné alebo intervalové straty pôdy spôsobené

veternou eróziou založené na modeli jednej udalosti veternej erózie, ktorý zahŕňa

faktory vetra, zrážok, drsnosti pôdy, erodibilných frakcií a rastlinných zvyškov. Vietor

je základnou hnacou silou využívanou v RWEQ, ale na škodu pôdnych typov pomocou

tejto rovnice nie je možné modelovať odnos väčšieho množstva pôdy ako je transportná

kapacita vetra. Faktor vetra, pôdny erodibilný faktor, pôdny prísušok, drsnosť pôdy,

vegetácia to sú termíny, ktoré sa používajú na determináciu maximálnej transportnej

kapacity a kritickej dĺžky pôdneho celku potrebnej na výpočet maximálnej transportnej

kapacity a transportnej hmoty pre akúkoľvek dĺžku pôdneho celku. (Fryrear and Saleh,

1996). Pre ilustráciu základných mechanizmov RWEQ, transportovaná hmota pre

jednu eróznu udalosť je zobrazená na obr. 19. V tomto prípade množstvo

transportovanej hmoty je nulové na pôdnom celku o nulovej dĺžke. Ako dĺžka pôdneho

celku rastie, množstvo transportovanej hmoty najprv prudko narastá, ale neskôr sa

začína ustaľovať, až kým sa dosiahne maximálna transportná kapacita. Priemerná

erózia pôdy narastá pokiaľ dĺžka pôdneho celku nie je prerušená protideflačným pásom

a potom klesá na dlhšom pôdnom celku, ale nikdy nedosiahne nulu.

Obr. 19 [Odhad priemernej pôdnej straty podľa RWEQ (Fryrear, D.W., 2001)]

45

RWEQ bol novo vyvinutý model výskumného ústavu v USA (USDA – ARS –

Southeast Watershed Research Laboratory), ktorý umožňoval časové doriešenie odnosu

pôdy v rámci jedného dňa. REWQ však zohľadňoval stratu pôdy v prúdení vzduchu len

do výšky 2 m. V dôsledku toho sa nezohľadňovala všetka pôda, ktorá sa nachádzala

v transportnej fáze suspenzie. Suspenzia však môže zapríčiniť až 40% straty pôdy

(Chepil, 1963) a môže byť ako jediná zodpovedná za všetky nepriame problémy

spôsobené veternou eróziou (znížená viditeľnosť, zdravotné riziko v dôsledku

prachového znečistenia vzduchu).

46

1.2.1.6 Nové smery v oblasti výskumov veternej erózie

Pokrokové technológie na výskum veternej erózie pôdy sú a boli vyvinuté

predovšetkým v Spojených Štátoch Amerických. Veľká časť počiatočných výskumov

v tejto oblasti začala zostavením už spomínaných empirických rovníc a modelov

(napríklad Univerzálna rovnica pôdnych strát - UWEQ, Rovnica veternej erózie -

WEQ). V súčasnej dobe je preto snaha empirický základ hodnotenia intenzity eróznych

procesov nahradiť kvalitatívne vyššími metódami. Je to dané predovšetkým súčasnou

úrovňou poznatkov v oboroch, ktoré skúmajú vzťahy spôsobujúce eróziu, rozvojom

výpočtovej techniky, ale taktiež zmenou v prioritách protieróznej ochrany, kedy je treba

posudzovať eróziu nielen vo vzťahu k ochrane pôdy, ale aj k ostatným ekologickým

dopadom. V posledných 20-tich rokoch, v období počas technologicko – počítačového

rozmachu aj erózne modelovanie zaznamenalo obrovský pokrok v nových

technológiách a dostalo sa do bodu, v ktorom je v súčasnosti možné spojiť fyzikálne

poznatky s počítačovými simulačnými modelmi a vytvoriť tak integrovaný systém

prognózy veternej erózie. Žiadna presná metóda merania veternej erózie nebola doteraz

vyvinutá. Avšak, využívajú sa rozličné lapače poprašku, diaľkové a terénne senzory,

veterné tunely, sedimentárne vzorkovače a mikrotopografické prieskumy pred a po

erózii. Každá metóda má však svoje obmedzenia. Výskum pokračuje založený na

nových technológiách s novými prístrojmi, modifikáciách starých zariadení s jediným

cieľom, presnejšie merať veternú eróziu. Odhady veternej erózie sa môžu uskutočňovať

priraďovaním numerických hodnôt k prírodným podmienkam, ktoré regulujú veternú

eróziu a vyjadrením ich vzťahov matematicky. Pôsobenie veternej erózie na rozdiel od

vodnej je nestále a pomalé, preto sú škody spôsobované odnosom v niektorých

prípadoch ťažko pozorovateľné. Evidentné sú len pri nárazových väčších účinkoch,

kedy sú výrazne poškodzované pestované rastliny. Vznikajú preto simulačné modely

eróznych procesov, ktoré riešia erózne javy na základe fyzikálnych popisov

jednotlivých procesov.

1.2.1.7 Medzinárodné modely pre určenie intenzity veternej erózie

Vo svete bolo vyvinutých niekoľko modelov na výpočet a stanovenie odnosu

pôdy vetrom. V posledných dekádach, vedci USDA-ARS vynakladajú nepretržitú snahu

vyvinúť model predikcie veternej erózie v poľnohospodárskom kontexte. Mnoho z ich

modelov sa v tejto otázke už v minulosti dostalo do popredia nevynímajúc rovnicu

47

veternej erózie (WEQ), revidovanú rovnicu veternej erózie (RWEQ), stochastický

simulátor veternej erózie (WESS) a systém prognózy veternej erózie (WEPS). Na

Slovensku sa takéto modely v praxi využívajú len veľmi málo a málo poľnohospodárov

pozná prácu s nimi. Je to ale na škodu veci, pretože pomocou modelu na výpočet

množstva odnosu sa dá veľmi ľahko a presne stanoviť, keď máme k dispozícii všetky

potrebné informácie o klimatických, pôdnych podmienkach a o pestovaných rastlinách,

koľko pôdy môže potenciálne pôsobenie prírodných činiteľov odniesť. No

a samozrejme, na takýchto základoch by si každý pestovateľ vedel určiť najohrozenejšie

oblasti a urobiť potrebné zmeny a opatrenie na zamedzenie nadmerného odnosu pôdy

z pozemkov.

1.2.1.7.1 WEPS – Systém prognózy veternej erózie (Wind Erosion Prediction System)

Schopnosť presne predvídať stratu pôdy vetrom je dôležité najmä z hľadiska

plánovania ochrany krajiny, zásob prírodných zdrojov a redukcie znečistenia vzduchu

z veterných zdrojov. USDA- Poľnohospodársky výskumný ústav (ARS) je vedúcou

agentúrou na rozvoj WEPS modelu (Wind erosion prediction system – Systém

prognózy veternej erózie) ARS je zodpovedný za vyvinutie vedeckého modelu, ktorý sa

v súčasnej dobe javí ako jedna z prepracovanejších metód modelovania veternej erózie

(Hagen et al. 1995). WEPS je priebežný denný model simulácie počasia, pôdnych

podmienok a erózie. Nadväzuje prevažne na empirický vzťah WEQ – rovnice veternej

erózie (Woodruff, Siddoway, 1965) a je určený na posúdenie eróznej ohrozenosti

územia pri tvorbe systému ochrany pôd či pri zaisťovaní plánov životného prostredia.

Simulovanou oblasťou môže byť určitý pozemok či niekoľko susedných pozemkov,

u ktorých užívateľ zadá výmeru, pôdne podmienky, osevný postup, príp. stav vegetácie.

Výstupom modelu sú

potom priemerné

straty a depozície

pôdy v rámci

zadaného obdobia. To

je užitočné pri

posudzovaní eliminačného

vplyvu veternej

48

erózie. Systém prognózy veternej erózie (WEPS) je chod súvislých procesov, model

časových krokov, ktorý simuluje vietor, pôdne podmienky a eróziu. Má taktiež

schopnosť simulovať časovú a priestorovú variabilitu pôdnych podmienok a straty pôdy

na pôdnom celku. Dokáže simulovať komplexné pôdne tvary, bariéry, ktoré nie sú

súčasťou hraníc pozemkov a komplexnej topografie.

Obr. 20 [WEPS 1.0]

1.2.1.7.2 EPIC – Výpočet dopadov erózie (Erosion Productivity Impact Calculator)

Začiatkom roku 1981, bol USDA (United States Department of Agriculture)

a Texaskou poľnohospodárskou experimentálnou stanicou (Texas A&M) vyvinutý

matematický model „Erosion-productivity impact calculator“ (EPIC) – „Kalkulátor

dopadov erózie na produkčnú schopnosť pôd“ na stanovenie vzťahu medzi pôdnou

eróziou a produkčnou schopnosťou pôd v USA. Mechanický simulačný model EPIC je

voľne dostupným programom, používaný na výskum dlhodobých vplyvov rôznych

faktorov pôdnej erózie na rastlinnú produkciu vo viac ako 60-tich krajinách v Ázii,

Južnej Amerike a Európe (Williams et al., 1984). Model ma niekoľko komponentov:

Erózia pôdy

Manažment

Hydrológia

Klíma

Živiny

49

Dynamika rastu plodín

Manažment plodín

EPIC Wind Erosion Model a Modified EPIC wind erosion model

Model veternej erózie (EPIC) je zobrazený v dvoch modifikáciách. V prvej modifikácii

sú erodibilita pôdy a klimatické faktory vstupmi pre každý deň v roku. V modifikovanej

verzii je erodibilita pôdy hodnotená ako dôsledok faktorov orby, počasia, plodín atď.

Hodnoty pôdnej straty počas určitého časového obdobia sú počítané pre reprezentatívne

podmienky tohto časového obdobia a zosumarizované pre získanie hodnoty ročnej

straty pôdy. Vplyvy vegetačnej pokrývky a účinky orby na veternú eróziu sú

v programe simulované pomocou denných časových krokov. (E. L. Skidmore, J. R.

Williams, 1991).

1.2.1.7.3 WESS – Stochastický simulátor veternej erózie (Wind Erosion Stochastic

Simulator)

Wind erosion stochastic simulator (WESS) je modelom jednej udalosti veternej

erózie, ktorý je jadrom submodelu veternej erózie EPIC (dostupný ako voľne

stiahnuteľný súbor na internete : williams@brc.tamus.edu). WESS využíva vstupy

pôdnej štruktúry, erodibilných častí, drsnosti pôdy, obsahu vody v pôde, rastlinných

zvyškov a subhodinové dáta rýchlosti vetra na predpovede veternej erózie v niekoľkých

užívateľom zadaných vzdialenostiach na pôdnom celku. WESS, modul veternej erózie

modelu EPIC, je modelom, ktorý pracuje s dátami rýchlosti vetra, pôdnej textúry,

percentom erodibilných frakcií (< 0,84 mm), vlhkosťou pôdy, hrúbkou vrstvy

erodovanej pôdy, hustotou pôdnych agregátov, parametrami drsnosti pôdy s cieľom

predchádzať veternej erózii vyskytujúcej sa v pravidelných alebo nárazových

intervaloch. (R.S. Van Pelt, T.M. Zobeck, 2003).

50

Obr. 21 [WESS krivky vs. získané odhady veternej erózie (●) vzhľadom na vzdialenosť od

chráneného povrchu (DPS) pre vybrané prachové búrky v Big Spring, TX (R.S. Van Pelt, T.M.

Zobeck, 2003)]

1.2.1.7.4 TEAM – Texaský model na analýzu veternej erózie (Texas Tech Erosion

Analysis Model)

Podobné modely boli vyvinuté aj mimo amerického výskumného ústavu

poľnohospodárstva. TEAM je simulačný model veternej erózie, ktorý poskytuje výstupy

o pôdnom pohybe alebo strate pôdy pre 10 postupných krajinných segmentov. Krajinné

segmenty sa môžu líšiť v pôdnom type a vegetačnej pokrývke. Na konci každého

segmentu môžu byť prítomné vetrolamy. TEAM je navrhnutý na vyhodnocovanie

metód ochrany pôdy a mimo miestnych dopadov sedimentov a prachu. (James M.

Gregory, 2001). TEAM počíta s tromi základnými fázami veternej erózie –

oddeľovanie, pohyb a ukladanie pôdnych častíc. Taktiež simuluje suspenziu a disperziu

prachových častíc z erodovaných miest. Pracuje s pôdnymi typmi s alebo bez

vegetačného krytu. Vyjadruje špecifické fyzikálne procesy, ktoré ovplyvňujú veternú

eróziu. TEAM má dve hlavné funkcie: (1) maximálny transport komponentov a (2)

faktor dĺžky, ktorý sa pohybuje v rozmedzí od nula do jedna. Vstupy sa menia

vzhľadom ku každej z týchto funkcií, ako napríklad prahová trecia rýchlosť, ktorá je

často funkciou ďalších procesov. Kombinácia týchto  procesov definuje systém rovníc,

ktorý využíva vstupy rýchlosti vetra, relatívnej vlhkosti, distribúcie veľkosti pôdnych

častíc, obsah ílovitých častíc, vegetačná pokrývka a rastlinné zvyšky, pôdne agregáty,

51

dĺžky pôdneho celku a výšky a priepustnosti vetrolamov do modelu veternej erózie. (J.

M. Gregory, M. M. Darwish, 2002).

Obr. 22 [Simulácie zmien vegetačnej Obr. 23 [Účinok vetrolamov na pohyb pôdy

pokrývky na intenzitu veternej erózie] (J. M. Gregory, M. M. Darwish, 2002)]

1.2.1.7.5 AUSLEM – Austrálsky model na analýzu veternej erózie (Australian Land

Erodibility Model)

AUSLEM je austrálsky model navrhnutý na predikciu citlivosti krajiny na

veternú eróziu v západnom Queeslande, Austrálii. Model pracuje s 5x5 km

priestorovým rozlíšením a je založený na denných krokoch so vstupmi trávnych alebo

drevinných porastov, vlhkosti pôdy, pôdnej textúry. Systém bol implementovaný na

predikciu krajinnej erodibility pre roky 1980-1990. Predmetom hodnotenia modelu je

porovnanie trajektórií priemerných ročných AUSLEM výstupov s frekvenciou prašných

búrok a rýchlosťou vetra na pozorovaných lokalitách. (Webb., McGowan., Phinn.,

2005).

52

Obr. 24 [AUSLEM vývojové procesy, vstupy, konfigurácie a výstupy (Webb., McGowan., Phinn.,

2005)]

1.2.1.7.6 DUSTRAN – Model transportu prachových častíc (Dust Transport Model)

Pacifické severozápadné laboratórium (Pacific Northwest National Laboratory

PNNL) vyvinulo model transportu prachových častíc (DUSTRAN). Tento model počíta

koncentrácie prachových častíc v atmosfére, ktoré sú výsledkom prírodných (veterná

erózia) ale aj ľudských aktivít. DUSTRAN je komplexný systém disperzného

modelovania, pozostávajúci z modulu prachových emisií, diagnosticko-

meteorologického modelu a disperzných modelov, ktoré sú integrované do softvéru

geografických informačných systémov (GIS). DUSTRAN je efektívnym nástrojom na

simuláciu prašných búrok počas veternej erózie. (Newman et. al., 1999).

1.2.1.7.7 GIS – Geografické informačné systémy

Geografické informačné systémy (GIS) sú nástrojom na tvorbu kvalitných

mapových podkladov a poskytovanie potrebných informácií o území. Zabezpečujú

spojenie grafických a textovo-číselných údajov o objektoch, ako aj následné analýzy

53

javov a procesov v území. Modelovanie v prostredí GIS je perspektívnym a efektívnym

nástrojom tvorby a využitia modelov s cieľom skúmať, poznať a prognózovať

priestorové, časové a funkčné stránky geografickej sféry, s využitím poznatkov z teórie

informácie, systémov, kybernetiky, matematickej štatistiky a používania výpočtovej

techniky. Streit (1997) definuje GIS (geografický informačný systém) ako informačný

systém pre zhromažďovanie, obhospodarovanie, analýzu, modelovanie a vizualizáciu

geografických informácií. V ňom obsiahnuté údaje opisujú geometriu, typológiu,

tematiku (vlastnosti) a dynamiku (časové zmeny) geobjektov (Šimonides, 2006).

Geografický informačný systém (GIS) o pôde v komplexnom pojatí predstavuje

z hľadiska jeho budúceho vyhodnocovania a využitia optimálne prepojený systém

areálových a bodových informácií

o vlastnostiach pôdy a ostatných stanovištných faktoroch

o spôsoboch využitia pôd a ich manažmentu

o produkčnom potenciáli stanovíšť, kontaminácii a degradácii pôd

o vstupoch a výstupoch látok z pôdy a do pôdy, ich transformácii v pôde do

hydrosféry a transferu do rastlín, zvierat a človeka.

Databázové systémy o pôde, vode, lese a krajine ako základ GIS vyvíja celý rad

inštitúcií, sú však účelovo zamerané. To znamená, že tieto systémy riešia iba

obmedzenú problematiku, ktorá sa vzťahuje k zadanej úlohe. V žiadnom prípade

nemožno hovoriť o komplexnom informačnom systéme (Prax, Pokorný, 2004). Na báze

základných údajov o pôde boli vytvorené odvodené informácie dávajúce pôvodným

informačným zdrojom nový obsah s hlavným zameraním na potreby

národohospodárskeho a socioekonomického rozvoja SR. Východiskové, ale aj

odvodené informácie o pôde, uložené na elektronických médiách a využívané vo forme

Geografického informačného systému (GIS) o pôde, sú súčasťou informačného systému

o prírodných zdrojoch Slovenska (Streďanská, Buday, 2006).

1.2.1.7.8 Hárok Excelu pre rovnicu veternej erózie

WEQv9.03.xls je počítačovým spracovaním rovnice veternej erózie v programe

Excel. Vstupnými dátami do programu sú (1) všeobecné informácie ako klimatická

stanica, dĺžka a šírka pôdneho celku, počet rokov v rotácií atď, (2) manažment –

54

pestované plodiny, rastlinné zvyšky, (3) pôda – textúra, (4) drsnosť, (5) nechránené

vzdialenosti, (6) vegetácia, (7) erózia – percento erozívnych vetrov počas sledovaného

obdobia. (dostupný na internete:

<http://www.nm.nrcs.usda.gov/technical/tech-notes/agro/ag55.xls>

Obr. 25 [Hárok Excel pre WEQ]

1.2.1.8 Výber modelu pre stanovenie veternej erózie

Počítačový model bezchybne spracováva množstvo informácií a logické

dôsledky predpokladov. Aby však platnosť zostaveného počítačového modelu nebola

len otázkou viery užívateľa, musí byť dostatočne zdokumentovaný, jednoduchý, nie

zložitý ako modelovaný systém a musí mať jasný účel. Musí obsahovať rovnaké prvky

ako modelované územie. Kvalita modelu je závislá na kvalite vstupných informácií a

musí zjednodušiť realitu do pochopiteľnej formy. Model reprezentuje systém - popisuje

skupinu funkčných prvkov, ich chovanie a väzby v komplexnom celku. Pritom za

funkčné prvky môžeme považovať aj optimalizačné modely pre tvorbu a ochranu

krajinného a životného prostredia, znižovanie výrobných nákladov, zvyšovanie

produktivity a pod. Ide najmä o sektorovú delimitáciu, rozmiestnenie trvalých trávnych

porastov, rozptýlenú trvalú zeleň, vodohospodárske opatrenia, protierózne opatrenia,

komunikačné opatrenia, špeciálne poľnohospodárske kultúry a usporiadanie pôdnych

celkov. Ich výstupom sú údaje o najvhodnejšom spôsobe dosiahnutia očakávaného

cieľa, rozhodovacie premenné sú možnosti, medzi ktorými je možné vyberať, a limity

ktoré obmedzujú výber rozhodovacích premenných. Simulovaný model už „nezvažuje“

55

čo by sa malo urobiť, aby bol dosiahnutý určitý cieľ, ale vyjasňuje čo sa stane, ak

nastane nami zvolená situácia. Účelom simulácie by malo byť predvídanie ako by sa

systémy mali chovať za určitých podmienok. Predpokladom pre správnu simuláciu sú

údaje, nad ktorými model pracuje. Typy údajov sú údaje vektorové, rastrové a

databázové, priestorovo lokalizované s objektovým usporiadaním a hierarchickou

štruktúrou. Popisujú geometrický tvar prvkov a ich obsah. Tu je nutné uvedomiť si ich

diferencovanú presnosť. Kým poloha a tvar prvkov (bodových, líniových a plošných) sa

viaže k požadovanej presnosti, obsah vo vnútri prvku nemusí nutne dosahovať takúto

presnosť, jeho presnosť je závislá od pôvodu údajov. Samozrejmosťou projektov sa

stáva tvorba a analýza digitálnych modelov terénu. Modelovanie nemusí nutne

znamenať drahé expertné systémy. Pri výbere simulačného modelu sa musí prihliadať

na cieľ výskumu, dáta, ktoré máme k dispozícii a na veľkosť skúmaného regiónu. Pre

charakteristiku vybranej lokality vo vzťahu k eróznemu ohrozeniu, je dôležité

predovšetkým porovnanie alebo zistenie rozdielov medzi rôznymi lokalitami,

prinajmenšom exaktným odhadom skutočného odnosu pôdy. To je možné už s relatívne

jednoduchým empirickým modelom. (Julény, J., Julény, A., 2001).

Kvalitu a vhodnosť zdrojov dát možno posúdiť v závislosti od nasledujúcich kritérií:

využiteľnosť povrchu plôch,

aktuálnosť,

miera a priestorové doriešenie,

stupne agregácie,

možnosť skreslenia dát,

digitálne alebo analógové dáta,

formát dát

Problémy, s ktorými sa možno stretnúť pri hľadaní vhodných dát:

problémy s dátami o pôde, ako aj s meteorologickými dátami,

vysoká priestorová variabilita pôdnych parametrov v rámci jedného regiónu,

nedostačujúce informácie o parametroch z modelovania fyzikálnych vlastností

pôdy,

problémy s dátami o rýchlosti a smere vetra v riešenej lokalite.

56

2 Cieľ práce

Cieľom práce je na základe analýzy súčasnej krajinnej štruktúry, pôdnych,

klimatických, eróznych podmienok, hospodárskych aktivít, pestovaných plodín

a prítomných bariér v riešenom území, využitím vhodných nástrojov na modelovanie

veternej erózie – programu WEPS 1.0, SWEEP a GIS vypočítať pôdnu stratu a zobraziť

jednoduché, podrobné výstupy pre ochranné plánovanie krajiny a projektovanie

protieróznych systémov.

Dosiahnutie cieľa uskutočňujeme pomocou nasledujúcich čiastkových krokov:

Analýza klimatických, pôdnych, hospodárskych podmienok potrebných pre

vstup do eróznych modelov

Posúdenie rozsahu veternej erózie na riešenom území pomocou BPEJ

a identifikácia eróziou najviac postihnutých pôdnych celkov

Zostavenie jednotlivých databáz (hydrológia, klíma, hospodárenie, pôda, osevné

postupy ) potrebných pre spustenie modelu WEPS 1.0 pre výpočet veternej

erózie

Vklad vstupov do modelu WEPS 1.0 veternej erózie

Simulácia a analýza rôznych pôdnych podmienok a osevných postupov vo

WEPS 1.0

Posúdenie vhodnosti využívania modelu WEPS 1.0 pre podmienky Slovenska

Simulácia konkrétnej veternej eróznej udalosti v troch transportných módoch

v programe SWEEP

Simulácia vplyvu vetrolamov na veternú eróznu udalosť v programe SWEEP

Modelovanie veternej erózie pomocou základnej rovnice veternej erózie WEQ

(Woodruff, Siddoway, 1965) podľa rovníc definovaných Skidmore (1986)

a podľa metódy popísanej v knihe “Soil And Water Conservation Engineering

(1993), kapitola 6 “Wind Erosion and Control Practices” (ďalej “CP”) využitím

geografických informačných systémov a výpočet pôdnych strát vetrom pre roky

2005-2008

Porovnanie dosiahnutých výpočtov vo WEPS 1.0 a GIS (podľa obidvoch

metodík)

Návrh protieróznych opatrení na základe dosiahnutých výsledkov simulácii

57

3 Materiál a metódy

3.1 Vymedzenie záujmového územia

Záujmové územie Šaľa a Kráľova nad Váhom, leží na západnom Slovensku

v Nitrianskom kraji, západne od okresného mesta Nitra. Šaľa je najmenším okresom

Nitrianskeho kraja (rozloha okresu 355,9 km2 predstavuje 5,6 % rozlohy kraja).

Katastrálne územie má severojužne pretiahnutý tvar, celková dĺžka od severnú po južnú

hranicu je 11,8 km, pričom v priečnom východno-západnom smere je to 7,4 km.

Celková plocha katastrálneho územia je 45,02 km2. Katastrálne územie mesta Šaľa

o celkovom obvode 38,0 km hraničí s 8 inými katastrálnymi územiami. Severná časť

hraničí s katastrálnymi územiami Močenok v  dĺžke 4,5 km a Dlhá nad Váhom 3,2 km.

Na západnej strane hraničí s katastrálnymi územiami Kráľová nad Váhom v celkovej

dĺžke 3,1 km a Diakovce 4,1 km. Na južnej strane hraničí s katastrálnymi územiami

Tešedíkovo v celkovej dĺžke 7,0 km, Žihárec 2,9 km a Selice 0,6 km. Na východnej

strane hraničí s katastrálnym územím Trnovec nad Váhom v celkovej dĺžke 12,6 km

(mapa 1 v prílohe).

Z hľadiska administratívno-organizačného je mesto rozčlenené na mestské časti,

urbanistické obvody a územno-priestorové celky. Prirodzeným kompozičným prvkom

prostredia je rieka Váh, ktorá rozdeľuje územie mesta na dve časti – časť pravobrežná

(jadrové mesto) a časť ľavobrežná – Veča. K mestu patrí aj osada Hetméň a Kilič. Obec

Kráľova nad Váhom leží na pravom brehu rieky Váh, v tesnej blízkosti vodného diela

Kráľova. Obec je vzdialená 4 km. S celkovou rozlohou katastrálneho územia 9,51 km²

patrí medzi najmenšie obce v okrese Šaľa. (Územný plán, 2004).

58

3.2 Charakteristika prírodných pomerov

3.2.1 Pôdne pomery

Pôdny kryt riešeného územia je podmienený predovšetkým vlastnosťami

abiotických prírodných faktorov, avšak je modifikovaný činnosťou človeka. Substrát

pre pôdny kryt, ktorý je tvorený väčšinou hlbokými bezskeletnatými pôdami, tvoria

holocénne sedimenty. Na nich sa vyvinuli pôvodom hydromorfné pôdy, avšak v rôznom

stupni vývoja - od hydromorfných fluvizemí glejových a fluvizemí modálnych cez

semihydromorfné čiernice až po terestrické, podzemnou vodou len výnimočne

ovplyvňované černozeme čiernicové. Zrnitosť, vodný a soľný režim pôd sú závislé na

ovplyvňovaní pôdneho profilu podzemnou i povrchovou vodou i na vlastnostiach

geologického substrátu. V severnej časti katastra dominujú pôdy čiernicového a

černozemného typu, pričom prevládajú černozeme, v depresných polohách čiernice

glejové až gleje. Výrazne odlišné pôdy charakteru antrozemí a kultizemí sa nachádzajú

v intraviláne mesta. V okolí intravilánu mesta je pomerne vysoký podiel výskytu

fluvizemí, na menších plochách sa vyskytujú čiernice a černozeme. V strednej časti

katastra (južne od železničnej trate a severne až severozápadne od Hetméňa) prevládajú

v blízkosti Váhu fluvizeme, v centrálnej časti a na západe zasa prevládajú černozeme a

čiernice. V južnej časti katastra výrazne prevládajú čiernice glejové (mapa 2 a 3

v prílohe, tabuľka 6).

Tabuľka 6 [Charakteristika HPJ]

Kód HPJ Charakteristika

01 FMmcfluvizeme typické karbonátové,

ľahké v celom profile, vysýchavé

02 FMmc fluvizeme typické karbonátové, stredne ťažké

03 FMmc fluvizeme typické karbonátové, ťažké

04 FMmc fluvizeme typické karbonátové, ťažké

12 FMG fluvizeme glejové, ťažké

16 ČMč černozeme čiernicové, ľahké, vysýchavé

17ČMčc

černozeme čiernicové, prevažne karbonátové,

stredne ťažké

18 ČMčc černozeme čiernicové, prevažne karbonátové, ťažké

59

Kód HPJ Charakteristika

19ČAmc

čiernice typické, prevažne karbonátové,

stredne ťažké až ľahké, s priaznivým vodným režimom

20 ČAmc čiernice typické, prevažne karbonátové stredne ťažké

24ČAm až

Čap čiernice typické až čiernice pelické, veľmi ťažké

27 ČAG čiernice glejové, ťažké, karbonátové aj nekarbonátové

28ČAG až

ČAp

čiernice typické až čiernice pelické,

veľmi ťažké, karbonátové aj nekarbonátové

31 ČA, SCčiernice typické a čiernice glejové, stredne

ťažké až ťažké, na sprašových a svahových hlinách

35 ČMmcčernozeme typické, karbonátové na karbonátových

aluviálnych sedimentoch, ľahké, vysýchavé

36 ČMmcčernozeme typické, karbonátové na karbonátových

aluviálnych sedimentoch, stredne ťažké

Vypracovala: Lenka Grešová, 2008

Na riešenom území sa nachádza celkovo 21 rôznych BPEJ s celkovou výmerou

4533,47 ha. Najzastúpenejšími BPEJ sú „0024004”, ktorá má takmer 18 % zastúpenie

na danom území, „0002002“ s takmer 17 % a „0020003“ s 13,27 % (tab. 7)

Tabuľka 7 [Zastúpenie bonitovaných pôdno-ekologických jednotiek na ornej pôde v riešených

katastrálnych územiach so stupňom ohrozenia veternou eróziou]

BPEJVýmera

(ha)

Výmera v

%Stupeň ohrozenia Výmera (ha) Výmera v %

0001001 242.34 5.35 3

387.01 8.540016001 44.46 0.98 3

0035001 100.20 2.21 3

0017005 214.30 4.73 2 621.08 13.70

0036005 8.18 0.18 2

0002005 398.60 8.79 2

60

BPEJVýmera

(ha)

Výmera v

%Stupeň ohrozenia Výmera (ha) Výmera v %

0002012 3.74 0.08 1

3525.372 77.76

0003002 76.18 1.68 1

0003003 159.84 3.53 1

0004004 17.90 0.39 1

0012003 8.83 0.19 1

0002002 768.88 16.96 1

0017002 384.66 8.49 1

0018003 384.52 8.48 1

0019002 162.71 3.59 1

0020003 601.39 13.27 1

0024004 797.45 17.59 1

0027003 4.39 0.10 1

0028004 43.01 0.95 1

0031002 3.22 0.07 1

0036002 108.62 2.40 1

Celková

výmera

BPEJ

4,533.47

* 28 – HPJ (hlavná pôdna jednotka)

Najzastúpenejšie BPEJ v riešenom území

Vypracovala: Lenka Grešová, 2008

Ohrozenosť pôd veternou eróziou podľa BPEJ

Podľa BPEJ 8,54 % výmery pôd spadá do tretieho stupňa erózne ohrozených pôd

veternou eróziou a 13,7 % výmery pôd do druhého stupňa. Spolu je teda na danom

území ohrozených približne 22,24 % pôd, čo predstavuje 1008,10 ha z celkovej výmery

BPEJ (mapa 21 v prílohe). Veterná erózia poškodzuje obyčajne plochy bez vegetačného

krytu v suchších obdobiach roka, a to najmä v severnej časti územia (okolie Veče) na

61

piesočnatých až hlinito-piesočnatých pôdach využívaných ako veľkobloková orná pôda.

Ochrana pôdy by mala byť založená najmä na vhodnom priestorovom členení pôdneho

fondu, výsadbe ochranných vegetačných pásov a vhodných osevných postupoch.

3.2.2 Klimatické pomery

Riešené územie spadá do teplej klimatickej oblasti Podunajskej nížiny, ktorá sa

vyznačuje teplou nížinnou klímou s dlhým až veľmi dlhým, teplým a suchým letom,

krátkou, mierne teplou, suchou až veľmi suchou zimou s veľmi krátkym trvaním

snehovej pokrývky. Priemerná ročná teplota kolíše v rozpätí 9-10 °C (priemerné teploty

júla sú 19-20 °C a januára -1 až -3 °C), priemerné ročné zrážky sú 500-600 mm.

Trvanie snehovej pokrývky je do 30-40 dní v roku. Grafy boli spracovávané z údajov

poskytnutých SHMÚ v Bratislave, za obdobie rokov 1982-2007, z priemerných

denných a subhodinových dát nameraných na meteorologickej stanici Veľké Janíkovce

(zemepisné súradnice: 48°16´44´´ s.š., 18°08´18´´ v.d., nadmorská výška 135 m n.m).

Janu

ár

Febru

ár

Marec Apr

ílMáj Jú

n Júl

Augus

t

Septem

ber

Októbe

r

Novem

ber

Decem

ber

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

Priemerná mesačná teplota(1982-2007)

Priemerná mesačná teplota v (°C)

Prie

mer

ná te

plot

a °C

Obr. 26 [Priemerné mesačné teploty vzduchu v °C (1982-2007) (SHMÚ, 2008)]

62

Janu

ár

Febru

ár

Marec Apr

ílMáj Jú

n Júl

Augus

t

Septem

ber

Októbe

r

Novem

ber

Decem

ber

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

Priemeré mesačné úhrny zrážok (1982-2007)

Priemeré mesačné úhrny zrážok v mm

Úhr

n zr

ážok

(mm

)

Obr. 27 [Priemerný mesačný úhrn atmosférických zrážok (mm) (1982-2007) (SHMÚ, 2008)]

Z hľadiska veternej erózie, vietor je hlavným eróznym faktorom, spôsobujúci vznik

a priebeh veternej erózie. Vplyv vetra na veľkosť pohybu pôdy je daný jeho rýchlosťou,

dobou trvania a prevládajúcim smerom pôsobenia. V okolí mesta Šaľa je výrazne

prevládajúci smer vetra severozápadný. Oblasť je zaradená medzi územie s priemerne

inverznými polohami.

NNE NEENE E

ESE SESSE S

SSW SWW

SW WWNW NW

NNW N

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

Rýchlosť vetra pre jednotlivé smery

Rýchlosť vetra v m/s pre jednotlivé smery

Rýc

hlos

ť ve

tra

v m

/s

Obr. 28 [Priemerná rýchlosť vetra (m/s) pre jednotlivé smery vetra (1982-2007) (SHMÚ, 2008)]

63

nne ne en

e ees

e se sse s

ssw sw wsw w

wnw nw nnw n

calm

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

Priemerná relatívna početnosť smerov vetra (%)

Priemerná relatívna početnosť smerov vetra (%)

Poče

tnos

ť sm

erov

vet

ra (%

)

Obr. 29 [Priemerná relatívna početnosť smerov vetra (%) (1982-2007) SHMÚ, 2008)]

3.3 Súčasná organizácia pôdneho fondu

Súčasná štruktúra krajiny odráža intenzívne využívanie prírodnej krajiny

človekom. Stupeň antropogénneho ovplyvnenia krajiny je veľmi vysoký. Výsledkom

antropického pôsobenia v krajine je vznik poloprirodzených a umelých prvkov, ktoré

spolu s prírodnými prvkami dotvárajú celkovú mozaiku súčasnej krajinnej štruktúry.

Okres Šaľa patrí k významným poľnohospodárskym oblastiam na Slovensku s vysokým

podielom poľnohospodárskej pôdy.

Podľa Atlasu krajiny (2002) je ekologická kvalita územia nepriaznivá. Územie sa

nachádza v ekologicky nestabilnom priestore. V katastrálnych územiach Šaľa a Kráľová

nad Váhom najväčšiu plochu zaberá poľnohospodárska pôda s výmerou 4109,882 ha.

Z nej má najväčšiu výmeru orná pôda s výmerou 3792,813 ha (92,28 %

poľnohospodárskej pôdy). Lesné plochy majú v katastrálnom území s výmeru 332,059

ha (tabuľka 8).

Tabuľka 8 [Štruktúra pôdneho fondu v riešených katastrálnych územiach Šaľa a Kráľová nad

Váhom]

Druh pozemku Výmera v ha % zastúpenie

Poľnohospodárska pôda 4109.882 76.61

Orná pôda 3792.813 70.70

TTP 132.888 2.48

64

Druh pozemku Výmera v ha % zastúpenie

Vinice 100.94 1.88

Záhrady 72.529 1.35

Ovocné sady 10.712 0.20

Lesné plochy 332.059 6.19

Vodné plochy 212.906 3.97

Zastavané plochy 640.61 11.94

Ostatné plochy 69.027 1.29

Spolu 5364.484 100,00

Vypracovala: Lenka Grešová, 2008

Súčasná krajinná štruktúra

Orná pôda TTP

Vinice Záhrady

Ovocné sady Lesné plochy

Vodné plochy Zastavané plochy

Ostatné plochy

Obr. 30 [Grafické znázornenie štruktúry pôdneho fondu]

3.3.1 Poľnohospodárstvo

Poľnohospodársku činnosť v území je sústredená v Roľníckom družstve Šaľa.

Činnosť družstva je zameraná na rastlinnú a živočíšnu výrobu. Družstvo obhospodaruje

celkom 33 km² plochy, t.j. na území katastra mesta Šaľa 18 km², v priľahlých katastroch

obcí Dlhá nad Váhom a Kráľová nad Váhom spolu 15 km². Celková pestovateľská

plocha v riešených územiach predstavuje výmeru 3679,07 ha, čo je 90 % z celkovej

poľnohospodárskej pôdy.

65

Najpestovanejšími plodinami v riešenom území boli v roku 2005 jačmeň jarný,

ktorý sa pestoval na 19,6 % pôdy a pšenica letná f. o. (16,6 %). V roku 2006 to boli

plodiny pšenica ozimná (30,2 %), jačmeň ozimný (17,5 %) a lucerna siata (14 %).

V roku 2007 bola opäť najpestovanejšou plodinou pšenica ozimná (34,4 %) a kukurica

na zrno (32,4 %). V poslednom roku 2008 to bola pšenica ozimná (24,8 %), jačmeň

jarný (15,5 %) a kukurica na zrno (14,9 %). V celkovom hodnotení pestovaných plodín

za obdobie 2005-2008 sa pšenica siata pestovala na 26,5 %, kukurica na zrno na 15,2 %

a jačmeň jarný na 10,9 % z celkovej pestovateľskej plochy (tabuľka 9).

Tabuľka 9 [Podiel pestovania jednotlivých plodín v riešenom území]

Vypracovala: Lenka Grešová, 2009

Ochranný účinok poľnohospodárskych plodín voči veternej erózii (Streďanský, 1993)

Keď odnos z čierneho úhoru považujeme za 100%, potom poradie jednotlivých plodín

od najhoršie chrániacich pôdu, po najlepšie, je nasledovné

Skoré zemiaky 74% Kukurica na zrno 47%

Pšenica jarná 61% Repka olejka 46%

Kukurica na siláž 60% Pšenica letná f.o. 43%

Ovos siaty 58% Raž ozimná 43%

Jačmeň jarný 58% Slnečnica ročná 41%

Repa cukrová 48% Lucerna siata 0% *

* (druhý

a ďalší rok)

66

LEGENDA

100% odnos

50% odnos

Obrázok 31 [Grafické znázornenie ochrany pôdy jednotlivými plodinami (Streďanský, 1993)]

1. Slnečnica ročná (Heliantus annus)

2. Pšenica letná f. o. (Triticum aestivum)

3. Repa cukrová (Beta provar. Altissima

(DOELL))

4. Kukurica siata (na siláž) (Zea mays)

5. Jačmeň jarný (Hordeum sativum)

6. Lucerna siata (Medicago satica)

7. Kukurica siata (na zrno) (Zea mays)

8. Strukoviny krmné

9. Strniskové miešanky

3.3.2 Lesné hospodárstvo

Územie okresu patrí medzi najchudobnejšie na lesné porasty. Lesnatosť

predstavuje iba necelé 4 % z celého územia. Bloky lesných pásov sú v riešenom území

sústredené pri rieke Váh a vo fragmentálnom rozptyle mimo hranice zastavaného

územia mesta Šaľa a obce Kráľová nad Váhom.

3.4 Podkladové materiály

1. Mapové podklady :

- Základná mapa SR v mierke 1 : 10 000

- Ortofotomapa (EUROSENSE, s.r.o.)

- Mapy BPEJ v digitálnom tvare, mierka 1:5 000 ( Výskumný ústav

pôdoznalectva a ochrany pôdy, Bratislava)

- Atlas krajiny Slovenskej republiky, 2002

- Hospodárska mapa v mierke 1:25 000 (Roľnícke družstvo Šaľa)

2. Textové podklady:

- Územný plán mesta Šaľa, 2004

- Hospodárske pomery a výsledky hospodárenia v Roľníckom družstve Šaľa

v rokoch 2005-2007

67

3. Softvér:

- WEPS 1.0 (program je voľne dostupný na web stránke WERU:

<http://www.weru.ksu.edu/weps>

- SWEEP

- ArcView GIS 3.2, ArcGIS 9.2

3.5 Metodický postup riešenia práce

Pre riešenie doktorandskej dizertačnej práce bol zvolený metodický postup,

ktorý je rozdelený do niekoľkých krokov.

Prvým krokom bol výber záujmového územia. Výber bol podmienený výskytom

potenciálnej veternej erózie v lokalite. Zvolili sme si dve katastrálne územia – Šaľa

a Kráľová nad Váhom, v ktorých sme postupne podľa získaných podkladových

materiálov analyzovali klimatické, pôdne, hospodárske podmienky, ktoré sú

nevyhnutnou súčasťou vstupov do eróznych modelov. Z týchto analýz sme zhotovili

mapové výstupy, ktoré zahŕňajú súčasnú krajinnú štruktúru v riešených katastrálnych

územiach (mapa 3 v prílohe), zastúpenie bonitovaných pôdno-ekologických jednotiek

na riešenom území a ohrozenosť územia veternou eróziou podľa BPEJ (mapa 4

v prílohe). Grafické výstupy boli vyhotovené v programe ArcView GIS 3.2 a následné

analýzy a kalkulácie v programe ArcGIS 9.2.

Pomocou bonitovaných pôdno-ekologických jednotiek sme posúdili rozsah

veternej erózie a identifikovali pôdne celky najviac náchylné na veternú eróziu. Model

WEPS 1.0 pracuje s databázami, ktoré obsahujú presne definované údaje pre výpočet

veternej erózie v tomto programe. Pre zostavenie databáz (hydrológia, klíma,

hospodárenie, pôda, osevné postupy) sme použili rozpracované analýzy podmienok

v území. Užívateľské rozhranie dovoľuje vložiť údaje o počiatočnom stave simulovanej

oblasti (rozmery pôdneho celku, jeho orientácia, bariéry, lokalizácia, hospodárenie

a štruktúra pôdy). Po vytvorení potrebných databáz a zadaní vstupov do modelu

veternej erózie program pomocou siedmych submodelov (hydrológia, hospodárenie,

pôda, plodiny, rozklad zvyškov, erózia), simuluje rôzne podmienky a osevné postupy

charakteristické pre danú oblasť v rôznych časových obdobiach. Získali sme detailné

výstupy vrátane pôdnej straty v troch módoch: saltácia, suspenzia a čiastočiek PM 10

pre jednotlivé BPEJ, osevné postupy a bariéry prítomné v území. Analýzou

dosiahnutých výstupov sme posúdili vhodnosť využívania modelu pre podmienky

68

Slovenska. Keďže sa veterná erózia v podmienkach Slovenska ako jav vyskytuje len

niekoľkokrát do roka (údaje sa rôznia od jedného dňa po maximálne desať dní), pre

porovnanie sme použili model, ktorý je súčasťou modelu WEPS. Model SWEEP

umožňuje podrobnejšie určenie príčin a následkov veternej erózie v subhodinových

intervaloch za časové obdobie jeden deň a taktiež poskytuje výstupy pôdnych strát

v troch módoch pohybu. Pri modelovaní veternej erózii a hlavne pri následnom

plánovaní ochranných opatrení je dôležitým krokom aj analýza bariér v území a ich

vplyv na odnosy pôdy vetrom. Program SWEEP poskytuje detailné informácie o vplyve

vetrolamov (priepustných, polopriepustných) na znižovanie dopadov erózie v územiach

s ich výskytom. Samozrejme pri modelovaní erózie v programových modelov musíme

brať do úvahy ich subjektívnosť z pohľadu procesov a krokov postupností, ktoré pri

modelovaní prebiehajú a nie vždy sú užívateľom do podrobnosti popísané. Preto sme

ako posledný model použili stále používanú rovnicu veternej erózie WEQ (Woodruff,

Siddoway, 1965) a spracovali ju pomocou dvoch metodík (Skidnomre, 1986 a Wind

Erosion and Control Practices, 1993, (ďalej len „CP“) s dostupnými dátami v programe

GIS pre roky 2005-2008. Následne sme porovnali všetky dosiahnuté výstupy.

Poslednou časťou tejto výskumnej práce je návrh spôsobov hospodárenia na

riešenom území, návrh osevných postupov podľa výstupov z erózneho modelu

smerujúcich k ochrane pôdy, zníženiu rozsahu veternej erózie a tým aj k zvýšeniu

ekologickej stability v území. Vypracovali sme aj návrhový plán siete vetrolamov

v území, ktorý by výrazne prispel k zníženiu eróznych odnosov vetrom a zároveň by sa

vo výraznej miere podieľal na zvýšení ekologickej hodnote územia, ktorá je

v súčasnosti veľmi nepostačujúca. K jednotlivým návrhovým opatreniam vypracujeme

mapové a tabuľkové podklady.

3.6 Systém prognózy veternej erózie (WEPS)

WEPS je počítačový model veternej erózie pracujúci v denných časových

krokoch, ktorý simuluje počasie, pôdne podmienky a eróziu. Ako taký nesimuluje len

základné erózne procesy, ale taktiež procesy, ktoré modifikujú náchylnosť pôdy na

veternú eróziu. Prvá sprístupnená verzia je WEPS 1.0 a je navrhnutá tak, aby

užívateľovi poskytovala jednoduchý modul na vstup počiatočných podmienok, výpočet

pôdnych strát a zobrazenie jednoduchých, ale detailných výstupov pre návrhy opatrení

na ochranu pred veternou eróziou.

69

3.6.1 Geometria vo WEPS

Kvôli zjednodušeniu vstupov bol WEPS 1.0 navrhnutý s určitými obmedzeniami

geometrických tvarov pri špecifikácii simulovanej oblasti alebo pôdneho celku (obr.

32). Simulovaná oblasť je limitovaná geometrickými tvarmi obdĺžnik, kruh a polkruh

definovaním pravouholníka rovnakej dĺžky, šírky a plochy požadovaného tvaru. Aby

bol pôdny celok orientovaný správne v krajine kvôli účinkom meniacim sa smerov vetra

simulovaná oblasť sa dá v hlavnom okne otáčať o 360°.

Obrázok 32 [Popis geometrie vo WEPS 1.0 (WEPS-Tech, 2008)]

Jednému simulovanému pôdnemu celku môže byť v programe priradený len jeden

pôdny druh (rovnaké pôdne vlastnosti), druh plodiny (vlastnosti biomasy)

a hospodárenie na pôdnom celku. V skutočnosti však pôdne celky nie sú homogénne,

preto si užívateľ musí vyberať hlavné - kritické (najerodibilnejšie) pôdne charakteristiky

alebo osevné postupy na simuláciu. Bariéry môžu byť umiestnené, na ktorejkoľvek

strane pôdneho celku ako aj kdekoľvek na pôdnom celku (SWEEP). Ak sú bariéry

prítomné, rýchlosť vetra je znížená v chránených oblastiach na záveternej aj náveternej

strane bariér. Submodel erózie určuje kritické hodnoty rýchlosti, pri ktorej sa objavuje

erózia pre všetky pôdne podmienky. Ak rýchlosť vetra prekročí túto hodnotu, submodel

počíta pôdne straty/nánosy na skupine jednotlivých buniek v gride reprezentujúcich

pôdny celok. Pôdna strata/nános je rozdelená do troch zložiek pohybu pôdnych častíc,

a to saltácia, gúľanie častíc po povrchu a suspenzia pretože každý z týchto pohybov má

osobitý transportný režim ako aj mimo miestny dopad. Pôdny povrch je počas simulácií

pravidelne aktualizovaný. Aktualizácia povrchu počas simulácie zahŕňa zmeny pri

rozdelení veľkosti agregátov na povrchu, keďže jemné častice sú odstraňované

a depresie na povrchu sú zapĺňané erodujúcim materiálom.

70

3.6.2 Implementácia modelu WEPS 1.0

Štruktúra modelu WEPS 1.0 pozostáva z vedeckého modelu, kódovaného

v jazyku FORTRAN 95 spojený s grafickým prepojením užívateľa, ktorý je kódovaný

v JAVA. Tento model zahŕňa 5 databáz, 2 modely simulácie počasia a 6 submodelov

(obr.33).

Obrázok 33 [Štruktúra modelu WEPS]

Užívateľské prepojenie slúži ako prostriedok pre užívateľa na zadanie

počiatočných podmienok ako sú rozmery pôdneho celku, orientácia bariér, lokalizácia,

agrotechnické operácie a pôdne zloženie. Rozmery pôdneho celku sú definované

dĺžkou, šírkou a orientáciou. Užívateľ si vyberie typ bariéry zo zoznamu, ktorý je

súčasťou hlavného okna programu. Pre lokalizáciu si užívateľ vyberie konkrétnu oblasť

a katastrálne územie alebo zadá zemepisnú šírku a dĺžku simulovanej oblasti.

V hlavnom okne sa potom vyberie meteorologická stanica, z ktorej sa čerpajú historické

dáta na simuláciu parametrov počasia. Pôdny druh sa volí zo zoznamu, ktorý je

súčasťou databázy VÚPOP. Operácie týkajúce sa hospodárenia na pôdnom celku

a dátumy sú zozbierané v editore pre rotáciu poľnohospodárskych plodín WEPS

71

(MCREW), tabuľkový editor. Po zadaní týchto vstupov užívateľom, program sprístupní

päť databáz - klímu, pôdu, hospodárenie, bariéry, rast plodín a rastlinné zvyšky na

simuláciu. Tieto databázy poskytujú potrebné parametre pre umiestnenie a podmienky

simulované tak ako boli zadané užívateľom. Program zaznamenáva informácie potrebné

pre simulácie WEPS, získané od užívateľa a databáz do vstupných súborov. Program

taktiež zapojí submodel počasia, aby vygeneroval súbory obsahujúce zrážky,

maximálnu a minimálnu teplotu, solárne žiarenie a teplotu rosného bodu ako aj smer

a rýchlosť vetra. Tieto vstupné súbory pre danú simuláciu sú zapísané v programe

WEPS ako „Run“. Aby bol čas kalkulácií čo najnižší, v programe WEPS sa využíva

denný časový krok, okrem vybraných podprogramov v hydrologických a eróznych

submodelov, ktoré môžu využiť hodinové alebo subhodinové časové kroky (napr. 15

minút). Vedecký model vychádza zo vstupných súborov „Run“ a spúšťa submodely

hydrológie, pôdy, plodín a ich rozkladu, ktoré zodpovedajú za zmeny v erodibilite

pôdneho povrchu vplyvom hospodárenia a počasia. Ak sú pôdne podmienky také, že sa

môže erózia vyskytnúť pri maximálnej rýchlosti vetra za deň, program erózneho

submodelu sa spustí na výpočet pôdnej straty alebo nánosu. Erózia pôdy v programe

nastáva ak rýchlosť vetra prekročí hranicu rýchlosti pohybu saltácie pre podmienky

danej pôdy a prítomnej vegetácie. Po spustení submodelu, trvanie a intenzita erózneho

procesu závisí na rýchlosti vetra a na vývoji podmienok pôdneho povrchu.

3.6.3 Využitie modelu WEPS 1.0

WEPS je komplexný model veternej erózie s mnohými možnosťami pre vstupy

a výstupy. Na hlavnej obrazovke sa zadávajú štyri typy informácií: 1) popis tvaru

simulovanej oblasti definovaním rozmerov a orientácie pôdneho celku, 2) výber

umiestnenia pôdneho celku, pre ktorý chceme generovať simuláciu počasia, 3) výberom

pôdy, a 4) výberom variantu hospodárenia. Pri striedaní vstupov, konkrétne typu

hospodárenia na pôdnom celku, užívateľ môže porovnať rôzne alternatívy na kontrolu

pôdnych strát vetrom. Interpretácia výstupov z programu WEPS je neoddeliteľnou

súčasťou využívania programu WEPS ako nástroja na rozvoj ochranných plánov na

kontrolu veternej erózie. WEPS poskytuje detailné výstupy pre určité obdobia vrátane

pôdnych strát v procese saltácie, gúľaním po povrchu, suspenzie a PM-10. V programe

sa dajú zobraziť aj výstupy určitých cyklov dostupných pre parametre počasia ako

energia vetra ale aj pôdne podmienky ako napríklad pôdna erodibility a množstvo

72

biomasy. Takéto informácie sú užitočné na stanovenie tých období, ktoré vyúsťujú do

intenzívnych erózií a podmienky, ktoré sa podieľajú na stratách. Výstupy WEPS takisto

zahŕňajú množstvo strát z každého smeru, ktorý pomáha užívateľovi pri umiestňovaní

bariér, pásového pestovania plodín a ďalších kontrolných metód pri erózií. WEPS má aj

možnosť viacnásobne spustiť alternatívy hospodárenia, čím dovoľuje ich jednoduché

porovnanie. Zhrnutie priebehu simulácie zobrazí užívateľské informácie, vstupné dáta

simulácie a základné informácie podľa ročných rotácií a priemernú ročnú stratu pre

celkovú simuláciu. Výstupy straty pôdy v zhrnutí simulácie zahŕňajú: hrubú stratu,

priemernú eróziu na pôdnom celku, celkovú stratu, priemernú celkovú čistú stratu na

pôdnom celku, gúľanie po povrchu/saltácia, priemernú stratu gúľaním po povrchu plus

saltáciou ako čistou stratou z pôdneho celku, suspenziu, priemernú stratu suspenziou

ako čistú stratu z pôdneho celku a PM-10, priemernú čistú stratu častíc s priemerom

menším ako 10 µm z pôdneho celku.

Obrázok 34 [Užívateľské rozhranie programu WEPS 1.0]

3.6.4 Analýza užívateľského rozhrania

Panel náhľadu na pôdny celok je umiestnený v strede hlavného okna programu

WEPS 1.0. Slúži na informatívnu ukážku veľkosti, tvaru a orientácie pôdneho celku.

73

Informačný panel veterných bariér slúži na výber umiestnenia bariéry na pôdnom celku

a na zobrazenie prítomných bariér na pôdnom celku. Umiestnenie bariéry je označené

na strane pôdneho celku, na ktorý je bariéra umiestnená ako napríklad „N“ pre sever,

„S“ pre juh, „E“ pre východ a „W“ pre západ. Typ bariéry sa vyberie zo zoznamu

v paneli. Funkcia „Editácia zvolenej bariéry“ slúži na zmenu šírky, dĺžky a priepustnosti

danej bariéry. Červeno-žltý pás na severnej strane pôdneho celku zobrazuje danú

bariéru. Tento panel slúži len na vizuálnu ukážku a nedá sa editovať.

Obrázok 35 [Panel „bariéry“, (WEPS 1.0)]

Informácie o simulácii

Užívateľské informácie o danej simulácii sú zadávané v ľavom hornom paneli,

ktorý je označený ako “Simulation Run Information”. Názov pôdneho celku pre novú

simuláciu sa zadá do príslušnej kolónky v paneli. Táto informácia má len informatívny

charakter a neovplyvňuje výsledky simulácie WEPS.

Informácie o pôdnom celku

Informačný panel s informáciami o geometrii pôdneho celku slúži na popis tvaru

(X-dĺžka, Y-šírka, orientácia) simulovanej oblasti.

Výber lokalizácie

Výberom lokalizácie v programe WEPS definujeme súradnicové umiestnenie

pôdneho celku, ktorý podlieha simulácií. Pomocou zadefinovania umiestnenia pôdneho

celku program následne určí najvhodnejšiu meteorologickú stanicu pre dané územie,

(CLIGEN a WINDGEN), ktoré budú následne v simulácií využité. Umiestnenie sa

vyberie zo zoznamu krajín a katastrálnych území, ktoré sa nachádzajú v databáze

programu alebo po zadaní zemepisnej šírky a dĺžky sa následne priradí daná oblasť.

74

Kalibrácia pre simuláciu WEPS

Rozdiely v rastlinnej produkcii, hospodárení alebo v klimatických

charakteristikách a pôdnych vlastnostiach si vyžaduje kalibráciu dát vytvorených pre

WEPS, ktoré neodrážajú skutočné parametre získané producentom. WEPS poskytuje

metódu kalibrácie tak, že presnejšie odrážajú údaje o oblasti ako celku.

Implementácia užívateľského rozhrania a Vedecký model

Vstupy do vedeckého modelu sú sériou ASCII vstupných súborov. Tieto vstupné

súbory sú: Windgen súbor (*.win), Cligen súbor (*.cli), súbor počiatočných pôdnych

podmienok (*.ifc), súbor hospodárenia (*.man) a spustiteľný súbor (weps.run). Cez

užívateľské rozhranie, užívateľ vie jednoducho zadať informácie potrebné na tvorbu

a úpravu vstupných súborov. Po zadaní, rozmerov pôdneho celku jeho umiestnenia,

pôdnych podmienok a hospodárenia rozhranie najprv spustí CLIGEN a WINDGEN

generátory počasia, ktoré vytvoria WINDGEN a CLIGEN súbory na simuláciu. Po

ukončení priebehu vedeckého modelu rozhranie prečíta a zobrazí výstupy.

3.7 Program na vyhodnotenie erózneho javu (SWEEP)

Program na vyhodnotenie jednorazového javu veternej erózie (Single-event

wind erosion evaluation program - SWEEP) je počítačový model, ktorý simuluje

jednorazový jav veternej erózie v časovom období od začiatku po koniec jedného

erózneho javu v hodinových, prípadne subhodinových intervaloch (30 min., 15 min).

Model pozostáva z erózneho submodelu WEPS spojeného s jednoduchým grafickým

prepojením s užívateľom. (USDA-ARS, 2008).

75

3.7.1 Submodel erózie

Obrázok 36 [Schematická konfigurácia simulovanej oblasti (USDA-ARS, 2008)]

Predmetom modelu SWEEP je (podľa manuálu USDA-ARS z februára 2008)

simulovať zložky pôdnej straty a ukladania častíc na pôdnom celku obdĺžnikového

tvaru vzhľadom na rýchlosť vetra, smer vetra, orientáciu pôdneho celku a podmienky na

pôdnom povrchu na subbodinovej báze (obr. 36). V modeli SWEEP, môžu byť bariéry

umiestnené na hraniciach ako aj vo vnútri pôdneho celku. Ak je bariéra prítomná,

rýchlosť vetra je redukovaná v chránených oblastiach na náveternej ako na záveternej

strane bariéry. Model determinuje kritické rýchlosti, pri ktorých sa jav veternej erózie

uskutoční, pri akýchkoľvek pôdnych podmienkach. Ak rýchlosť presiahne kritickú

rýchlosť, model počíta pôdnu stratu/nános pôdy na skupine jednotlivých rastrových

buniek reprezentujúcich pôdny celok. Pôdna strata/nánosy sú rozdelené do módov

saltácia/gúľanie po povrchu a suspenzia, pretože každý mód sa vyznačuje špecifickými

charakteristikami ako aj mimo miestnym dopadom. Pôdny povrch je v programe

pravidelne aktualizovaný kvôli zmenám spôsobeným eróziou v priebehu simulácie.

76

Parametre popisujúce podmienky pôdneho povrchu

Obrázok 37 [Parametre popisujúce pôdne podmienky na povrchu pôdy vstupujúce do erózneho

submodelu. (USDA-ARS, 2008)]

Drsnosť pôdneho povrchu sa delí na pravidelnú a náhodnú. Použité parametre sú

štandardnou odchýlkou výšky povrchu pre náhodnú drsnosť a výšky, šírky vrcholu

brázd a vzdialenosti brázd pre pravidelnú drsnosť. Povrchová pokrývka je znázornená v

troch stupňoch. V prvom stupni, štrk, agregáty a pôdny prísušok zaberajú 100 percent

povrchu. V druhom stupni, parametrom je frakcia pôdneho prísušku na povrchu pokrytá

kyprou, erodovateľnou pôdou. Ak pôdny prísušok nie je prítomný, tento parameter je

vždy nulový. V treťom stupni, parametrom je frakcia celkového povrchu pokrytá

plošnou, rôznorodou vegetáciou (obr. 37).

Hustota a veľkosť agregátov sú pôdne parametre, ktoré udávajú pôdnu mobilitu.

Suchá mechanická stabilita zhlukov častíc je vstupným parametrom, ktorý indikuje ich

odolnosť k abrázii vplyvov erodujúcej pôdy. Povrchová vlhkosť je tiež vstupom

používaným na nárast prahu intenzity trenia, pri ktorom erózia začína.

Obrázok 38 [Dynamická rýchlosť nad stojacou vegetáciou, ktorá je redukovaná o dynamickú

rýchlost pod stojacou vegetáciou. (USDA-ARS, 2008)]

77

Rovnomerne usporiadaná stojaca vegetácia je 5 až 10 krát viac efektívnejšia v

redukovaní veternej erózie ako plochá vegetácia, a preto stojacia vegetácia vstupuje do

programu ako samostatný parameter. Dynamická rýchlosť vetra nad stojacou vegetáciou

je redukovaná o plochu listov a stoniek, aby získala rýchlosť na povrchu, ktorá je

potrebná na spustenie erózneho javu. (obr. 38). Listy sú predstavované indexom listovej

plochy a stonky indexom plochy stonkovej siluety.

Pôdny transport počas veternej erózie sa objavuje v troch módoch: agregáty gúľajúce sa

na povrchu (0,80 – 2,0 mm), agregáty pohybujúce sa skokmi (0,1-0,80 mm) a agregáty

vznášajúce sa vo vzduchu (s veľkosťou menej ako 0,01 mm). Zmeny v dynamickej

rýchlosti, hustoty agregátov a nanesených sedimentov môžu zmeniť hmotu agregátov

pohybujúcich sa v určitom režime. Saltácia a gúľanie po povrchu sú simulované ako

jeden transportný mód, pretože majú limitovanú kapacitu transportu, ktorá závisí najmä

na dynamickej rýchlosti a povrchovej drsnosti. Určitý podiel suspendovaných častíc je

simulovaný ako PM10 (rozptýlené čiastočky menšie ako 10 mikrometrov), ktoré

predstavujú veľké zdravotné riziko.

Obrázok 39 [Procesy simulované submodelom veternej erózie na holom povrchu v jednotlivých

rastrových bunkách. (USDA-ARS, 2008)]

Erózny submodel simuluje viacnásobné fyzikálne procesy erózie v jednotlivých

rastrových bunkách (obr. 39). Zdroje erodujúcej pôdy sú častice kyprej pôdy

a obrúsených agregátov tvoriacich sa v procesoch gúľania po povrchu a saltácie na báze

procesov a pôdnych charakteristík. Pôdne častice menšie ako 10 µmetrov (PM-10) sa

78

považujú za zložky suspenzie. Procesy zachytávania častíc v povrchových depresiách,

intercepcia rastlín (stonkami alebo listami) a lámanie pôdnych častíc v procese saltácie

alebo gúľania po povrchu a agregátov do veľkosti častíc pohybujúcich sa v móde

suspenzie patria k trom procesom ochudobňujúcim množstvo pôdnych častíc

pohybujúcich sa v procese saltácie a gúľania po povrchu.

Obrázok 40 [Priebeh rozptylu pôdnych častíc v smere prúdenia vzduchu (SWEEP, 2008)]

Typický priebeh rozptylu pôdnych častíc v smere prúdenia vzduchu vyjadruje

krivka medzi krivkou suspendovaných častíc a častíc saltujúcich/gúľajúcich sa po

povrchu pôdy (obr. 40). Zložky suspenzie v smere vetra po dĺžke pôdneho celku

narastajú napriek tomu, že častice gúľajúce sa po povrchu dosiahli transportnú kapacitu,

pretože zdroje častíc o veľkosti suspenzie sa nachádzajú pozdĺž celého pôdneho celku.

Medzi tieto zdroje patria emisie z kyprej pôdy, obrúsené a odlomené častice

z agregátov. Transportná kapacita suspendovaných častíc je oveľa väčšia ako častíc

pohybujúcich sa gúľaním po povrchu alebo saltáciou. Vertikálny rozmer transportnej

kapacity suspendovaných častíc je niekoľko kilometrov, zatiaľ čo vertikálny limit

saltujúcich častíc je približne jeden meter.

Výstupy erózneho modelu

Erózny model kalkuluje celkovú stratu suspendovaných častíc a stratu PM-10

v každej rastrovej bunke na pôdnom celku. Dáta v rastrovej bunke sú sumarizované

v ostatných častiach WEPS a hlásia užívateľovi priemerné hodnoty na pôdnom celku

počas zvoleného obdobia. Tieto neskoršie výstupy sú užitočné na hodnotenie dopadov

mimo miesta vzniku v akomkoľvek smere pre erodovaný pôdny celok.

79

3.8 Rovnica veternej erózie (ArcView GIS 3.2, ArcGIS 9.3)

Pôvodná rovnica veternej erózie WEQ (rovnica 4) je v súčasnosti stále

používanou metódou na výpočet veternej erózie. Jej výpočet pomocou rovníc poskytuje

veľmi všeobecný údaj o množstve erózneho odnosu pôdy vetrom z riešeného územia.

Nerieši lokálne problémy vyskytujúce sa na určitých kritických pôdnych celkov,

nezahŕňa vplyv a dosah vetrolamov prítomných na území, identifikuje jednotlivé

faktory ako priemerné hodnoty pre celé riešené územie. Pokúsili sme sa preto

o modelovanie tejto rovnice v programe ESRI. Zostrojením máp pre jednotlivé faktory

vstupujúce do rovnice veternej erózie a spresnením niektorých parametrov podľa WEPS

tech (1996) sme chceli poukázať na možnosti modelovania veternej erózie aj pomocou

základnej rovnice WEQ, ktorá je v porovnaní s pokrokovými modelmi veľmi

jednoduchým, no stále účinným modelom a môže taktiež poskytovať detailnejšie

výstupy a informácie o pôdnych stratách na riešenom území.

3.8.1 Klimatický faktor „C“

Na určenie priemernej ročnej straty pôdy pre rôzne klimatické podmienky bol

navrhnutý klimatický faktor (Chepil, Siddoway, Armbrust, 1962). Je to index veternej

erózie ako vplyvu vlhkosti na povrchu pôdnych častíc a priemernej rýchlosti vetra.

Klimatický faktor bol vyjadrený ako

C=386 × u3

(PE)2 (5)

kde

u - priemerná rýchlosť vetra za rok vo výške 9.1 m

PE - Thornthwaite index

hodnota 386 je indexom faktora pre podmienky v Garden City, Kansase (keďže

neexistuje hodnota zistená pre podmienky Slovenska, pre naše výpočty sme použili túto

hodnotu)

Thornthwaite vyvinul klimatický index na vyhodnotenie efektívnosti zrážok

PE index=3.16 ×∑i=1

12

¿¿ (6)

kde

P - priemerný mesačný úhrn zrážok (mm)

80

T - priemerná mesačná teplota v (°C)

Priemerná rýchlosť vetra v   jednotlivých mesiacoch

Janu

ár

Februá

r

Marec Aprí

lMáj Jú

n Júl

Augus

t

Septem

ber

Októbe

r

Novem

ber

Decem

ber

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

Rýchlosť vetra pre jednotlivé mesiace (1982-2007)

Obrázok 41 [Priemerná rýchlosť vetra pre jednotlivé mesiace za roky 1982-2007, (SHMÚ, 20087)]

V celej práci spracúvame časové obdobie 26 rokov, preto aj hodnota C faktora je

vypočítaná pre to isté časové obdobie pre ľahšie následné porovnávania. Aj keď je

hodnota C faktora pre takéto obdobie diskutabilná, pretože pri veternej rýchlosti sú pre

nás podstatné nárazové rýchlosti vetra ako aj rýchlosti vetra, ktoré sú kritické pre jav

veternej erózie a to hlavne v jarných a jesenných mesiacov. Preto vychádzať

z priemernej ročnej rýchlosti je podľa našich úvah nie celkom presné a dostatočné. Pri

charakteristike veterných pomerov je taktiež nutné definovať smer vetra ako aj vplyv

redukcie rýchlosti vetra vplyvom rôznych bariér prítomných v území, čím sa spresní

hodnota priemernej rýchlosti vetra, ktorá by mala pôvodne vstupovať do výpočtov

pôdnych strát. Podľa Woodruff a Siddoway (1965), ktoré sú prepracované v knihe

„Wind erosion and control practices“ (ďalej „CP“) a podľa technickej správy programu

WEPS, rýchlosť vetra je taktiež funkciou nechránenej dĺžky (definovaná dvomi

stabilnými plochami). Priemerná rýchlosť vetra bola preto upravená ďalej popísaným

spôsobom (3.8.1.1)

3.8.1.1 Výpočet dynamickej rýchlosti

Dynamická nazývaná aj ako frikčná rýchlosť je aerodynamická veličina, ktorá sa

používa pri štúdiách prúdenia nad drsným povrchom. Dynamická rýchlosť narastá so

zväčšujúcim sa parametrom dynamickej drsnosti povrchu alebo porastu.

81

V programe WEPS je dynamická rýchlosť modelovaná v dvoch krokoch (Hagen, 1995).

V prvom kroku, dynamická rýchlosť na meteorologickej stanici (DUMS) sa vypočíta

pomocou logaritmickej rovnice 7. V druhom kroku sa dynamická rýchlosť na pôdnom

celku DUR vypočíta z Lettauovej rovnice 8 (Lanofsky a Dutton, 1984). Potom sa

nasimuluje ochranný účinok každej bariéry. Tento postup bol použitý aj pre

modelovanie rýchlosti pre C faktor v prostredí GIS pre následné ľahšie porovnanie

dosiahnutých výsledkov.

Pre každú bariéru sme podľa jej výšky, šírky a priepustnosti vypočítali

charakteristiky v celej oblasti. Pre každý bod (bunku v gride vo vrstve rastra), bola

dynamická rýchlosť vynásobená redukčným faktorom pre dosiahnutie konečnej

dynamickej rýchlosti (rovnica 10). Výstupný model obsahuje dve mapy. Prvá mapa

zobrazuje konečnú dynamickú rýchlosť a druhá mapa zobrazuje oblasti náchylné na

veternú eróziu.

Obrázok 42 [Schéma modelu GIS]

DU MS=

0,4∗U MS

ln( za

zz 0 ) (7)

kde

82

DUMS – dynamická rýchlosť na meteorologickej stanici (m/s)

UMS – rýchlosť vetra na meteorologickej stanici (m/s)

za – výška anemometra na meteorologickej stanici (mm)

zz0 – aerodynamická drsnosť na meteorologickej stanici (25 mm)

DU R=DU MS ×( z0R

z z 0)

0,067

(8)

DUR – dynamická rýchlosť v subregióne (m/s)

z0R – aerodynamická drsnosť v subregióne (mm)

Tabuľka 10 [Hodnoty parametra dynamickej drsnosti porastov z0 v období mesiaca máj (Novák,

1989)]

PlodinaHodnoty parametra

dynamickej drsnosti z0 (mm)

Obilniny ozimné 10

Obilniny jarné 20

Kukurica siata 18

Repa cukrová 20

Slnečnica ročná 18

Trávne miešanky 30

Sója fazuľová 20

Lucerna siata 100

Vodná plocha 0,05

Neporastená plocha 15,7

Vinice 100

Les 200

Zastavaná plocha 2500

Hodnoty parametra drsnosti pre pôdny povrch bez porastu boli určené podľa Saleh

(1997)

z0=0,0315 ×C rr+1,289 ×C rr2 +0,045 × K r

0,61 (9)

83

kde

Crr – náhodná drsnosť (m)

Kr - pravidelná drsnosť (m)

Hodnota Kr bola stanovená podľa Vránu (1977) pre orbu na 10,2 cm a hodnota

Crr podľa agronomického manuálu WEQ pre agronomický úkon orba na 4,83 cm.

Hodnota z0 pre pôdny povrch po orbe je 1,57 cm, čo sa približne rovná hodnote 2 cm

ktorú uvádza Novák (1989). Parameter dynamickej drsnosti z0 pre holý povrch po

agrotechnickom úkone sejba a pre orbu v prípade brázd rovnobežných so smerom

prevládajúceho vetra bol stanovená podľa Nováka (1989) na 0,3 cm.

Tabuľka 11 [Hodnoty parametra dynamickej drsnosti holého povrchu z0]

Pôdny povrch z0 (mm)

Pôda po orbe 15,7

Pôda po sejbe 3

Výsledná dynamická rýchlosť DUR je upravená redukčným faktorom

dynamickej rýchlosti FUMbr v akejkoľvek vzdialenosti od bariéry. Vo verzii WEPS

z roku 1999, je redukčný faktor definovaný podľa rovnice 9. Vplyv vetrolamov je

v prostredí GIS modelovaný podľa podmienok dynamickej rýchlosti, ktorá je funkciou

rýchlosti a smeru vetra, vzdialenosti od bariéry, výšky vetrolamu jeho priepustnosti,

šírky a orientácie. Profil rýchlosti vetra vzhľadom na prítomnú bariéru je zobrazený na

obr. 33. Oblasť chránená bariérou je úmerná výške vetrolamov a horizontálne

vzdialenosti sú zvyčajne vyjadrené vo vzťahu k výškovým jednotkám. Aby sme dosiahli

namodelovanie vplyvu vetra pred aj za bariérou, vytvorili sme mapu nechránených

dĺžok v severozápadnom (proti smeru vetra) a juhozápadnom smere (v smere vetra)

a vypočítali sme redukciu dynamickej rýchlosti pre oba smery, ktoré sme navzájom

vynásobili čím nám vznikla mapa dynamickej rýchlosti vetra v subregióne s vplyvom

bariér.

Ďalším parametrom ovplyvňujúcim rýchlosť vetra je drsnosť pôdneho povrchu z0,

ktorého hodnoty pre jednotlivé povrchy sú uvedené v tabuľke 10.

84

Obrázok 43 [Profil rýchlosti vetra vzhľadom na prítomnú bariéru (WEPS Tech, 1996)]

FUM br=1−exp [−0,0486∗|xp|1,2 ]+0,671∗exp [−0,000165∗( xp+5 )4,66 ] (9)

kde

XP - vzdialenosť od bariéry paralelná so smerom vetra vzhľadom na výšku bariéry (m)

FUMbr - redukcia dynamickej rýchlosti stredne priepustnej bariéry

Vypočítaná dynamická rýchlosť DUR sa vynásobí redukčným faktorom FUMbr na

získanie konečnej dynamickej rýchlosti DURF

DU FR=FUMbr × DU R (10)

Pri modelovaní veternej erózie podľa Skidmore (1986) bol dosah bariéry

definovaný ako násobok jeho výšky (v prípade zastavaných plôch sme počítali

s hodnotou 150 m a v prípade vegetačných bariér 80 m – FUM80,150 ). Skidmore definuje

túto vzdialenosť ako plochu s nulovou eróziou, teda pri modelovaní sa erózia počítala za

touto hranicou.

DU FR=FUM80,150 × DU R (11)

Hnacou premennou pre transport pôdnych častíc je dynamická rýchlosť DVR (m/s),

ktorá je vo vzťahu s rýchlosťou vetra V(z) (m/s) vo výške z (m) v logaritmickej rovnici

(Panofsky a Dutton, 1984). Podľa upravenej dynamickej rýchlosti (FUMbr * DVR) sme

vypočítali požadovanú rýchlosť vo výške 9,1 m, ktorá

85

zahŕňa vplyv bariér ako aj aerodynamickú drsnosť pôdneho povrchu, čím sme dosiahli

variabilitu C faktora pre jednotlivé plochy.

U ( z )=DU R

k× ln( z−d

z0R )

(12)

U(z) – rýchlosť vetra v akejkoľvek výške (m/s)

K – von KARMAN konštanta = 0,4

z – výška, v ktorej sa rýchlosť počíta

(Zdroj: WEPS tech., 1996)

Efektívna výška porastu

Pri výpočte dynamickej rýchlosti vetra je potrebné poznať efektívnu výšku porastu d,

ktorú možno približne určiť zo vzťahu

d=23

zr (13)

kde

d – efektívna výška porastu (m)

zr – výška porastu (m) (tab. 12)

Pre povrchy tvorené vodnou hladinou, neporastenou pôdou a nízkym porastom (zr<10

cm) možno uvažovať d = 0.

Tabuľka 12 [Výška jednotlivých plodín v jarnom období (máj)]

Plodina Výška (mm)

Pšenica letná f. ozimná 860

Slnečnica ročná 170

Jačmeň jarný 200

Jačmeň ozimný 720

Lucena siata (1. rok) 160

Repa cukrová 160

Kukurica siata 150

86

Plodina Výška (mm)

Sója fazuľová 100

Trávne miešanky 160

Tabuľka 13 [Vstupné dáta – úhrn zrážok (mm), teplota (°C), pre výpočet klimatického faktora C]

Mesiac

ÚZ

(mm) T (°C)

Január 64.06 -1,163

Február 62.52 0,415

Marec 72.12 4,824

Apríl 78.82 10,662

Máj 97.36 15,790

Jún 93.04 18,431

Mesiac

ÚZ

(mm) T (°C)

Júl 97.86 20,672

August 105.41 20,223

September 88.52 15,506

Október 81.00 10,303

November 82.82 4,5316

December 76.11 0,2156

V programe ArcView boli spracované dáta vstupujúce do klimatického faktora C, kde

boli následné vytvorené mapy C faktora pre roky 2004 a 2005, v prílohe mapy 6 a 7 pre

metodiku „CP (1993) a 8, 9 podľa metodiky Skidmore (1986).

3.8.2 Faktor erodovateľnosti pôd „I“

Je faktor erodibility, vyjadrený ako potenciálna priemerná ročná strata pôdy v 

t.ha-1, ktorá by sa na danom mieste vyskytla, ak by bola daná oblasť

Izolovaná – absencia prichádzajúcej

saltácie

Rovinatá, bez rôznych výčnelkov

Hladká – bez efektu drsnosti

Nechránená – bez prítomnosti bariér

Na miestach kde sa C faktor rovná 100

Holá – bez vegetačného krytu

Kyprá

I faktor závisí od percentuálneho obsahu pôdnych častíc väčších ako 0,84 mm.

I faktor bol zadefinovaný Chepilom (1960) porovnávaním vypočítaných hodnôt

relatívnej erodibility so skutočne nameranými hodnotami straty pôdy v podmienkach

Garden City v Kansase. Podľa percentuálneho zastúpenia častíc väčších ako 84 mm je

možné určiť hodnotu I faktora podľa tabuľky 14.

87

Tabuľka 14 [Faktor erodovateľnosti I (Woodruff, Siddoway, 1965)]

Obsah

neerodo-

vateľných

častíc v %

Faktor erodovateľnosti pôdy I (t/ha/rok)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 - 694.9 560.4 493.4 437.1 403.5 381.1 358.1 358.7 336.2

10 300.4 293.7 286.9 280.2 271.2 262.3 253.3 2443 237.6 237.6

20 219.7 213 206.2 201.7 197.3 192.8 186.1 181.6 177.1 170.4

30 165.9 161.4 159.2 154.7 150.2 145.7 141.2 139 134.5 130

40 125.5 121 116.6 114.3 112.1 107.6 105.4 100.9 96.4 91.1

50 85.2 80.7 74 69.5 65 60.5 26 53.8 54.6 49.3

60 47.1 44.8 42.6 40.3 38.1 35.9 34.9 33.6 31.4 29.1

70 26.9 24.7 22.4 17.9 15.7 13.4 9 6.7 5.7 4.5

80 4.2 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Tabuľka 15 [Hodnoty I faktora v závislosti od pôdneho druhu (WEQ, Handbook, 2002)]

Popis pôdneho druhu

Pôdny druh podľa

kategorizácie na

Slovensku

I faktorI faktor pri

závlahe

veľmi jemný piesok, jemný piesok alebo

hrubozrnný piesokpiesočnatá pôda 544 544

veľmi jemný hlinitý piesok, jemný hlinitý

piesok, hlinitý piesok, hrubozrnný hlinitý

piesok

hlinitopiesočnatá pôda 331 257

veľmi jemná piesočnatá hlina, jemná

piesočnatá hlina, piesočnatá hlina, hrubozrnná

piesočnatá hlina

piesočnatohlinitá pôda 213 139

88

Podľa údajov získaných z VÚPOP sme si zostrojili súčtové čiary zrnitosti pre každú

sondu v riešenom území a odhadli sme tak hodnotu obsahu zŕn (%) neerodovateľných

častíc, podľa ktorej sme z tabuľky 14 určili hodnotu I faktora v jednotlivých sondách.

Následnou interpoláciou sme vytvorili mapu I faktora pre celé riešené územie (mapa 10

v prílohe).

0.001 0.01 0.1 1 100

102030405060708090

100

Súčtová čiara sondy č. 3987

Súčtová čiara sondy č. 3987

priemer zŕn (mm)

obsa

h zŕ

n (%

)

Obrázok 44 [Súčtová čiara (VÚPOP, 1965)]

Druhý spôsob určenia I faktora (tabuľka 15) podľa druhu pôdy je veľmi nepresný,

keďže hodnoty I faktora v jednotlivých kategóriách majú veľké rozpätie.

3.8.3 Faktor drsnosti pôdy „K“

Faktor drsnosti je vyjadrením vplyvu hrebeňov a brázd vzniknutých pri orbe

a úkonoch sadenia na intenzitu erózie. V prevažnej časti výpočtov sa tento faktor

neberie do úvahy, teda vyjadrí sa hodnotou 1. Vrána (1977) vo svojej práci použil

hodnotu „ekvivalentnej drsnosti vĺn mikroreliéfu K´”, ktorá sa menila podľa stavu

povrchu pôdneho celku. Model rovnice veternej erózie Wind Erosion Equation

vyjadroval hodnotu K faktora podľa spôsobu agrotechnického obrábania pôdy a podľa

faktora erodibility I pre vybrané územie. Hrebene zachytávajú a znižujú veternú energiu

a zachytávajú pôdne častice. Prílišná drsnosť však spôsobuje turbulencie, ktoré môžu

spôsobovať zrýchľovanie pohybu častíc. Drsnosť pôdneho povrchu sa rozdeľuje na

pravidelnú (ridge alebo oriented) a na náhodnú (random). Pravidelná drsnosť sa dá

vypočítať pomocou nameraných dát (výška a vzdialenosť brázd, hrebeňov). Woodruff

a Siddoway (1965) uvádzajú vzťah na výpočet drsnosti hrebeňov

Kr=h2

s(mm) (14)

89

Obsah zŕn > 0,84 mm

podľa „CP“ (1993)

Kr=0,16 × h2

s(mm) (15)

(WERU, 1997)

K r=4× h2

s(inch) (16)

kde

Kr - drsnosť brázd v mm

h - výška brázdy v mm

s - vzdialenosť medzi brázdami v mm (v zásade platí, že h:4s)

Vzhľadom na nejasnosti pri tomto výpočte a odlišností rovníc pre výpočet

rovnakého parametra sme použili hodnotu drsnosti brázd podľa Vránu (1977) pre

čerstvo zorané pole s hrudkovitým a mierne drsným povrchom – 10,2 cm.

Z drsnosti brázd Kr sa faktor drsnosti vypočíta podľa závislosti určenej vzťahom

(Woodruff, Siddoway, 1965)

0 3 6 9 12 15 18 21 240.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Krivka závislosti pravidelnej drsnosti od faktora drsnosti

Drsnosť brázd "Kr" (cm)

Fakt

or d

rsno

sti K

Obrázok 45 [Krivka závislosti pravidelnej

drsnosti od faktora drsnosti (Woodruff,

Siddoway, 1965)]

K=0.34+ 12(K r+18)

+6.2 ×10−6× K r2

(17)

Jednou z možností ako určiť hodnoty nepravidelnej drsnosti je porovnanie obrázkov

(Allmaras, 1966) so skutočným stavom v sledovanej oblasti. Nepravidelná drsnosť je

definovaná ako štandardná odchýlka výšky drsnosti v mm.

90

10 mm 22 mm 10 m

19 mm 17 mm 6 mm

10 mm 19 mm

Obrázok 46 [Ukážky zistenej náhodnej drsnosti v sledovanom území porovnané s Allmaras 1966

(rozsah je definovaný na rozmer 1x1 m), (Grešová, 2009)]

Hodnoty nepravidelnej drsnosti boli určené podľa príručky RUSLE pre orbu na 4,83 cm

a pre sejbu a pre orbu s brázdami paralelnými so smerom prevládajúceho vetra na 1,02

cm. Následne boli z grafu odvodené hodnoty K faktora pre nepravidelnú drsnosť.

91

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

Vyjadrenie závislosti K faktora od nepravidelnej drsnosti v závislosti od faktora I

I < 138I = 213I = 257I = 331

Nepravidelná drsnosť (cm)

K fa

ktor

Obrázok 47 [Vyjadrenie závislosti K faktora od nepravidelnej drsnosti v závislosti od faktora I

(WERU, 1997)]

Saleh (1993) vyvinul metódu na meranie drsnosti pôdneho povrchu využitím

rolovacej reťaze. Táto metóda je založená na princípe reťaze s určitou dĺžkou (L1),

ktorá je položená na povrchu, horizontálna vzdialenosť medzi koncami reťaze (L2)

klesá a narastajúcou drsnosťou. Drsnosť povrchu pôdy (Cr) sa následne vypočíta

pomerom L2/L1

C r=(1− L2L1 )× 100 (18)

Vzťah na výpočet drsnosti pôdy prí súčasnom pôsobení pravidelnej a náhodnej drsnosti

je vyjadrený rovnicou

K ´=exp (1,88 × K r−2,44 × K r0,934−0,124 ×C r) R2 = 0,984 (19)

Predovový vzťah medzi Saleh (1993) náhodnou drsnosťou a náhodnou drsnosťou podľa

RUSLE vyjadrujú vzťahy 20-22.

RR=A × CrB (20)

A=1−exp ¿ (21)

B=1/ {1−exp [−2,95 ×10−3 ( zr áž ky+321 ) ] } (22)

Podľa sprievodcu pre rovnicu veternej erózie (1997) hodnota nepravidelnej drsnosti RR

pre orbu je 48,3 mm.

92

Obrázok 48 [Ukážka spôsobu merania pomocou rolovacej reťaze (Grešová, 2010)]

Mnoho autorov pri výpočte veternej erózie pomocou rovnice WEQ definuje

hodnotu K faktora ako 1, teda zanedbávajú vplyv drsnosti pôdneho povrchu na odnosy

pôdy vetrom resp. rátajú s najhorším prípadom. Určiť priemernú ročnú hodnotu drsnosti

pôdneho povrchu, ktorý je pravidelne obrábaný a využívaný poľnohospodármi je

prakticky nemožné. Drsnosť pôdneho povrchu sa mení nielen vplyvom rôznych

agrotechnických úkonoch, ale aj vplyvom dažďa, tvorby kaluží, povrchového odtoku či

rozmŕzania pôdy. Preto sme zvolili výpočet drsnosti pre obdobie keď sú prejavy erózie

najzreteľnejšie a to v jarných a jesenných obdobiach, pre ktoré sú charakteristické

agrotechnické úkony orba a sejba.

3.8.4 Faktor nechránenej dĺžky „L“

Faktor dĺžky pôdneho celku vyjadruje dĺžku nechránenej jeho časti v smere

prevládajúceho smeru vetra a určí sa podľa

L= lw

l [cos ( π2

+α−ϕ )]+w ¿¿

(23)

93

kde

l a w - dĺžka a šírka pôdneho celku

α - smer vetra v smere hodinových ručičiek od severu v radiánoch

ϕ - uhol medzi dĺžkou pôdneho celku a severom v radiánoch

Tento výpočet je aplikovateľný na výpočet nechránenej dĺžky jedného pôdneho celku

a nezahŕňa vplyv bariéry, ktorá môže byť vzdialená niekoľko desiatok až stoviek

metrov od daného pôdneho celku. Teda vzťah nevyjadruje skutočnú nechránenú

vzdialenosť v riešenom území, pretože nerešpektuje prítomné bariéry v území

znázornených v nasledujúcich schémach.

Faktor L môže byť vypočítaný pomocou vzorca (23) alebo určený priamo z mapy.

Nechránená dĺžka jednotlivých pôdnych celkov bola určená v prostredí GIS, ktoré

poskytuje presnejšie vyjadrenie dĺžky L na celej ploche riešeného územia. Z mapy SKŠ

boli definované bariéry prítomné v území. V prostredí programu ArcView sme vytvorili

94

mapu nechránených dĺžok (definovanú dvomi stabilnými plochami prípadne bariérami)

rešpektujúc prevládajúci smer vetra. Podľa veterných ružíc poskytnutých SHMÚ,

Bratislava, 2009 je prevládajúci smer v danom území pri erozívne významných vetroch

severozápadný a z menej výraznej časti východný, z čoho vychádzame pri analýze

veterných pomerov v prostredí GIS.

Prevládajúci smer vetra

3.8.5 Vegetačný faktor „V“

Účinnosť vegetačného faktora je v rovnici veternej erózie vyjadrený ako

množstvo, druh a orientácia vegetačnej pokrývky na pôde. Vegetačný faktor je daný

množstvom vegetačného krytu a pozberových zvyškov vyjadrených v t/ha. Vzorky

vegetačného krytu sa buď očistia, vysušia a odvážia – zisťuje sa hmotnosť sušiny podľa

spracovaných tabuľkových hodnôt (Bedrna a kol., 1982). Vplyv rozmiestnenia

vegetácie (v riadkoch, brázdach) a jej rastovej fázy (výška, hustota) je tiež dôležitým jej

parametrom. Z vlastných výskumov Lyles a Allison (1980) odvodili vzťah

SGe=a× X b (24)

kde

SGe - „small – grain equivalent“ = V faktor pre „CP“ (kg/ha sušiny)

X - biomasa (kg/ha sušiny)

a,b - konštanty charakteristické pre jednotlivé plodiny

Hmotnosť sušiny nadzemnej časti jednotlivých plodín sme zistili vysušením

odobratých vzoriek v záujmovom území v sušičke pri teplote 105°C a ich odvážením.

Túto hodnotu sme vynásobili počtom plodín na 1 ha a konečnú hodnotu sme si zvolili

ako reprezentatívnu pre hmotnosť sušiny jednotlivých plodín pre jarné obdobie.

95

NNNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

0

20

40

Početnosť výskytu smerov vetra v [‰]v intervale 6 - 8 m/s

NNNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

0

20

40

Početnosť výskytu smerov vetra v [‰]v intervale > 8 m/s

NNNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

0

20

40

Početnosť výskytu smerov vetra v [‰]v intervale 4 - 6 m/s

Tabuľka 16 [Hmotnosť sušiny pre jednotlivé plodiny (Skidmore, 1986)]

Plodina a b X (kg/ha)KS 0,229 1,135 27,6

PO 4,306 0,97 10500

JJ 4,306 0,97 800

KZ 0,229 1,135 27,6

CR 0,15 0,15 114,8

LC 0,6 1,39 360

JM 0,19 1,18 360

SF 0,86 0,86 75

SR 0,021 1,342 28

JO 4,306 0,97 4160

Hodnota SGe vstupuje ako hodnota faktora V do výpočtov podľa „CP“ (1993).

Pre výpočet podľa Skidmore (1986) je vzťah medzi vegetačným faktorom a SGe je

podľa Williams (1984) definovaný ako

V=0,2533× SGe1,363 (25)

a následne V faktor vstupuje do rovníc pre výpočet dvoch vegetačných konštánt

Ψ 1=exp (−0,759× V )−( 4,74 ×10−2× V 2 )+(2,95 ×10−4 ×V 3) (26)

Ψ 2=(1+(8,93 ×10−2× V )+(8,51 ×10−3 ×V 2 )−(1,5 ×10−5×V 3 )) (27)

Tabuľka 17 [Hodnoty V faktora pre jednotlivé plodiny]

PlodinaSGe = V (t/ha) [„CP“, 1993]

V = 0,2533* SGe 1,363(t/ha)[Skidmore, 1986]

KS 9,89 0,0004

PL f.o. 34247,40 31,28

JJ 2818,84 1,04

KZ 9,89 0,0004

CR 0,30 4,10* 106

LC 2144,92 0,71

JM 197,32 0,02

SF 35,24 0,002

96

PlodinaSGe = V (t/ha) [„CP“, 1993]

V = 0,2533* SGe 1,363(t/ha)[Skidmore, 1986]

SR 1,83 4,73*105

JO 13950,65 9,19

Podľa osevných postupov z rokov 2005-2008 sme v každom roku vypočítali hodnoty

V faktora pre jednotlivé plodiny pestované v danom roku. Z týchto hodnôt sme

následne zostrojili mapy V faktora pre roky 2005-2008 (mapa 11 a 12 v prílohe).

3.8.6 Výpočet veternej erózie podľa „CP“

Z máp erodovateľnosti pôd I, drsnosti pôdneho povrchu Ko,kol, Ko,par a Ks,

klimatického faktora C, mapy nechránených dĺžok L a mapy vegetačného faktora V boli

zostrojené gridy v prostredí programu ArcView. Pomocou mapového kalkulátora boli

zostrojené mapy eróznych odnosoch pre I. variant (pôda bez vegetačného krytu

a brázdami kolmými vzhľadom na smer vetra), II. variant (pôda bez vegetačného krytu

a brázdami paralelnými vzhľadom na smer vetra) a variant plodina (pôda pokrytá

plodinami podľa jednotlivých osevných postupoch v rokoch 2005-2008) podľa vzťahu

28.

E=0,0015 ×2,718(−SGe /4500 ) × ( I 1,87 × K2 × (C /100 )1,3)× L0,3 (28)

Výsledkom výpočtov sú finálne mapy veternej erózie pre roky 2005-2008 pre tri

varianty riešenia (I. variant – kolmé brázdy vzhľadom na smer prevládajúceho vetra, II.

variant – paralelné brázdy vzhľadom na smer prevládajúceho vetra, variant plodina)

(mapy 13-24 v prílohe). Zohľadnenie rozdielnych rýchlosti vetra vplyvom bariér

i aerodynamickej drsnosti ako aj nechránenej dĺžky ohraničenú stabilnými plochami sa

prejavilo v celkovom výsledku veternej erózie ako postupným narastaním pôdnych strát

vetrom vzhľadom na nechránenú dĺžku v území ako aj vplyvom vetrolamov (zníženie

odnosov pred a za vetrolamom)

97

3.8.7 Výpočet veternej erózie podľa Skidmore (1986)

Podľa Skidmore (1986) existuje niekoľko spôsobov umožňujúcich výpočet

veternej erózie, ktorý si však vyžaduje špecifickú kombináciu niekoľkých faktorov.

Pomocou GIS sme aplikovali postupnosť výpočtu podľa Williams a kol. 1984. Tento

postup pozostáva z viacerých krokov výpočtov.

1. E 2=I × K (29)

2. E 3=I × K ×C (30)

3. E 4=¿ (31)

4. WF=E 2 ׿ (32)

5. L0=E 2 ׿ (33)

6. E 5=Ψ 1× E 4Ψ 2 (34)

kde

I – faktor erodovateľnosti pôd (t/ha/rok)

K – faktor drsnosti pôdy

C – klimatický faktor

WF – faktor dĺžky pôdneho celku ( vyjadruje vplyv dĺžky pôdneho celku na eróziu)

L0 – maximálna dĺžka pôdneho celku ovplyvňujúca odnosy pôdy vetrom

Ψ1 a Ψ2 – funkcie vegetačného faktora

E5 – je strata pôdy (t/ha/rok)

Hodnota E4 (variant I, variant II) predstavuje pôdnu stratu vetrom v jesennom

období, keď sme uvažovali so situáciou, keď je pôdny povrch bez vegetačného krytu po

agrotechnickom úkone orba, v prípade pestovania ozimných plodín sme uvažovali s

agrotechnickým úkonom sejba. Výstupom sú mapy v prílohe (27-38) roky 2005-2008,

pre potenciálnu stratu pôdy (E4 – dva varianty), resp. pre reálnu stratu pôdy E5.

98

4 Výsledky

Počítačový model spracováva množstvo informácií a logické dôsledky

predpokladov. Aby však platnosť zostaveného počítačového modelu nebola len otázkou

viery užívateľa, musí byť dostatočne zdokumentovaný, jednoduchý, nie zložitý ako

modelovaný systém a musí mať jasný účel. Kvalita modelu je závislá na kvalite

vstupných informácií a musí zjednodušiť realitu do pochopiteľnej formy.

WEPS je pôvodne navrhnutý na využitie v rôznorodých amerických

podmienkach, ale jednoducho sa dá využiť aj v iných častiach sveta. WEPS dovoľuje

užívateľovi vložiť vlastné dáta alebo použiť predtým pripravené databázové súbory.

Základom pre spustenie programu je vytvorenie piatich databáz (bariéry, pôda,

hospodárenie, plodiny a ich rozklad a klíma), potrebných pre vstup do erózneho

modelu. Užívateľské rozhranie dovoľuje vložiť údaje o počiatočnom stave simulovanej

oblasti (rozmery pôdneho celku, jeho orientácia, bariéry, lokalizácia, hospodárenie

a štruktúra pôdy). Po vytvorení potrebných databáz a zadaní vstupov do modelu

veternej erózie program WEPS 1.0 pomocou siedmych submodelov (hydrológia,

hospodárenie, pôda, plodiny, rozklad zvyškov, erózia) poskytne detailné výstupy

vrátane pôdnej straty v troch módoch: saltácia, suspenzia a čiastočiek PM 10. SWEEP

je počítačový model, ktorý simuluje veternú eróziu v priebehu jedného dňa

v hodinových, prípadne subhodinových intervaloch (30 min,15 min). Model pozostáva

z erózneho submodelu WEPS spojeného s jednoduchým grafickým prepojením

s užívateľom. (USDA-ARS, 2008). Geografický informačný systém je na počítačoch

založený informačný systém pre ukladanie, analýzu, vizualizáciu dát, ktoré majú

priestorový vzťah k povrchu Zeme. Geodata, s ktorými GIS pracuje sú definované

svojou geometriou, topológiou, atribútmi a dynamikou. Takto vytvorený model je

možné využiť aj pri výpočtoch pôdnych strát vetrom za určité obdobie v danej oblasti.

Monitoring a modelovanie veternej erózie je zložitou úlohou kvôli množstvu

fyzikálne komplexných parametrov ovplyvňujúcich proces veternej erózie, priestorovej

variabilite erózie ako aj dočasným procesom v krajine. Pomocou spomínaných troch

modelových systémov sme sa snažili zohľadniť všetky možné parametre ovplyvňujúce

veternú eróziu a porovnať vhodnosť využívania takýchto modelov na území Slovenska.

99

4.1 WEPS 1.0

Súčasná verzia MAIN vyžaduje nasledovné súbory pre simuláciu WEPS: a)

súbor, ktorý popisuje tvar pôdneho celku a bariéry, dĺžku simulovanej udalosti,

umiestnenie ďalších vstupných súborov a typ výstupov, b) súbor so začiatočnými

pôdnymi podmienkami, ktorý popisuje pôdne podmienky na začiatku každej simulácie,

c) súbor o obrábaní pôdy/hospodárenie na pôde, ktorý popisuje systém hospodárenia

a d) dva klimatické súbory vo formáte CLIGEN a WINDGEN, ktorý poskytuje

klimatické dáta na dennej báze.

Hlavný program začína zmenou na lokálnych miestach a potom dá signál

podprogramu, ktorý číta súbor simulácie a počiatočné pôdne podmienky. Simulácia je

potom hotová ako denný cyklus, ktorý kontroluje výpočty pre daný deň. Model je

schopný previesť akúkoľvek dĺžku simulácie na báze denného kroku, ale WEPS

uskutočňuje simuláciu pre jeden rotačný cyklus na spustenie pôdnych podmienok pred

tým ako je simulácia veternej erózie vykonaná. Pre každý simulovaný deň, je denné

počasie čítané z CLIGEN a WINDGEN dátových súborov. Ak sú všetky submodely

ukončené, súhrnné informácie môžu byť zostavené pre výstup. Po aktualizovaní

pôdnych podmienok, ak maximálna rýchlosť vetra pre daný deň prekročí minimálnu

hodnotu (napr. 8 m/s), sa na určenie prahových podmienok spustí ERÓZNY

(EROSION) submodel, ktorý vypočíta pôdnu eróziu. Nakoniec HLAVNÝ (MAIN)

program vyzve subprogramy, aby definovali pôdne podmienky a pôdne straty pre

obdobie rotácie. WEPS vyžaduje vstupy smeru a rýchlosti vetra na simuláciu procesov

pôdnej erózie vetrom ako aj iné charakteristiky ako zrážky, teplotu a solárnu radiáciu,

ktoré sú potrebné na vytvorenie dočasných zmien v hydrológii, erodibilite pôdy, rastu

plodín a rozkladu rastlinných zvyškov vo WEPS.

4.1.1 Klimatické dáta

Cligen je stochastický generátor počasia, ktorý počíta denné dáta pre zrážky,

teplotu rosný bod, vietor a solárnu radiáciu pre jeden geografický bod, využitím

mesačných parametrov (priemerov, stredných odchýlok, šikmosti atď.) odvodených z

historických meraní. Cligen bol vytvorený Arlinom Mickom a Genemom Ganderom v

USDA Poľnohospodárskom výskumnom stredisku (ARS) v Durante, Oklahome. Cligen

(GenStPAr & FindMatch) beží v prostredí Windows z okna DOS. Prípona súboru

100

CLIGEN je „*.cli“ (napr. Nitra_Janikovce.cli). Generátor počasia CLIGEN bol

vyvinutý na využitie v Programe na predikciu vodnej erózie (WEPP) (Flanagan, et al,

2001) a využíva sa v programe WEPS na simuláciu ďalších parametrov počasia.

Vstupný súbor vytvorený v prostredí CLIGEN zahŕňa zrážky (mm), trvanie (hod) ako aj

maximálnu a minimálnu teplota vzduchu (°C), solárnu radiáciu (ly/den) a teplotu

rosného bodu (°C). Tento súbor taktiež obsahuje historické mesačné priemery pre Tmax

a Tmin, ktoré sú programom WEPS vyžadované.

CliGen: Teplota, Zrážky, Radiácia, Rosný bod, Rýchlosť a Smer vetra

Tabuľka 18 [Ukážka výstupu súboru „*.cli“]

5.225640 1 0 0 Station: Velke Janikovce SVK CLIGEN VERSION 5.22564 Latitude Longitude Elevation (m) Obs. Years Beginning year Years simulated 48.33 -17.67 131 15 1 30 Observed monthly ave max temperature (C) 1.9 3.8 10.4 15.7 21.1 24.7 27.2 26.4 22.2 15.9 7.3 3.5 Observed monthly ave min temperature (C) -3.6 -2.8 1.5 4.8 9.6 13.1 14.7 14.4 11.1 6.0 1.5 -1.2 Observed monthly ave solar radiation (Langleys/day) 117.0 187.0 280.0 313.0 460.0 521.0 530.0 466.0 318.0 250.0 125.0 100.0 Observed monthly ave precipitation (mm) 42.4 44.3 35.7 27.6 57.7 61.3 38.8 57.3 41.7 31.5 54.6 47.9

da mo year prcp dur tmax tmin rad w-vl w-dir tdew

      (mm) (h) (°C) (°C) (l/d) (m/s) (Deg) (°C)

1 1 1 5,3 2,42 0,1 -4,3 51 5,8 307 -2,3

2 1 1 1,6 1,64 -3,9 -8,0 88 7,1 289 -6

3 1 1 13,9 0,86 -2,2 -7,6 137 2,6 143 -13,1

4 1 1 0,0 0 8,7 -8,7 110,0 6,4 311 -12,7

5 1 1 0,0 0 1,5 -2,3 84,0 5,9 272 -0,6

6 1 1 0,0 0 7,1 2,1 77,0 7,1 280 2,3

7 1 1 0,0 0 -2,0 -5,2 97,0 3,7 53 -4,2

8 1 1 0,0 0 6,3 0,7 140,0 2,5 190 -3,1

101

da mo year prcp dur tmax tmin rad w-vl w-dir tdew

      (mm) (h) (°C) (°C) (l/d) (m/s) (Deg) (°C)

9 1 1 36,1 3,19 2,0 1,8 133,0 6,2 5 -0,7

10 1 1 1,1 1,91 3,9 -5,8 125,0 3,9 326 -1,1

WindGen: bol vyvinutý špeciálne na využitie v programe WEPS. Stochasticky

generuje smer vetra a hodinové rýchlosti vetra (van Donk et al, 2004). Prípona súboru

WINDGEN je „*.win“ (napr. SVK_JAN.win). Tento súbor obsahuje informácie

o rýchlosti vetra (m/s) a o smere vetra (v stupňoch v smere hodinových ručičiek od

severu) pre každý deň simulácie. Dáta pre veterné pomery boli získané zo Slovenského

hydrometeorologického ústavu v Bratislave pre stanicu Veľké Janíkovce pre roky 1982-

2007. Periodicita smerov vetra bola počítaná pre všetkých 16 smerov pre každý mesiac.

Rýchlosti vetra menšie ako 0,5 m/s boli považované za „calm“ (bezvetrie).

Tabuľka 19 [Ukážka výstupu súboru „*.win“]

# WIND_GEN4 Hourly values per day output

# station: 11855 Janikovce SVK. SVK SK  

# lat: 48deg 19min N lon: 17deg 40min E  

# period: 19820101-20071231 el: 131m  

da

y

m

o

yea

r dir

hr

1

hr

2

hr

3

hr

4

hr

5

hr

6

hr

7

hr

8

hr

9

hr

10

hr

11

hr

12

hr

13

hr

14

  deg

m/

s

m/

s

m/

s

m/

s

m/

s

m/

s

m/

s

m/

s

m/

s

m/

s

m/

s

m/

s

m/

s

m/

s

1 1 1

49.

0

0.

0

0.

0

0.

0

0.

0

0.

0

0.

0

0.

0

0.

0

1.

0

1.

0

1.

0 1.0

1.

0

1.

0

2 1 1

55.

0

3.

0

3.

0

3.

0

3.

0

3.

0

3.

0

3.

0

3.

0

5.

0

5.

0

5.

0 5.0

5.

0

5.

0

3 1 1 298

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

2.

0

2.

0

2.

0 2.0

2.

0

2.

0

4 1 1 330

2.

0

2.

0

2.

0

2.

0

2.

0

2.

0

2.

0

2.

0

1.

0

1.

0

1.

0 1.0

1.

0

1.

0

102

5 1 1 356

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

5.

0

5.

0

5.

0 5.0

5.

0

5.

0

6 1 1 282

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

5.

0

5.

0

5.

0 5.0

5.

0

5.

0

7 1 1 322

8.

0

8.

0

8.

0

8.

0

8.

0

8.

0

8.

0

8.

0

7.

0

7.

0

7.

0 7.0

7.

0

7.

0

8 1 1 326

7.

0

7.

0

7.

0

7.

0

7.

0

7.

0

7.

0

7.

0

5.

0

5.

0

5.

0 5.0

5.

0

5.

0

9 1 1 328

6.

0

6.

0

6.

0

6.

0

6.

0

6.

0

6.

0

6.

0

7.

0

7.

0

7.

0 7.0

7.

0

7.

0

10 1 1 25

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0

1.

0 1.0

1.

0

1.

0

11 1 1 348

3.

0

3.

0

3.

0

3.

0

3.

0

3.

0

3.

0

3.

0

6.

0

6.

0

6.

0 6.0

6.

0

6.

0

12 1 1

33.

0

0.

0

0.

0

0.

0

0.

0

0.

0

0.

0

0.

0

0.

0

6.

0

6.

0

6.

0 6.0

6.

0

6.

0

4.1.2 Submodel hydrológia

Submodel hydrológia v Systéme prognózy veternej erózie (WEPS) využíva vstupy

generované ostatnými submodelmi WEPS ako počasie, plodiny, pôdy, hospodárenie

a rozklad plodín na prognózu obsahu vody v rôznych vrstvách pôdneho profilu

a prepojenia pôdy a atmosféry počas období simulácií. Presná simulácia ostatných

WEPS submodelov vyžaduje predikciu denných zmien v profile pôdnej vody. Odhad

pôdnej vlhkosti v rozhraní medzi pôdou a atmosférou je dôležitý pretože má značný

vplyv na náchylnosť pôdy na veternú eróziu.

Submodel hydrológie programu WEPS počíta nepretržitú dennú odchýlku pôdnej vody

využitím vzorca

SWC=SWCI +( PRCP+DIRG )+SNOW −RUNOFF−ETA−DPRC

(35)

kde

SWC - množstvo vody v pôdnom profile v ktorýkoľvek deň

103

SWCI - počiatočné množstvo vody v pôdnom profile

PRCP - množstvo denných zrážok

DIRG - množstvo závlahy

SNOW - množstvo snehovej pokrývky mínus denný prírastok

RUNOFF - množstvo denného povrchového odtoku

ETA - množstvo dennej skutočnej evapotranspirácie

DPRC - množstvo denného hĺbkového priesaku

Množstvo denných zrážok (PRCP) je rozdelené medzi zrážky a sneženie na základe

priemerných denných teplôt. Ak je denná priemerná teplota 0°C alebo menej zrážky

nadobúdajú charakter sneženia, v opačnom prípade sa jedná o dážď.

Simulácia dynamiky pôdnej vody na dennej báze v hydrologickom submodeli zahŕňa tri

hlavné postupy.

1) Submodel rozdeľuje celkové množstvo vody dostupnej zo zrážok, závlahy

a/alebo topiaceho sa snehu do povrchového odtoku a infiltrácie. Submodel

uchováva denné množstvo vody dostupnej pre infiltráciu do pôdneho profilu.

2) Submodel určuje vplyv okolitých klimatických podmienok výpočtom

potenciálnej evaportanspirácie.

3) Submodel prerozdeľuje pôdnu vodu v pôdnom profile v hodinovom časovom

kroku, teda poskytuje hodinové časové výpočty obsahu vody v pôdnom profile.

Submodel počíta skutočné množstvo evaportanspirácie pomocou potenciálnej

hodnoty na základe dostupnosti pôdnej vody.

Hydrologický submodel počíta povrchový odtok a infiltráciu pre každú simuláciu pre

deň, v ktorom sa vyskytla zrážka/závlaha. Submodel počíta denné množstvo vody

dostupnej pre infiltráciu do pôdy odpočítaním množstva denného povrchového odtoku

z množstva zrážok, topiaceho sa snehu a/alebo závlahy. Infiltrovaná voda je zadržiavaná

v najvyššej simulovanej vrstve kým obsah vody nedosiahne poľnú vodnú kapacitu.

Akýkoľvek prebytok vody je potom prerozdeľovaný do nasledujúcich nižších pôdnych

vrstiev, kde zotrváva podľa rovnakých pravidiel. Akýkoľvek prebytok vody, ktorý

odteká z najnižšej simulovanej vrstvy sa stáva súčasťou hĺbkového priesaku.

Potenciálna evapotranspirácia je počítaná využitím upravenej verzie Peenmanovej

kombinačnej metódy (Van Bavel, 1966). Celkové množstvo potenciálnej

evapotranspirácie je potom prerozdelené na základe indexu listovej plochy na

104

potenciálnu pôdnu evaporáciu a potenciálnu rastlinnú transpiráciu. Submodel

hydrológie využíva zjednodušené metódy na redistribúciu pôdnej vody pomocou

jednodimenzionálnej Darcyho rovnice. Časový krok redistribúcie pôdnej vody je 1

hodina, čo umožňuje hodinový odhad pôdnej vlhkosti. Vzťah medzi hydraulickou

vodivosťou a obsahom vody sa rieši pomocou transportných rovníc pohybu vody

v pôdne. Submodel hydrológie počíta v hodinovom časovom kroku pôdnu vlhkosť

pôdy využitím kombinácie dvoch metód. Extrapoláciou sa v submodeli počíta obsah

vody v pôde v troch najvyšších vrstvách pôdneho profilu. Pomocou číselného riešenia

známeho ako Cramerovo pravidlo (Miller, 1982) sa vypočíta obsah extrapólovaného

obsahu vody v pôdnom povrchu vyriešením troch súbežných rovníc, ktoré popisujú

vzťah medzi obsahom vody a hĺbky pôdy pre tri najvyššie vrstvy pôdneho profilu.

Submodel taktiež extrapoluje funkčné vzťahy medzi vlhkosťou na pôdnom povrchu

a hodinovým evaporačným pomerom. (USDA, ARS, 2008)

4.1.3 Submodel hospodárenia

Cieľom WEPS je simulovať rôzne postupy hospodárenia v krajine vzhľadom na

veternú eróziu. Rôznorodosť súčasných postupov aplikovaných v poľnohospodárskej

krajine poľnohospodármi sťažuje túto úlohu. Program WEPS musí primerane simulovať

typické postupy na presné stanovenie ich vplyvov na kontrolu veternej erózie.

Submodel hospodárenia sa zaoberá týmito postupmi, ktoré ovplyvňujú pôdny povrch.

Všetky poľnohospodárske postupy, metódy a procesy spadajú do kategórie „človekom

riadené“. Takéto procesy, ktoré ovplyvňujú pôdnu štruktúru a pôdny povrch sú

iniciované typickými hospodárskymi postupmi ako orba, sadba, žatva, závlaha atď.

Preto účelom submodelu hospodárenia je vytvoriť prototyp, ktorý bude zahŕňať hlavné,

človekom - kontrolované činnosti v rámci WEPS, v určitom systéme definujúcom

dočasné pôdne a povrchové podmienky.

Ciele hospodárskeho submodelu sú:

1. Modelovať primárne človekom spustené procesy, ktoré môžu ovplyvňovať

náchylnosť oblastí na veternú eróziu

2. Poskytnúť potrebnú štruktúru priebehu všetkých človekom riadených procesov

(napr. typickými hospodárskymi postupmi ako orba, osevné postupy)

105

Pre zachovanie filozofie WEPS, submodel hospodárenia simuluje procesy

prostredníctvom fyzikálnych procesov, zahŕňajúc zachovanie teórie hmoty a energie

a využíva minimálne množstvo parametrov s dostupnými hodnotami.

Koncepciou submodelu hospodárenia je zaoberať sa rozmanitosťou hospodárskych

procesov na:

1. Identifikáciu primárnych fyzikálnych procesov

2. Znázornenie individuálnych hospodárskych operácií ako časť primárnych

fyzikálnych procesov

3. Vylepšenie súborov hospodárenia dovoľujúc užívateľovi vkladať vstupy

postupností hospodárskych operácií (hospodárske operácie, rotácia plodín,

poľnohospodárske úkony) užívateľom špecifikované.

Všetky operácie modelované v submodeli hospodárenia spadajú do nasledovných

hosporárskych kategórií

1. Primárna orba - orba vykonávaná na primárnu redukciu pôdnych zvyškov, nárast

skrátených infiltračných hodnôt a kontrolu buriny. Po žatevná orba spravidla

spadá do tejto kategórie

2. Druhotná orba - orba zvyčajne vykonávaná ako príprava pred sadbou alebo

sejbou; tieto úkony sú zvyčajne zamerané na vyhladenie pôdneho povrchu,

zníženie priemernej veľkosti agregátov a kontrolu rastu buriny

3. Kultivátorovanie - orba špecificky navrhnutá na elimináciu buriny po vyklíčení

plodiny

4. Sejba/Sadba - úkony potrebné na sejbu alebo sadenie plodín na pôdny celok

5. Zber - úkon zameraný na odstránenie biomasy z pôdneho celku, odstránená

biomasa môže zahŕňať obilie, koreňové zvyšky alebo celú biomasu nad pôdnym

povrchom

6. Závlaha - umelá aplikácia alebo pridávanie vody do pôdy

7. Spaľovanie - odstraňovanie biomasy z pôdneho povrchu ohňom

Databáza pre naše riešené územie bola vytvorená z údajov získaných

z poľnohospodárskeho družstva Šaľa. Boli vytvorené mapy osevných postupov (ako

príklad uvádzame mapy 11 a 12 v prílohe) pre roky 2005 a 2008 a tabuľka

106

s agrotechnickými opatreniami (dobou a spôsobom ich vykonávania) pre jednotlivé

pôdne celky (tabuľka 2 v prílohe).

4.1.4 Submodel pôdnych charakteristík

Všetky pôdne charakteristiky, ktoré vstupujú do modelu veternej erózie sa menia

v čase. Preto predmetom pôdneho submodelu je simulácia týchto dočasných pôdnych

vlastností v dennom časovom kroku ako reakcia na ostatné procesy. Procesy, ktoré

spôsobujú zmenu pôdnych vlastností sú najčastejšie spojené s počasím, avšak séria

výskytu individuálnych hnacích procesov je vysoko premenná. Teda submodel musí

byť schopný aktualizovať pôdne zmeny, pre akýkoľvek hnací proces a pôdne

podmienky pre predchádzajúci deň. (USDA, ARS, 2008).

4.1.4.1 Priestorový režim pôdy

V pôdnom submodeli, sa zohľadňuje homogénnosť priestorového režimu

v horizontálnom smere v simulovanej oblasti, ale heterogénnosť vo vertikálnom smere.

Vertikálny smer je rozdelený do vrstiev v každom pôdnom profile.

107

Obrázok 49 [Pohľad na vertikálny profil pôdy v programe WEPS 1.0, (USDA, ARS, 2008)]

Vertikálna štruktúra pôdy ovplyvňuje submodely hydrológie a plodín modelu

WEPS. Hydrologický submodel simuluje pohyb vody v pôde ako reakciu na relatívnu

vlhkosť susediacich vrstiev. Submodel plodín odhaduje rast plodín na báze niekoľkých

faktorov, jedným z najdôležitejších je dostupnosť vody v koreňovej zóne. Je dôležité

aby WEPS sledoval koľko vody je dostupnej v rozličných hĺbkach. WEPS vníma pôdu

ako sériu vrstiev s jednoznačne zadefinovanými fyzikálnymi vlastnosťami.

4.1.4.1.1 Parametre pôdy potrebné pre vstup do modelu WEPS

1. Názov pôdy (má len informatívny charakter a nie je rozhodujúci parameter

v programe)

2. Percentuálne zastúpenie na pôdnom celku (má len informatívny charakter a nie

je rozhodujúci parameter v programe) – rozpätie od 0 do 100

3. Štát , Katastrálne územie

4. Tolerancia pôdnej straty (T faktor) – maximálne množstvo erózie, pri ktorej je

rastlinám poskytnutá stredná kvalita pôdy. (t/ac/rok) (tolerancia straty pôdy nie

je rozhodujúcim faktorom pri operácií s WEPS a využíva sa len ako

identifikačná hodnota). Typické rozpätie od 1 - 5

5. Pôdne albedo - spôsobilosť daného pôdy odrážať žiarenie slnka a oblohy,

desatinné číslo, obvykle vyjadrované percentuálne od 0 do 100 percent. Typické

rozpätie od 0,05 do 0,25 (podľa metódy Post et.al., (2000) alebo Baumer

(1990)).

6. Sklon svahu – rozdiel v nadmorskej výške medzi dvoma bodmi na povrchu

pôdneho celku, vyjadrené ako časť (k pomeru) vzdialenosti medzi týmito bodmi

(hodnota = 0,01)

Vlastnosti pôdnych vrstiev

1. Počet pôdnych horizontov , pre ktorých sú identifikované jednotlivé vlastnosti

(1-5)

108

2. Hĺbka vrstiev – hĺbka každej vrstvy v mm.

3. Zrnitostné frakcie

3.1. Piesočnatá frakcia – minerálne častice s veľkosťou od 0.05 do

2.0 mm (Absolútna hodnota 0.0 do 1.0 )

Výpočet: piesočnatá frakcia = [1.0 – (frakcia ílu + frakcia prachových častíc) ]

- veľmi hrubozrnná – minerálne častice 1,0 – 2,0 mm

- hrubozrnná – minerálne častice 0,5 – 1,0 mm

- stredne zrnná – minerálne častice 0,2-0,5 mm

- jemnozrnná – minerálne častice 0,1-0,2 mm

- veľmi jemnozrnná – minerálne častice 0,05 – 0,1 mm

3.2. Prach – minerálne častice o veľkosti 0,002-0,05 mm

3.3. Íl – minerálne častice s priemerom menším ako 0,002 mm

3.4. Kamenné fragmenty – častice v pôdnej vrstve s veľkosťou 2,0

mm

4. Objemová hmotnosť pôdy – typické rozpätie od 0,8 do 1,6 g/cm3

5. Obsah humusu– vyjadrený v (%) oxidovateľného uhlíka (Cox)

6. pH – záporný logaritmus (so základom 10) aktívnych iónov v pôde podľa

pomeru 1:1 pôda : voda (bezrozmerná), typické rozpätie od 4,0 do 9,0

7. CaCO3 – množstvo (CO3)

8. CEC – katiónová výmenná kapacita vyjadrená v (mval.kg-1), typické rozpätie od

0-400,0

Agregáty

1. Stredný geometrický priemer agregátu (GMD) - stredný geometrický priemer

modifikovanej logaritmickej normovanej distribúcie (mm), typické rozpätie od

0.1 do 15.0

Výpočet: gmd = exp(1.343 - 2.235 * piesok - 1.226 * prach - 0.0238 * piesok / íl + 33.6

* humus + 6.85 * CaCO3) * (1.0 + 0.006 * hĺbka pôdnej vrstvy)

Štandardná odchýlka agregátu (GSD)

Výpočet: gsd = 1.0 / (0.0203 + 0.00193(gmd) + 0.074 / (gmd)0.5)

Maximálna veľkosť agregátov – (mm)

Výpočet: aggr.max. veľkosť = (gsd)p * (gmd) + 0.84

109

kde p = 1.52 * (gsd)-0.449

2. Minimálna veľkosť agregátov – (mm), hodnota = 0,01

3. Hustota agregátov – priemerná hustota (Mg/m3), typické rozpätie od 0,8 do 2,0

Výpočet: hustota agregátov = 2,0 pre hĺbku vrstvy > 300 mm

hustota agregátov = 2.01 *(0.72 + 0.00092 * hĺbka vrstvy < 300 mm

4. Stabilita agregátov – priemerná hodnota energie lámania agregátov (ln(J/kg))-

typické rozpätie od 0,5 do 5,0

Výpočet: stabilita = 0.83 + 15.7 * íl - 23.8 * íl2

5. Hrúbka pôdneho prísušku – priemerná hrúbka konsolidovanej zóny na pôdnom

povrchu (mm), typické rozpätie od 0,0 do 10

6. Hustota pôdneho prísušku – hustota pôdneho prísušku (Mg/m3), typické rozpätie

od 0,8 do 1,6, hodnota určená hustotou agregátov

7. Stabilita pôdneho prísušku - hodnota určená stabilitou agregátov

Drsnosť - určená podľa Allmaras et. al., (1966)

Obrázok 50 [Ukážka „*ifc“ súboru]

Informácie o pôde pre jednotlivé riešené pôdne celky bolo potrebné pre

podmienky riešených katastrálnych území zosumarizovať do pôdnej databázy (podľa

ukážky obr. 50) Vychádzali sme z dát z komplexného prieskumu pôd (1962), keďže

aktuálnejšie informácie k dispozícii nemáme. Pre zhotovenie tejto databázy sme

zostavili mapu „Analýza KPP“ (mapa č. 25 v prílohe). Pre pôdne celky ohrozené

110

veternou eróziou sme vyberali celkovo 29 sond s obsahom potrebných informácií pre

vstup do databáz. Potrebné dáta vybraných sond sú uvedené v prílohe 3. Všetky sondy

(počet 29) sa nachádzajú v rovinatom území riešeného územia, veľmi teplej

agroklimatickej oblasti, veľmi hlbokých pôdach. Vzorky sa odoberali počas KPP v roku

1960 a potrebné dáta boli poskytnuté Výskumným ústavom pôdoznalectva a ochrany

pôdy v roku 2009 pre územie Šaľa a Kráľová nad Váhom.

4.1.5 Submodel rozkladu rastlinných zvyškov

Tento submodel simuluje redukciu zvyškov biomasy v dôsledku mikrobiálnej

aktivity. Proces rozkladu je modelovaný ako prvotná reakcia vzhľadom na teplotou

a vlhkosť, ktoré v tomto procese vystupujú ako hlavné hnacie premenné. Rozklad je

funkciou dní rozkladu. Biomasa je po žatve rozdelená do kategórii stojacej, ležiacej na

pôdnom povrchu, biomasu spálenú a biomasu nachádzajúcu sa v koreňovej zóne.

Keďže zvyškový rozklad môže vyžadovať dlhšie časové obdobie zvyšková biomasa

z nasledujúcich žatiev sa počíta pre tri odlišné časti. Biomasa z čerstvo požatej plodiny

bude v časti jedna, biomasa z predposlednej plodiny bude v časti dva a tretia časť

obsahuje najstaršiu plodinu. Po žatve akákoľvek zvyšková biomasa z predchádzajúcej

plodiny sa presunie do staršej časti a zvyšok z práve požatej plodiny sa presunie do

prvej častí dekompozičného rozkladu. Na hodnotenie vertikálnej stonkovej plochy,

ktorú vietor narazí je potrebný denný výpočet stojacej populácie. Stonková plocha je

predstavovaná indexom plochy stonky, ktorá je počítaná z počtu stojatých stoniek,

výšky stoniek a priemeru stoniek. Ovplyvňuje aerodynamickú odolnosť a napokon

veternú eróziu.

4.1.6 Výstupy z WEPS 1.0

Program WEPS poskytuje mnoho výstupov, ktoré v mnohom nájdu uplatnenie pri

ochrannom plánovaní. Tieto výstupy sú dostupné cez „View Output“ na hlavnej

obrazovke. Kliknutím na ponuku sa zobrazia dve možnosti „Súčasná simulácia –

(Present simulation)“ a „Predchádzajúca simulácia – (Previous simulation)“. Súhrn

obsahuje názvy vstupných súborov ako aj ostatné vstupné parametre, základné

informácie o pôdnej strate v ročnej rotácií a priemernú ročnú stratu pre celkovú

simuláciu. Výstup straty pôdy v súhrne obsahuje: hrubú stratu, priemernú eróziu na

pôdnom celku, celkovú stratu, priemernú celkovú čistú stratu na pôdnom celku, gúľanie

111

po povrchu/saltácia, priemernú stratu gúľaním plus saltácia ako čistá strata z pôdneho

celku, suspenziu, priemernú stratu suspenziou ako čistá strata z pôdneho celku a PM10,

priemernú čistú stratu častíc s priemerom menším ako 10 mikrometrov z pôdneho celku.

Nános (depozícia) pôdnych častíc sa objavuje ak sa rýchlosť vetra zmenší pri pohybe

ponad pôdny celok alebo sa pôdne podmienky stanú menej erodibilné. (transportná

kapacita vetra presiahne transportnú kapacitu pre dané pôdne podmienky). V programe

WEPS 1.0 sa ukladanie objaví s poklesom rýchlosti vetra ponad pôdny celok v dôsledku

prítomných bariér na náveternej strane pôdneho celku alebo meniacich sa pôdnych

podmienok na pôdnom celku pri eróznych procesoch.

4.1.6.1 Simulácia 1

Maximálne potenciálne odnosy pôdy vetrom pre jednotlivé BPEJ na pôdnych

celkoch v sledovanom území, definovanými charakteristikami KPP a rýchlostí a smerov

vetra za obdobie 26 rokov na pôdnom povrchu bez vegetácie simulované v programe

WEPS 1.0.

0017

003_2

h

0002

001_3

h

0019

001_5

h

0017

001_1

2h

0035

001_1

5h

0002

001_1

7h

0002

001_1

8h

0002

001_2

1h

0002

001_

22h

0001

001_2

4h

0001

001_2

8h0

102030405060708090

100

Saltácia

Suspenzia

Odnos pôdy pre jednotlivé BPEJ podľa WEPS 1.0

BPEJ

Odn

os p

ôdy

v t/h

a/ro

k

Obrázok 51 [Odnos pôdy pre jednotlivé BPEJ podľa WEPS 1.0]

Pre porovnanie uvádzame ohrozenie pôd veternou eróziou podľa BPEJ

Stupeň ohrozenia BPEJ

2 0017003

2 0002001

112

3 0019001

3 0035001

1 0002001

3 0001001

Program WEPS dokáže presnejšie vypočítať pôdnu stratu pre dané pôdne

charakteristiky a určiť maximálnu potenciálnu pôdnu stratu definovanú v dvoch

transportných módoch saltácia a suspenzia, zatiaľ čo pri určovaní pôdnej straty vetrom

podľa BPEJ sa dá charakterizovať iba stupeň ohrozenia, ktorý nevyčísľuje maximálne

ani minimálne potenciálne odnosy pôdy pre danú BPEJ.

4.1.6.2 Simulácia 2

Simuláciu 2 sme uskutočnili so vstupnými parametrami WindGen: Janikovce.win,

CliGen: Janikovce.cli, Pôda: 0001001_24h, Hospodárenie: pestovaná plodina

Kukurica siata (jeden rok)

1-14.3.01 -17.5.01 Predsejbové kyprenie20.5.01 Sejba15.9.01 Zber

20.10.01 Orba

Časové obdobie: 1-14. 3. 01

1-14.30.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00SuspenziaSaltácia

Erózny odnos pre simuláciu 2 (t/ha)

Výstupom druhej simulácie je erózny odnos pôdy (2,4 t/ha) za časové obdobie jeden rok

pre pestovanú plodinu kukuricu siatu.

113

4.1.6.3 Simulácia 3

Simuláciu 3 sme uskutočnili so vstupnými parametrami, WindGen: Janikovce.win,

CliGen: Janikovce.cli, Pôda: 0001001_24h, Hospodárenie: Osevný postup 1

28.11.01 Orba  6.5.02 Sejba Kukurica siata (Zea mays)

12.9.02 Zber Kukurica siata9.9.02 Orba  5.5.03 Sejba Kukurica siata23.9.03 Zber Kukurica siata16.10.03 Diskovanie  21.10.03 Diskovanie  24.10.03 Sejba Pšenica letná f. o. (Triticum aestivum)

24.9.04 Zber Pšenica letná f. o.27.11.04 Orba  15.4.05 Diskovanie  18.4.05 Sejba Kukurica siata28.9.05 Zber Kukurica siata28.11.05 Orba  28.2.06 Diskovanie  

V prvom roku došlo k minimálnej strate pôdy vetrom v jarnom období, ktorá

predstavovala menej ako 1 t/ha (čo je hodnota orientačná vzhľadom na to, že sme rok 1

začali jesennou orbou) a k veľkej strate v jesennom období > 8 t/ha (s najväčším

podielom módu saltácia a suspenzia). V druhom roku a treťom roku sa pestovala

plodina kukurica siata, čo spôsobilo pôdnu stratu < 2 t/ha. Vo štvrtom roku (pšenica

letná f.o.) a v piatom roku (kukurica na zrno) k pôdnej strate opäť nedošlo. V šiestom

roku program vypočítal pôdnu stratu < 2 t/ha, čo je spôsobené tým, že v roku 6 bola

prevedená jediná operácia diskovanie, čo nie celkom odpovedá skutočnosti. Pri

vytváraní databáz hospodárenia musíme počítať aj s rokom predchádzajúcim, keďže sa

v tomto roku zväčša uskutočňuje orba pre plodinu, ktorá sa vysieva v nasledujúcom

roku ako aj s rokom nasledujúcim pri ukončení osevného postupu. Výpočty v týchto

rokoch však nezahŕňajú žiadnu plodinu a preto sa tieto pôdne straty neberú do úvahy.

114

4.1.6.4 Simulácia 4

Simuláciu

4 sme uskutočnili

so vstupnými parametrami, WindGen: Janikovce.win, CliGen: Janikovce.cli, Pôda:

0001001_24h, Hospodárenie: Osevný postup 2

01.12.01 Orba  20.03.02 Sejba Repa cukrová (Beta vulgaris)12.09.02 Zber  30.09.02 Diskovanie  24.03.03 Sejba Jačmeň jarný (Hordeum vulgare)03.08.03 Zber  13.08.03 Diskovanie  28.11.03 Orba23.4.04 Sejba Slnečnica ročná (Helianthus annuum)20.8.04 Zber  10.10.04 Diskovanie  13.10.04 Sejba Pšenica letná f. o. (Triticum aestivum)06.07.05 Zber  13.07.05 Diskovanie  25.08.05 Diskovanie  

115

15-3

0.4.

01

1-14

.11.

01

15-2

7.11

.01

15-3

0.4.

03

15-3

0.11

.06

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Pôdna strata pre osevný postup 1

PM-10 Suspenzia

Saltácia

Pôdna strata (t/ha)

časové obdobie

Obrázok 52 [Pôdna strata vetrom počas rokov 2004-2008 (osevný

postup 1) (Grešová, 2009)]

01.09.05 Sejba Jačmeň ozimný (Hordeum vulgare)19.07.06 Zber  11.09.06 Diskovanie  10.11.06 Diskovanie  19.11.06 Sejba Pšenica letná f. o (Triticum aestivum)

Repa cukrová patrí medzi vysoko erozívne plodiny, čo sa potvrdilo aj v prvom

roku v osevnom postupe 2 v jarnom období. Strata pôdy v prvom roku, dosiahla takmer

30 t/ha. V ostatných rokoch bola strata pôdy vetrom veľmi mierna (v treťom a šiestom

roku dosiahla hodnotu menšiu ako 2 t/ha pri pestovaní plodín jačmeň jarný a repka

ozimná). Pestovanie repy cukrovej nie je vhodné z hľadiska ochrany pred veternou

eróziou v riešenom území pokiaľ sa v danom území neuskutočnia vegetačné úpravy

v podobe vegetačných bariér.

15-29.2.01 15-31.3.03 15-18.11.060

5

10

15

20

25

30

Pôdna strata pre osevný postup 2

PM-10SuspenziaSaltácia

Obrázok 53 [Pôdna strata vetrom počas rokov 2004-2008 (osevný postup 2) (Grešová, 2009)]

4.1.7 Záver pre WEPS 1.0

WEPS je vhodný na testovanie mnohých variantov vstupných dát, vrátane

pridávanie bariér a špecifikovaním mnohých možnosti hospodárenia. WEPS taktiež

dokáže vyhotoviť veľmi detailné výstupy a poskytnúť tak užívateľovi lepšie pochopenie

ktoré pôdne podmienky a podmienky hospodárenia zapríčiňujú stratu pôdy vetrom.

116

4.2 SWEEP

Program na vyhodnotenie jednorazového javu veternej erózie (Single-event

wind erosion evaluation program) - (SWEEP) je počítačový model, ktorý simuluje

jednorazový jav veternej erózie v časovom období od začiatku po koniec jedného

erózneho javu v hodinových, prípadne subhodinových intervaloch (30 min,15 min).

Model pozostáva z erózneho submodelu WEPS spojeného s jednoduchým grafickým

prepojením s užívateľom. (USDA-ARS, 2008).

4.2.1 Simulácia 1

Pôdny celok s rozmermi X=300 m, Y=1200 m bez prítomnosti bariér, bez

vegetačného krytu. Pôdne dáta boli analyzované zo sondy číslo 28. Z meteorologických

dát bol vybraný deň 29.3.2006, vzhľadom na prítomnosť intenzívnych vetrov

s priemerom za deň 8,7 m/s a s rmax 14,3-14,7 m/s medzi 14 a 15 hodinou so smerom

300 °, priemernou dennou teplotou 7.6 °C.

X

Pôdny celok

X = 300 m

Y = 1200 m

Y Y

X

Tabuľka 20 [Vstupné dáta charakteristík pôdnych vrstiev]

Počet pôdnych vrstiev 1 2 3

Hĺbka pôdneho horizontu (mm) 270 550 830

Obsah piesčitej frakcie (0.05-2.0) mm 0,11 0,26 0,23

Obsah najjemnšejšej piesčitej frakcie (0.05-0.1) mm 0,1 0,25 0,22

Obsah prachových častíc (0.002-0.05) mm 0,61 0,51 0,53

117

Obsah ílovitých častíc (pod 0.002 mm) 0,28 0,23 0,24

Obsah kamennej frakcie (nad 2 mm) 0 0 0

Objemová hmotnosť (g/cm3) 1,31 1,36 1,35

Priemerná hustota agregátov 1,49 1,53 1,58

Priemerná stabilita suchého agregátu (ln/J/kg) 2,37 2,56 2,56

GMD veľkosti agregátov (mm) 1,06 1,49 1,85

GSD veľkosti agregátov (mm) 10,6 12 12,78

Minimálna veľkosť agregátov (mm) 0,01 0,01 0,01

Maximálna veľkosť agregátov (mm) 4,51 6 7,2

Bod vädnutia (% obj) 6,85 6,85 4,6

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

Subhodinová rýchlosť vetra (m/s)

Subhodinová rýchlosť ve-tra (m/s)

Obrázok 54 [Rýchlosť vetra v hodinových intervaloch počas dňa simulácie (m/s)]

Grafické vyjadrenie straty pôdy na pôdnom celku (veternej erózie za deň 29.3.2006)

Obrázok 55 [Celková strata pôdy (kg/m2)]

118

Celková strata pôdy po dĺžke nechráneného pôdneho celku bez vegetácie

exponenciálne narastá a dosahuje obrovské hodnoty. Ďalšie grafy znázorňujú odnos

častíc v troch transportných módoch ako aj dynamickú rýchlosť vetra pozdĺž pôdneho

celku a kritickú rýchlosť pre daný pôdny celok. V nasledovných simuláciách

poukazujeme na výhody programu SWEEP, kde si užívateľ môže dopredu nasimulovať

projektové varianty a otestovať jednotlivé riešenia a vybrať to najviac vyhovujúce pre

krajinu.

Obrázok 56 [Strata pôdy saltáciou a gúľaním častíc po povrchu (kg/m2)]

Obrázok 57 [Strata pôdy suspenziou (kg/m2)]

Najväčšie množstvo pôdnych častíc (66%) sa pohybuje v móde suspenzia.

119

Obrázok 58 [Strata pôdy časticami PM-10 (kg/m2)]

Obrázok 59 [Dynamická rýchlosť (m/s)] Obrázok 60 Kritická rýchlosť transportnej

dynamickej rýchlosti (m/s)

Celková strata pôdy (kg/m2) 2.85 100%

Strata pôdy saltáciou a gúľaním sa častíc po povrchu (kg/m2) 1.16 40.70%

Strata pôdy suspenziou (kg/m2) 1.65 57.89%

Strata pôdy časticami PM-10 (kg/m2) 0.04 1.41%

120

w

N

Y

X

4.2.2 Grafické vyjadrenie straty pôdy vplyvom vetrolamov

Parametre vetrolamu:

Jednoradový s opadávajúcim lístím

X1 = 150

Y1 = 1200

X2 = 150

Y2 = 0.0

Výška: 2.13 m

Šírka: 1.28 m

Priepustnosť: 90%

Obrázok 61 [Celková strata pôdy (kg/m2) vplyvom prítomnej bariéry (vetrolamu)]

Obrázok 62 [Strata pôdy saltáciou a gúľaním častíc po povrchu (kg/m2)]

121

Obrázok 63 [Strata pôdy suspenziou (kg/m2)]

Obrázok 64 [Strata pôdy časticami PM-10 (kg/m2)]

Obrázok 65 [Dynamická rýchlosť (m/s)]

Celková strata pôdy (kg/m2) 5.34 100%

122

Obrázok 66 [Kritická rýchlosť

transportnej dynamickej rýchlosti (m/s)]

w

N

Y

X

Strata pôdy saltáciou a gúľaním sa častíc po povrchu (kg/m2) 2.21 41.39%

Strata pôdy suspenziou (kg/m2) 3.04 56.93%

Strata pôdy časticami PM-10 (kg/m2) 0.09 1.68%

Parametre vetrolamu:

Trojradový s 

opadávajúcim lístím

X1 = 150

Y1 = 1200

X2 = 150

Y2 = 0.0

Výška: 7.62 m

Šírka: 11.20 m

Priepustnosť: 52%

Obrázok 67 [Celková strata pôdy (kg/m2)]

123

Obrázok 68 [Strata pôdy saltáciou a gúľaním častíc po povrchu (kg/m2)]

Obrázok 69 [Strata pôdy suspenziou (kg/m2)]

Obrázok 70 [Strata pôdy časticami PM-10 (kg/m2)]

124

Obrázok 71[Dynamická rýchlosť (m/s]

Celková strata pôdy (kg/m2) 0.232 100%

Strata pôdy saltáciou a gúľaním sa častíc po povrchu (kg/m2) 0.082 35.34%

Strata pôdy suspenziou (kg/m2) 0.142 61.21%

Strata pôdy časticami PM-10 (kg/m2) 0.008 3.45%

4.2.3 Záver pre SWEEP

Pôda bez prítomnosti vegetácie a vetrolamov vykazuje výrazné celkové straty

pôdy. Po pridaní vetrolamu do simulácie s priepustnosťou 90% sa tieto straty zvýšili

takmer o 100 %, čo si vysvetľujeme tým, že rýchlosť vetra sa vplyvom priepustnosti

vetrolamu výrazne zvýši teda aj straty pôdy narastajú. Pri simulovaní vetrolamu

polopriepustného (52 %) sa straty pôdy zredukovali takmer na minimum. Takýmto

spôsobom si môže užívateľ jednoducho nasimulovať akúkoľvek situáciu, ktorú

potrebuje v krajine riešiť, vytvoriť tak najvhodnejšiu kombináciu umiestnenia, zloženia

ako aj typu vetrolamu a otestovať varianty predtým ako sa zrealizujú, čo výrazne môže

šetriť náklady spojené s ich výsadbou a údržbou.

4.3 GIS

Geografický informačný systém predstavuje moderný nástroj na tvorbu máp

a mapových kalkulácií aj pri riešení problémov spôsobovaných veternou eróziou.

125

Obrázok 72 Kritická rýchlosť transportnej

dynamickej rýchlosti (m/s)

Prostredníctvom tohto nástroja rovnica veternej erózie nadobúda nový rozmer

v hodnotení odnosov vetra, ktoré sa dajú identifikovať pre konkrétny pôdny celok

v celom riešenom území, čo má obrovský význam pri plánovaní ochrany krajiny.

Priestorové vyjadrenie variability jednotlivých parametrov vstupujúcich do rovnice

veternej erózie umožňuje analýzu presne definovaných miest ohrozovaných veternou

eróziou. Podobne ako v počítačových modeloch aj v GIS je možná analýza

a porovnanie súčasného stavu s návrhovými variantmi riešenia a výber

najoptimálnejšieho riešenia pred realizáciou protieróznych opatrení. V tejto práci sme

sa zamerali na výpočet veternej erózie pre štyri roky 2005-2008 pomocou rovnice WEQ

(Woodruff, Siddoway, 1965), podľa metodiky Skidmore (1986) a „CP“ (1993). Využili

sme pritom programy ArcView 3.2 a ArcGIS 9.3 na spracovanie pôdnych, klimatických

územných a vegetačných parametrov, z ktorých sme následne pomocou rovníc

uvedených v kapitolách 3.8.6 a 3.8.7 pre výpočet oboch metodík zostrojili výsledné

mapy a grafy eróznych odnosoch ako aj porovnania súčasného a navrhovaného stavu.

4.3.1 Porovnanie metodík Skidmore (1986) a „CP“ (1993)

Najviac zastúpenou plodinou v osevnom postupe v roku 2005 bola lucerna siata,

ktorá zaberala približne 26 % výmery poľnohospodárskej pôdy, 20 % zastúpenie mali

plodiny kukurica siata a jačmeň ozimný, 12 % predstavovali trávne miešanky a pod

10 % repa cukrová, jačmeň ozimný a výmeru pod 2 % zaberali plodiny sója fazuľová,

slnečnica ročná, jačmeň jarný a pšenica letná f. o. V tomto osevnom postupe (OP)

prevažovali úzkoriadkové plodiny oproti širokoriadkovým.

Zastúpenie jednotlivých plodín v OP 2005

Jačmeň jarný

Jačmeň ozimný

Kukurica siata

Lucerna siata

Orná pôda

Pšenica letná f.o.

Repa cukrová

Slnečnica ročná

Sója fazuľová

Trávne miešanky

126

Obrázok 73 [Zastúpenie jednotlivých plodín v OP 2005 (Grešová, 2010)]

Kukurica siata v osevnom postupe v roku 2008 zaberala približne 29 % výmery

poľnohospodárskej pôdy, 37 % pšenica letná f. o., 11 % slnečnica ročná, 19 % repa

cukrová a 2 % jačmeň jarný. V tomto osevnom postupe prevládajú širokoriadkové

plodiny (60 % zastúpenie).

Zastúpenie jednotlivých plodín v OP 2008

Slnečnica ročná

Pšenica letná f.o.

Kukurica siata

Orná pôda

Repa cukrová

Jačmeň jarný

Obrázok 74 [Zastúpenie jednotlivých polodín v OP 2008 (Grešová, 2010)]

Pri porovnaní výsledných máp jednotlivých variantov v riešených rokoch sa pri

oboch metodikách (podľa Skidmore, 1986 a „CP“, 1993) prejavil fakt, že najväčší

odnos pôdy vetrom je spôsobený širokoriadkovými plodinami, pri pestovaní ktorých sa

odnos na jar oproti odnosu z holého povrchu zvýšil, čo nastalo vplyvom urovnania

povrchu (zmena faktora drsnosti) a nízkou váhou vegetačného faktora. V prípade

ozimných plodín sa erózia v jarnom období znížila na minimum, keďže porast sa

vyznačoval hustým zapojením a hodnota V faktora jednoznačne ovplyvnila hodnotu

erózneho odnosu. Pri plodinách jačmeň jarný, lucerne a trávnych miešankách sa erózia

znížila (obr. 75,76, 79, 80).

127

JJ JO KS LS OP PL f.o. RC SR SF TM0

10

20

30

40

50

60

70

80

Priemerný odnos pôdy vetrom 2005 - podľa plodín ("CP")

I. variant

II. variant

variant plodina

Plodiny

Odn

os (m

3/ha

)

Obrázok 75 [Priemerný odnos pôdy vetrom podľa "CP" (Grešová, 2010)]

JJ JO KS LS OP PL f.o. RC SR SF TM0

5

10

15

20

25

30

35

40

Priemerný odnos pôdy vetrom 2005 - podľa plodín (Skidmore)

I. variantII. variantvariant plodina

Plodiny

Odn

os (m

3/ha

)

Obrázok 76 [Priemerný odnos pôdy vetrom podľa Skidmore (Grešová 2010)]

1 2 3 4 50

500

1000

1500

2000

Jeseň 2004, I. variant

Jeseň 2004, II. variant

Jar 2005, variant plodina

Stupeň ohrozenia podľa Zachara

Vým

era

(ha)

Zastúpenie stupňov ohrozenia veternou eróziou v riešenom území ("CP")

Obrázok 77 [Zastúpenie stupňov ohrozenia podľa „CP“ (Grešová, 2010)]

128

1 2 3 4 50

500

1000

1500

2000

2500

3000

Zastúpenie stupňov ohrozenia veternou eróziou v riešenom území (Skidmore)

I. variantII. variantvariant plodina

Stupeň ohrozenia (m3/ha)

Vým

era

(ha)

Obrázok 78 [Zastúpenie stupňov ohrozenia podľa Skidmore (Grešová, 2010)]

SR PL f.o. KS OP RC JJ LS TM SF0

20

40

60

80

100

120

Priemerný odnos vetrom 2008 - podľa plodín ( "CP")

I. variantII. variantvariant plodina

Plodiny

Odn

os (m

3/ha

)

Obrázok 79 [Priemerný odnos vetrom podľa „CP“ (Grešová, 2010)]

JJ TM SF SR PL f.o. OP LS KS RC0

10

20

30

40

50

60

Priemerný odnos pôdy 2008 - podľa plodín (Skidmore)

I. variantII. variantvariant plodina

Plodiny

Odn

os p

ôdy

(m3/

ha)

Obrázok 80 [Priemerný odnos vetrom podľa Skidmore (Grešová, 2010)]

129

1 2 3 4 50

500

1000

1500

2000

2500

Zastúpenie stupňov ohrozenia veternou eróziou v riešenom území

(Skidmore)

I. variantII. variantvariant plodina

Stupeň ohrozenia pôd (Zachar, 1970)

Vým

era

(ha)

Obrázok 81 [Zastúpenie stupňov ohrozenia podľa Skidmore (Grešová, 2010)]

Najviac erodovaných plôch spadá do štvrtej a piatej kategórie (podľa Zachara),

čo predstavuje stratu od 15-50 a 50-200 t/ha/rok. Záujmové územie teda patrí medzi

vysoko náchylné k veternej erózie. Je to dané druhom pôdy, ktoré sa na danom území

vyskytujú, ale aj vysokým podielom pestovania širokoriadkových plodín a nízkym

podielom vetrolamov a bariér v území a jeho okolí. Pri variante I, je umiestnenie brázd

kolmé smerom na smer prevládajúceho vetra, teda parametrom drsnosti ovplyvňujúcim

erózny odnos je pravidelná aj nepravidelná drsnosť. Vo vyšších triedach odnosu

prevláda nepravidelná drsnosť teda aj odnosy pôdy sú v týchto triedach vyššie.

Pozitívny účinok úzkoriadkových plodín sa prejavil v prvej a druhej kategórii. Pri

pestovaní širokoriadkových plodín sa výmera plôch ohrozených vetrom spadajúcich do

štvrtej a piatej kategórie výrazne zvýšila.

I. variant II. variant variant plodina0

10

20

30

40

50

60

70

80

Porovnanie odnosu pôdy v období 2005-2008 "CP"

2005200720072008

Odn

os (m

3/ha

)

Obrázok 82 [Porovnanie odnosu pôdy v období 2008-2008 podľa „CP“ (Grešová, 2010)]

130

\

I. variant II.variant variant plodina0

10

20

30

40

50

60

70

Porovnanie odnosu pôdy v období 2005-2008 (Skidmore)

2005

2006

2007

2008

Odn

os (m

3/ha

)

Obrázok 83 [Porovnanie odnosu pôdy v období 2008-2008 podľa Skidmore (Grešová, 2010)]

4.4 Návrh siete vetrolamov

Pri návrhu siete vetrolamov sme sa snažili predovšetkým o zníženie nechránenej

dĺžky, ktorá v určitých miestach dosahovala vzdialenosti niekoľkých kilometrov (obr.

92, 93, 94, 95). Ako hranice navrhovaných vetrolamov boli využívané prírodné už

existujúce siete vodných kanálov (Kráľovský kanál, Selický kanál, Zajarčie,

Sládečkovce-Veča), poľné cesty a na miestach kde nebolo možné využiť prírodný

koridor, bola sieť vetrolamov navrhnutá na hranici katastra. Bolo spolu navrhnutých 7

línií vetrolamov, v celkovej dĺžke 19,6 km.

Tabuľka 21 [Navrhované dreviny pre sieť vetrolamov]

Navrhované druhy Charakteristika drevín

Populus nigra

Cieľová drevina

Domáci, mohutný strom, rýchlorastúci, drevo je mäkké

a ľahké, v mladosti dobre ohybné, preto je vhodný do

vetrolamov, neskôr sú však lámavé a krehké. Darí sa mu

v hlbokých, hlinitých pôdach, má mohutný koreňový

systém, je vhodný do krajinárskych úprav.

Quercus robur

Kostrová drevina

Mohutný, domáci druh, je svetlomilný, má rád živné

a vlhkejšie pôdy, dobre znáša i občasné sucho, dožíva sa

vysokého veku, preto je vhodný ako kostrová drevina,

vhodný do alejí i ako solitér, tiež do krajinárskych úprav,

pretože oživuje krajinu.

131

Cerasus avium

Cieľová drevina

Domáci druh, má rád slnečné stanovištia, rýchlorastúci, má

rád živné vápenité pôdy, vhodný do alejí i ako solitér,

kvitne v apríli až v máji, tiež je vhodný do krajinárskych

úprav, oživuje krajinu.

Crataegus monogyna

Stromoker-podrast

Tŕnistý menší strom, do 10 m. Rastie v celej Európe.

Kvitne v máji na bielo. Okrasný je aj plodmi- malvičkami.

Sú nenáročné, dobre regenerujú.

Acer tataricum

Stromoker - podrast

Pochádza z juhovýchodnej Európy, u nás rastie i vo voľnej

prírode. Dosahuje výšku max.8 m. Listy sa na jeseň

sfarbujú do žltočervena. Ozdobné sú aj krídla plodov je

nenáročný, sadí sa do podrastu a krovitých skupín.

Prunus spinosa

Ker - podrast

Domáci nízky stromoker, dorastá do výšky 5-7m, vysádza

sa ako podrast k vyšším stromom. Rýchlo rastie a ľahko

regeneruje. Okrasný je voňavými kvetmi v jarnom období.

4.4.1 Porovnanie súčasného stavu s návrhovým riešením

Z hľadiska protieróznej ochrany bol osevný postup v roku 2006 v porovnaní

s ostatnými riešenými rokmi najmenej vhodný, čo sa prejavilo na eróznych odnosoch

vetrom vo variante plodina, v ktorom nastal viac ako 100% nárast objemu erodovaných

častíc. Podľa metodiky CP najväčší odnos v roku 2006 bol vypočítaný v prvom

a druhom variante riešenia. Podľa erózneho ohrozenia roku 2006 sme navrhli preto sieť

vetrolamov na miestach s najväčšími odnosmi, čím sme dosiahli zníženie nechránenej

dĺžky (mapa 26c pre “CP” a mapa 26d pre Skidmore v prílohe), čo malo priamy vplyv

na zníženie odnosov pôdy vetrom. Podľa metodiky CP nechránená dĺžka vstupuje

priamo do vzorca a má výraznú váhu pri eróznych odnosoch. Podľa metódy Skidmore

nechránená dĺžka je redukovaná o L0, ktoré vyjadruje dĺžku, na ktorej je pôdy celok

chránený pred odnosmi vetrom. Teda podiel L/L0 ovplyvňuje erózny odnos iným

spôsobom, ale s rovnakým výsledkom, zníženia erózneho odnosu.

132

KS JO LS PL f.o RC OP SR SF0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Priemerný erózny odnos podľa plodín pred a po návrhu ("CP")(I. variant, jeseň 2005)

pôvodný stavnávrh

Plodiny

Eróz

ny o

dnos

(m3/

ha)

Obrázok 84 [Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa „CP“, I. variant (Grešová, 2010)]

KS JO LS PL f.o RC OP SR SF0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Priemerný erózny odnos podľa plodín pred a po návrhu ("CP")(II. variant, jeseň 2005)

pôvodný stavnávrh

Plodiny

Odn

os (m

3/ha

)

Obrázok 85 [Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa „CP“, II. variant (Grešová, 2010)]

KS JO LS PL f.o RC OP SR SF0

10

20

30

40

50

60

70

80

Priemerný erózny odnos podľa plodín pred a po návrhu ("CP")(variant plodina, jar 2006)

pôvodný stavnávrh

Plodiny

Odn

os (m

3/ha

)

133

Obrázok 86 [Priemerný erózny odnos pred a po návrhu podľa „CP“, variant plodina (Grešová,

2010)]

1 2 3 4 5 60

500

1000

1500

2000

2500

3000

Zastúpenie stupňov ohrozenia veternou eróziou v riešenom území pred a po návrhu ("CP")

pôvodný stav, I. variant

návrh, I. variant

pôvodný stav, II. variant

návrh, II. variant

pôvodný stav, variant plodina

návrh, variant plodina

Stupeň ohrozenia (Zachar, 1970)

Vým

era

(ha)

Obrázok 87 [Zastúpenie stupňov ohrozenia pred a po návrhu podľa „CP“ (Grešová, 2010)]

Navrhnutá sieť vetrolamov prispela k výraznému zníženiu erózneho odnosu

v riešenom území. Prejavilo sa to najmä v metodike podľa CP (1993) (obr. 98), kde do

výpočtov vstupuje nechránená dĺžka v území v plnom rozsahu, redukovaná o funkciu

redukcie pred a za vetrolamom, kde je dĺžka prerušená. V metodike podľa Skidmore

(1989), nechránená dĺžka je redukovaná o parameter L0, ktorý vyjadruje maximálnu

prípustnú dĺžku vzhľadom na erodibilitu a drsnosť pôdy a v tomto prípade sa návrh

vetrolamov neprejavil vo výraznom znížení odnosu pôdy, preto je diskutabilná

vhodnosť redukcie nechránenej dĺžky o parameter L0. Rozdiely v jednotlivých

metodikách sa prejavili teda aj v zaradení do tried odnosov podľa Zachara (1970).

Podľa CP sa odnosy v návrhovom variante zvýšili v kategóriách 1,2 a 3 a znížili v 4 a 5

kategórii, podľa Skidmore boli rozdiely medzi návrhom a pôvodným stavom

v podobným trendom avšak v oveľa menších rozdieloch. V metodike podľa Skidmore

absentujú 1 a 2 kategória, čo je spôsobené tým, že chránená dĺžka za vetrolamom je

definovaná ako násobok jeho výšky (80 m v prípade vetrolamu a 150 m v prípade

zastavaného územia), čo sa neprejavilo postupným nárastom erózneho odnosu v smere

za vetrolamom ako pri metodike podľa CP. Porovnanie eróznych odnosov pred a po

návrhu podľa Skidmore vyjadrujú obr. 99 a 100.

134

KS JO LS PL f. o. RC OP SR SF0

10

20

30

40

50

60

Priemerný erózny odnos podľa plodín pred a po návrhu (Skidmore) (I. variant, jeseň 2005)

pôvodný stavnávrh

Plodiny

Odn

os (m

3/ha

)

Obrázok 88 [Priemerný erózny odnos pred a po návrhu (Skidmore), I. variant (Grešová, 2010)]

KS JO LS PL f. o. RC OP SR SF0

10

20

30

40

50

60

Priemerný erózny odnos podľa plodín pred a po návrhu (Skidmore)(II. variant, jeseň 2005)

pôvodný stavnávrh

Plodiny

Odn

os (m

3/ha

)

Obrázok 89 [Priemerný erózny odnos pred a po návrhu (Skidmore), II. variant (Grešová, 2010)]

KS JO LS PL f. o. RC OP SR SF0

5

10

15

20

25

30

35

40

Erózny odnos 2006 (Skidmore)(variant plodina, jar 2006)

pôvodný stavnávrh

Plodiny

Odno

s (m

2/ha

)

Obrázok 90 [Priemerný erózny odnos pred a po návrhu (Skidmore), variant plodina (Grešová,

135

2010)]

1 2 3 4 50

500

1000

1500

2000

2500

Stupeň ohrozenia pôd 2006 (Skidmore)

I. variant, pôvodný stav

I. variant, návrh

II. variant, pôvodný stav

II. variant, návrh

variant plodina, pôvodný stav

variant plodina, návrh

Stupeň ohrozenia (Zachar, 1970)

Vým

era

(ha)

Obrázok 91 [Stupeň ohrozenia pôd - návrh (Skidmore, 1986)]

Obrázok 92 [Detail nechánenej dĺžky v

území podľa "CP" pred návrhom]

136

Obrázok 93 [Detail nechránenj dĺžky v

riešenom území podľa „CP“ po návrhu]

Obrázok 94[Detail nechránenej dĺžky

v území podľa Skidmore pred návrhom]

137

Obrázok 95 [Detail nechránenej dĺžky

v územi podľa Skidmore po návrhu]

Obrázok 96 [Detail rýchlosti vetra podľa

"CP"]Obrázok 97 [Detail rýchlosti vetra podľa

Skidmore]

Obrázok 98[Detail erózneho odnosu pôdy Obrázok 99 [Detail erózneho odnosu

„CP“ – pôvodný stav] pôdy „CP“ – návrh]

Obrázok 100 [Detail erózneho odnosu Obrázok 101 [Detail erózneho odnosu pôdy

podľa Skidmore – pôvodný stav] podľa Skidmore – návrh]

138

5 DiskusiaV súčasnosti existuje mnoho spôsobov výpočtu a modelovania veternej erózie.

V tejto práci sme sa zamerali na testovanie troch spôsobov modelovania prejavov

veternej erózie. Jedným zo spôsobov bol program WEPS 1.0, ktorý sa javí ako

komplexný nástroj a slúži nielen na výpočet pôdnych strát vetrom, ale zahrnutím

širokého spektra vstupných parametrov užívateľ získa podrobný prehľad o problémoch

veternej erózie v riešenom území. Schopnosť simulovať časovú a priestorovú variabilitu

pôdnych podmienok, simulácia komplexných pôdnych tvarov, bariér a komplexnej

topografie posúva spôsoby výpočtov a dosiahnuté výsledky na vyššiu úroveň

hodnotenia prejavov erózie a možností projektovania opchranných opatrení. Schopnosť

oddeliť pôdne straty váľaním po povrchu, skokmi, vznášaním vo vzduchu a čiastočky

PM10 je ďalším pozitívnym prínosom WEPS. Každý z týchto komponentov má

špecifické charakteristiky a účinok. Váľanie a saltácia sú typicky usadené lokálne kde

ovplyvňujú kvalitu vody a pôdy, zasypávajú plodiny, cesty, závlahové kanály alebo sa

zachytávajú v plotoch alebo vetrolamoch. Vznášaním vo vzduchu môžu byť častice

zdvihnuté do vzduchu a prenášané na veľké vzdialenosti. Tým sa spôsobuje škoda na

kvalite vzduchu, vzniká riziko zdravotných ťažkostí, redukuje sa viditeľnosť pozdĺž

transportných systémov. Odhady pôdnych strát každého z týchto komponentov

prispievajú k presnejšiemu hodnoteniu životného prostredia. Veľké množstvo vstupných

parametrov však môže vyvolávať otázky vhodnosti využívania takéhoto modelu, kvôli

zdĺhavosti zhromažďovania potrebných dát a vytváraniu databáz ako aj presnosti dát.

Veľké pozitívum počítačového modelu je, že užívateľ môže dopredu porovnať pozitívne

a negatívne dopady navrhovaných zmien v krajine a zvoliť vhodné riešenie po následnej

analýze, čo môže pozitívne vplývať na ekonomické hľadisko pri pretváraní krajiny.

Druhým modelom, ktorý sme využili pri hodnotení eróznej ohrozenosti územia

je program SWEEP, ktorý slúži na hodnotenie jedného erózneho javu. Tento model sa

javí ako rýchly spôsob vyhodnotenia prejavov erózie hlavne v krajinách, kde sa erózia

vyskytuje niekoľkokrát do roka v určitých obdobiach. Pomocou tohto programu sa dajú

dosiahnut podrobné výstupy z eróznych udalostí v troch módoch pohybu pôdnych častíc

ako aj vplyvu protieróznych bariér prítomných v území.

Proti výhodam používania počítačových modelov, ktorých používanie je

rýchlejšie a pohodlnejšie pre užívateľov s dostatočnými dátami potrebnými pre vstup do

modelu stojí v súčasnosti stále využívaná rovnica veternej erózie. Pri modelovaní

139

pomocou konkrétnej rovnice užívateľ pozná jednotlivé kroky výpočtov, avšak

komplikácie nastávajú pri výpočtoch jednotlivých faktorov. Kalkulácie a spôsoby

výpočtov celého procesu erózie v počítačových programoch ostávajú ukryté v skrytých

procesov a ako „know how“ tvorcov programov.

Geografické informačné systémy ako nástroj na tvorbu máp a mapových

kalkulácií sa v súčasnosti radia na popredné miesto a prostredníctvom tohto nástroja

rovnica veternej erózie nadobudla nový rozmer v hodnotení odnosov vetra, ktoré sa dajú

identifikovať pre konkrétny pôdny celok v celom riešenom území, čo má obrovský

význam pri ochrannom plánovaní krajiny. C faktor sa v rovnici WEQ definuje pre

časové obdobie jeden rok vypočítaný z historických dát. Pre modelovanie prejavov

veternej erózie, je rozhodujúcim eróznym činiteľom vietor a jeho parametre rýchlosť

a smer. Rýchlosť vetra je rozhodujúca v jednotlivých dňoch a hodinách je dosahuje

najväčšie rýchlosti. Do C faktora vstupuje rýchlosť v podobe priemernej ročnej

hodnoty. Čo je hodnota pre veternú eróziu absolútne nereprezentatívna. Smer vetra do

faktora nevstupuje. V porovnaní s programom WEPS 1.0 kde sú vstupnými

parametrami klimatického faktora smery a rýchlosti vetra za časové obdobie niekoľkých

desiatok rokov zadávané v hodinových intervaloch sa môže teda C faktor v rovnici

WEQ javiť ako veľmi nepresné definovanie klimatických podmienok v danej oblasti.

Ďalším faktorom vstupujúcim do rovnice veternej erózie je K faktor. Faktor drsnosti

pôdy je bol zadefinovaný viacerými autormi (Skidmore, Woodruf a Siddoway,

Chainova metóda, agronomický manuál USA, RUSLE, Vrána). Pravidelná drsnosť je

podľa (Woodruff, Siddoway) definovaná pomerom výšky brázd umocnených na druhú

a ich vzdialenosťou. Vrána uvádza konkréte hodnoty drsnosti vĺn mikroreliéfu pre

určitý stav pôdneho povrchu. Existuje viacero metód na určenie hodnoty nepravidelnej

drsnosti (Allmaras, Chainova metóda, digitálne snímkovanie povrchu pôdy). Na

jednotlivých pôdnych celkoch po konkrétnych agrotechnických opatreniach sa môžu

vyskytovať obe drsnosti. V agronomickom manuále USA je drsnosť vyjadrená ako

násobok týchto oboch drsností. Fryrear a Saleh (1997) však uvádzajú konkrétny vzťah,

ktorý vyjadruje funkciu týchto dvoch drsností. Na rýchlosť vetra výrazne vplýva

drsnosť povrchu pôdy. Preto je dôležité vyjadrenie rýchlosti s vplyvom aerodynamickej

drsnosti povrchu. V priebehu roka sa aerodynamická drsnosť povrchu výrazne mení

a tým ovplyvňuje rýchlosť vetra. Podstatné je aj zohľadnenie vplyvu bariér na prúdenie

vzduchu. Autori programu WEPS zohľadňujú jednotlivé bariéry vyjadrením vplyvu

redukcie dynamickej rýchlosti pred a za bariérami ako funkciu vzdialenosti od bariéry

140

vzhľadom na jej výšku. Takto upravený C faktor je vyjadrením nielen klimatických

charakteristík pre určitú oblasť, ale zahŕňa všetky vplyvy bariér ako aj charakter

pôdneho povrchu. Ďalším faktorom vstupujúcim do rovnice WEQ je faktor nechránenej

dĺžky, ktorého definície sa rôznia. Autori „CP“ uvádzajú nechránenú dĺžku ako

vzdialenosť od bariéry po baréru. Skidmore (1989) definuje túto dĺžku vzhľadom na

hranice pôdnych celkov, čo nevystihuje podstatu nechránenej dĺžky pre veternú eróziu,

keďže cesty a hranice pôdnych celkov nepredstavujú protierózne zábrany pre

pohybujúce sa pôdne častice. Vegetačný faktor je pri oboch metodikách definovaný

pomocou rovnakých vzorcoch ako parameter SGe, ktorý pre Skidmore vstupuje do

parametra V.

Tieto rozdielnosti jednak v rovnici WEQ pre obe metodiky ako aj rozdiely

medzi počítačovými modelmi a súčasnou rovnicou sa prejavili v rôznych dosiahnutých

výsledkoch, najmä v hodnotách eróznych odnosoch.

141

6 ZáverPomocou programu WEPS sme presnejšie vypočítali pôdnu stratu pre určité

pôdne charakteristiky a určili maximálnu potenciálnu pôdnu stratu definovanú v dvoch

transportných módoch saltácia a suspenzia, zatiaľ čo sa pri doterajších spôsoboch

určovaní pôdnej straty vetrom podľa BPEJ dal charakterizovať iba stupeň ohrozenia,

ktorý nevyčísľuje maximálne ani minimálne potenciálne odnosy pôdy pre danú BPEJ.

Maximálne potenciálne odnosy pôdy pre jednotlivé BPEJ boli v rozpätí od 35 do 95

t/ha/rok. Pri testovaní osevných postupov, sa plodiny kukurica siata a repa cukrová

prejavili ako najviac erozívne a odnosy pôdy dosahovali od 2 do 30 t/ha/rok, čo sú

v porovnaní s výpočtami dosiahnutými pomocou rovnice WEQ nižšie hodnoty eróznych

odnosov, čo je podľa nášho názoru spôsobené schopnosťou časovej a priestorovej

variability a kombinácie klimatických, pôdnych, hydrologických podmienok, ktoré sú

súčasťou programu WEPS 1.0.

V programe SWEEP sme testovali tri varianty riešenia, bez prítomnosti

vetrolamov a s prítomnosťou priepustného a polopriepustného vetrolamu. Strata pôdy

bez prítomnosti vetrolamu dosiahla 2,85 kg/m2 (28,5 t/ha). Strata pôdy s prítomnosťou

vetrolamu s priepustnosťou 90% dosiahla vyššiu hodnotu 5,34 kg/m2 (53,4 t/ha), čo

predstavuje takmer 100% nárast erózneho odnosu. Rýchlosť vetra sa prechodom cez

priepustný vetrolam zvýši a tým dochádza aj k väčším eróznym odnosom. Preto pri

tvorbe ochranných plánovaní proti veternej erózie treba zvážiť vhodnosť navrhnutých

opatrení, aby po návrhoch nedochádzalo k väčším škodám ako pred návrhmi. Práve

tento program sa javí ako vhodná možnosť testovania rôznych návrhových variánt. Pri

zvolení vhodného polopriepustného vetrolamu (52%) sa erózny odnos znížil na 0,23

kg/m2 (2,3 t/ha).

Modelovanie erózie pomocou rovnice WEQ je náročnejšie z časového hľadiska.

Taktiež rozdielnosti pohľadov jednotlivých metodík („CP“, Skidmore) prinášaju

rozdielne výsledky. V roku 2005 boli podľa „CP“ najvyššie odnosy pre repu cukrovú (I.

variant – 13 t/ha, II. variant – 55 t/ha, vatiant plodina – 70 t/ha/rok), podľa Skidmore (I.

variant – 16 t/ha rok, II. variant – 34 t/ha/rok, variant plodina – 37 t/ha/rok). Vysledky

sa líšia aj pre ostatné plodiny v OP 2005. V oboch metodikách sme dosiahli aj rozdielne

výmery ohrozenia pôdy v jednotlivých stupňoch ohrozenia podľa Zachara (1970).

Najviac erodovaných plôch spadá do štvrtej a piatej kategórie (podľa Zachara), čo

142

predstavuje stratu od 15-50 a 50-200 t/ha/rok. Záujmové územie teda patrí medzi

vysoko náchylné k veternej erózie. Je to dané druhom pôdy, ktoré sa na danom území

vyskytujú, ale aj vysokým podielom pestovania širokoriadkových plodín a nízkym

podielom vetrolamov a bariér v území a jeho okolí. Z hľadiska ochrany pôdy pred

veterneou eróziou je osevný postup roku 2006 najnevhodnejší a erózne odnosy v tomro

roku dosiahli najväčšie hodnoty. Navhrli sme preto sieť vetrolamov, kde sme sa snažili

predovšetkým o zníženie nechránenej dĺžky, ktorá v určitých miestach dosahovala

vzdialenosti niekoľkých kilometrov. Ako hranice navrhovaných vetrolamov boli

využívané prírodné už existujúce siete vodných kanálov (Kráľovský kanál, Selický

kanál, Zajarčie, Sládečkovce-Veča), poľné cesty a na miestach kde nebolo možné

využiť prírodný koridor, bola sieť vetrolamov navrhnutá na hranici katastra. Bolo spolu

navrhnutých 7 línií vetrolamov, v celkovej dĺžke 19,6 km. Pri porovnaní eróznych

odnôs pred a po návrhu došlo k zníženiu odnosov vetra v oboch metodikách. Podľa

Skidmore (1986) bolo toto zníženie nižšie ako pri pretodike „CP“ hlavne z dôvodu

parametra nechránenej dĺžky, kde pri „CP“ táto dĺžka vstupuje v plnom rozsahu, zatiaľ

čo v metodike podľa Skidmore je táto dĺžka redukovaná funkciou drnosti a erodibility

pôdy.

Na Slovensku sa modely veternej erózie takmer vôbec nevyužívajú, čo je ale na

škodu veci, pretože pri projektovaní protieróznych opatrení si užívateľ vie rýchlejšie

porovnať rôzne varianty riešenia a ich vplyv na krajinu. Hodnotenie veternej erózie

podľa pôdnych charakteristík bez zahrnutia vplyvu veterných charakteristík je

nedostatočné, keďže vietor ne výrazným eróznym činiteľom v hodnotení prejavov

veternej erózie. Všetky tri testované modeli prejavili veľký potenciál pri hodnotení

prejavov vetra pre podmienky Slovenska. Je na užívateľovi aký spôsob najmä

z hľadiska časových, dátových možností má k dispozícií. Ďalšie výskumné úlohy by

mali smerovať aj k meraniu veternej erózie v teréne, aj keď je tento spôsob oveľa

náročnejší, aby sa dali vypočítané hodnoty porovnať so skutočne nameranými a tak

zhodnotiť presnosť jednotlivých modelov pre podmienky Slovenska.

143

7 Zoznam použitej literatúry1. ANTAL, J. a i. 2000. Hydromeliorácie. Protierózna ochrana poľnohospodárskej

pôdy. Základné ustanovenia - STN 75 4501. Bratislava : SÚTN 2000. 28 s.

2. ATLAS KRAJINY. 2002. MŽP SR Bratislava. 1. vydanie. ISBN 80-88833-27-

2.

3. BAGNOLD, R. A. 1943. The Physics of Blown Sand and Desert Dunes, W.

Morrow a Co., New York, 265 s. ISBN – 10: 0486439313

4. BEDNÁŘ J., a kol. 1993. Meteorologický slovník výkladový terminologický.

Praha: Ministerstvo Životního prostředí ČR.

5. BONDY, E. L. et al. 1980. Computing Soil Erosion by Periods Using Wind-

Energy Distribution. J. Soil Water Conservation. 35: 173-176.

6. CESTA I/75 ŠAĽA – OBCHVAT: SPRÁVA O HODNOTENÍ. 2006. [online]

Dostupné na internete: < http://www.sala.sk/cms/index.php?id=52 >.

7. DEMO, M., BIELEK, P. A KOL. 2000. Regulačné technológie v produkčnom

procese poľnohospodárskych plodín. Nitra: SPU v Nitre v spolupráci s VÚPOP

v Bratislave, 2000. 667 s. ISBN 80-7137-732-5.

8. DEMO, M.-BIELEK, P.-DŽATKO, M. et al. 1998. Usporiadanie a využívanie

pôdy v poľnohospodárskej krajine. Nitra : SPU, VÚPÚ, 1998, 302 s. ISBN 80-

7137-525-X

9. ENGLEHORN, C. L., ZINGG, A. W., WOODRUFF, N . P. 1952. The Effects

of Plant Residue Cover and Clod Structure on Soil Losses by Wind, Soil Science

Society of America, s. 29-33

10. FAO, 1960. Soil Erosion by Wind and Measures for its Control on Agricultural

Lands. FAO Agricultural Development Paper 71, Rome.

11. FRYREAR, D.W. 2001. Wind Erosion Estimates with RWEQ and WEQ. 10th

International Soil Conservation Organization Meeting. Purdue University,

USDA-ARS. 760-765 pp.

12. FRYREAR, D.W., et al. 2000. RWEQ: Improved Wind Erosion Technology. J.

Soil and Water Conserv. 55:183-189.

13. FRYREAR, D.W., SALEH, A. 1996. Wind erosion: Field Lenght. Soil Sci.

161:398-404.

14. FRYREAR, D.W., SALEH., J.D., BILBRO., H.M. 1998. Revised Wind Erosion

Equation (RWEQ). Wind Erosion and Water Conservation Research Unit.

144

USDA – ARS, Southern Plains Area Cropping Systems Research Laboratory.

Technical Bulletin No. 1.

15. GILLEY, J. E., KOTTWITZ, E.R. 1995. Random Roughness Assessment by the

Pin and Chain Method. In: Biological Systems Engineering: Papers and

Publications. Dostupné na internete:

http://digitalcommons.unl.edu/biosysengfacpub/60.

16. Hagen, L.J. 1995. WEPS technical documentation: Erosion submodel. SWCS

WEPP/WEPS Symposium. Ankeny, IA.

17. HUDSON, N. 1973. Soil Conservation. 2. vyd. Ithaca: Cornell university press.

1973, 320 s. ISBN 0-8014-0654-4.

18. CHEPIL, W. S., 1943. The Transport Capacity of the Wind, Spol. Sci., 60, s.

475-480.

19. CHEPIL, W. S., 1957. Width of Field Strips to Control Wind Erosion, Kansas

Agr. Exp. Station, Tech. Bul, 92.

20. CHEPIL, W. S., 1958. Soil Conditions that Influence Wind Erosion, Tech. Bul.

1185, USDA, Washington, 40 s.

21. CHEPIL, W. S., 1959. Wind Erodibility of Farms Fields, Journal of Soil and

Water Conserv., 14, s. 214-219.

22. CHEPIL, W. S., SIDDOWAY, F. H., ARMBRUST, D. V., 1964. Wind

Erodibility of Knoll and Level Terrains, Journal of Soil and Water Conservation,

19, s. 179-181.

23. CHEPIL, W. S., WOODRUFF, N. P. 1963. The Physics od Wind erosion and its

Control. Advances in Agronomy 15:211-302.

24. KARDOUS, M., BERGAMETTI, G., MARTICORENA, B. 2005. Aerodynamic

roughness lenght related to non-aggregatedvtillage ridges in Annales

Geophysicae vol. 23. European Geosciences Union.

25. JAMBOR, P., ILAVSKÁ, B. 1998. Metodika protierózneho obrábania pôdy

Bratislava: MPSR - VÚPÚ, 1998, 70 s. ISBN 80-8536-46-9

26. JŮVA, K. , CABLÍK, J. 1954. Protierosní ochrana půdy. Praha: SZN, 1954, 259

s.

27. LYLES, L. 1983. Erosiove Wind Energy Distributions and Clomatic Factors for

the West. J. Soil Water Conservation 38: 106-109.

28. NOVÁK, V.1989. Výpočet denných úhrnov evapotranspirácie modifikovanou

penmanovskou metódou. In: Referáty, Vodohospodársky časopis 37, č. 1. S.

145

113-129.

29. NRCS, 2009. United States Department of Agriculture. Natural Recources

Conservation Service. Dostupné na internete: <http://soils.usda.gov/>.

30. PASÁK, V. 1970. Větrná eroze půdy. Praha: VÚM, 190 s.

31. PASÁK, V., 1970: Kategorizace oblastí náchylných k vĕtrné erozi, záverečná

správa VÚ A-0-29-23-11.

32. PRAX, A., POKORNÝ, E. 2004. Klasifikace a ochrana půd. Brno: Mendlova

zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2004. 176 s. ISBN 80-7157-746-4.

33. PRIEMYSEL A INFRAŠTRUKTÚRA MESTA ŠAĽA. 2007 [online]

Dostupné na internete: <http://www.sala.sk/cms/index.php?id=318>.

34. ROČNÁ SPRÁVA DUSLO ŠAĽA. 2005. Dostupné na internete:

<www.duslo.sk/docs/vyrocne_ spravy/VS2005.pdf >

35. SALEH, A., FRYREAR, D.W. 2005. Soil roughness for the revised wind

erosion equation RWEQ. USDA-ARS, Big Spring, TX. Dostupné na internete

http://www.csrl.ars.usda.gov/wewc/rweq/app-o.pdf

36. SCHWAB, G., Fangmeier, D. a kol. 1993. Soil and water conservation

engineering. Fourth edition. Wind erosion and control practices. John Wiley &

Sons, Inc. New York.

37. SKIDEMORE, E.L., WOODRUFF, N.P. 1968. Wind erosion forces in the

United States and their Use in Predicting Soil Loss. USDA ARS Agriculture

Handbook No 346, 42 pp, April, 1968.

38. SKIDMORE, E. L. et al. 1970. Computer Equation aids Wind Erosion Control.

Crops and Soils. 22:19-20.

39. SKIDMORE, E.L., NELSON, R.G. 1992. Small-grain Equivalent of Mixed

Vegetation for Wind Erosion Control and Prediction. Agron. J. 84:98-101.

40. STREĎANSKÁ, A. 1999. Využitie máp bonitovaných pôdno-ekologických

jednotiek a oceňovanie pôdy. Nitra: VES SPU, 1999. 144s. ISBN 80-7137-630-

2.

41. STREĎANSKÁ, A., BUDAY, Š. 2006. Bonitácia a cena pôdy. Nitra: SPU

v Nitre, 2006. 160s. ISBN 80-8069-656-X.

42. STREĎANSKÁ, A., BUDAY, Š. 2006. Bonitácia a cena pôdy. SPU Nitra. 183s.

ISBN 80-8069-656-X.

43. STREĎANSKÝ, J. – MASLANKA, K. 1998. Problém veternej erózie a ochrana

pôdy. In: Trvalo udržateľná úrodnosť pôdy a protierózna ochrana. Bratislava:

146

VÚPÚ, 1998, s. 256-259. ISBN 80-85361-36-1.

44. STREĎANSKÝ, J. 1993. Veterná erózia pôdy – ochranný účinok

poľnohospodárskych plodín voči účinkom veternej erózie. Praha: ÚZPI, 1993.

38 s. ISSN 0231-9470

45. STREĎANSKÝ, J. 1993. Veterná erózia pôdy, Nitra: VŠP, 1993. 66 s. ISBN

80-7137-094-0.

46. STREĎANSKÝ, J., 1993. Veterná erózia pôdy – ochranný účinok

poľnohospodárskych plodín voči účinkom veternej erózie. Metodiky pro

zavádení výsledků výzkumu do zemědělské praxe. Ústav zemědělských

a potravinárskych informací. 35 s. ISSN 0231-9470.

47. SUTHERLAND, L.P., TIBKE, G., SPORCIC, M. 2003. WEQ Management

Period Method Wind Erosion Model Worksheet. Excel Spreadsheet model.

Colorado Guidance document. Dostupné na internete:

<http://www.nm.nrcs.usda.gov/technical/tech-notes/agro/ag55.xls>.

48. ŠARAPATKA, B., DLAPA, P., BEDRNA, Z. 2002. Kvalita a degradace půdy.

Olomouc: Univerzita Palackého, 2002. 250 s. ISBN 80-244-0584-9.

49. ŠIMONIDES, I., 2006. Základy geografických informačných systémov. SPU

Nitra. 109 s. ISBN 80-8069-717-5.

50. UNITED STATES DEPARTMENT OF AGRICULTURE, 2002. WEQ Random

Roughness Guidelines. Washington: Department of Agriculture, Soil

Conservation Service. 227 pp.

51. USDA – Agricultural Research Service. 1961. A Universal Equation for

Measuring Wind Erosion. USDA-ARS. 22-69, 22 pp, illus.

52. USDA-ARS. 1996. Technical documentation WEPS. Hagen, J.L. WEPS Project

Leader.

53. USDA-ARS. 2008. SWEEP (Single-event Wind Erosion Evaluation Program.

Wind Erosion Research Unit, Manhattan, Kansas, USA.

54. USDA-ARS. 2008. WEPS 1.0 User manual. Wind Erosion Research Unit,

Manhattan, Kansas, USA.

55. ÚZEMNÝ PLÁN MESTA ŠAĽA. 2004 [online]. Dostupné na internete:

<http://www.sala.sk/cms/index.php?id=217>.

56. VANKOVÁ, V., BALÁŽ, I. 2005. Ekológia environmentálnych

poľnohospodárskych systémov. Nitra: Univerzita Konštantína Filozofa v Nitre,

Fakulta prírodných vied, 2005. 120 s. ISBN 80-8050-908-5.

147

57. VIGIAK,. O., STERK, G. 2003. Spatial modeling of wind speed around

windbreaks. Dostupné na internete:

http://ddr.nal.usda.gov/bitstream/10113/12976/1/IND44038914.pdf.

58. VILČEK, J., HRONEC, O., BEDRNA, Z. 2005. Environmentálna pedológia.

SPU Nitra v spolupráci s VÚPOP Bratislava, 2005. 299s. ISBN 80-8069-501-6.

59. VRÁNA, K. 1977. Stanovení intenzity větrné eroze v podmínkách ČSSR :

kandidátska disertační práce. Praha: ČVUT, 1977. 159 s.

60. VÚPOP, 2008. Pôdny portál. Informačný servis VÚPOP. Dostupné na internete:

<www.podnemapy.sk>.

61. VÚPOP. 2000. Morfogenetický klasifikačný systém pôd Slovenska. Bratislava:

Výskumný ústav pôdoznalectva a ochrany pôdy. 2000. 76 s. ISBN 80-85361-70-

1.

62. WERU (Wind Erosion Research Unit). 1997. Wind Erosion Control. Dostupné

na internete: <www.weru.ksu.edu /ftp.../WEQ_20for_20 Conservation _20

Planning.ppt

63. WILLIAMS, J.R. 1984. A Modeling Approach to Derermining the Relationship

Between Erosion and Soil Productivityy. Transamerican Society of Agricultural

Engineering 27: 129-144.

64. WOODRUFF, N. P., SIDDOWAY, F. H. 1965. A Wind Erosion Equation. Soil

Sci. Soc. Am. Proc. 29: 602-608.

65. WOODRUFF, N.P., ARMBURST, D.V. 1968. A Monthly Climatic Factor for

Wind erosion equation. J. Soil and Water Conserv. 23: 103-104.

66. ZACHAR, D. 1970. Erózia pôdy. 2. vyd. Bratislava: SAV, 1970. 528 s.

67. ZÁKON NR SR č. 220/2004 Z.z. o ochrane a využívanie poľnohospodárskej

pôdy.

68. ZAUJEC, A., CHLPÍK, J., TOBIÁŠOVÁ, E. et al. 2002. Pedológia. Nitra :

SPU, 2002. 98 s. ISBN 80-8069-090-1.

148

8 PrílohyObrázok 1 Príklad 1 realizácie siete vetrolamov v KÚ Melek

Obrázok 2 Príklad 2 realizácie siete vetrolamov v KÚ Melek

Tabuľka 1 Potenciálona ohrozenosť pôd veternou eróziou podľa BPEJ

Tabuľka 2 Osevný postup a agrotechnické úkony 2005-2008

Tabuľka 3 Analýza sond KPP

Mapa 1 Širšie vzťahy

Mapa 2 Pôdne typy

Mapa 3 Pôdotvorný substrát

Mapa 4 Súčasná krajinná štruktúra

Mapa 5 Ohrozenosť veternou eróziou

Mapa 6 Klimatický faktor (jeseň 2004, „CP“, 1993)

Mapa 7 Klimatický faktor (jar 2005, „CP“, 1993)

Mapa 8 Klimatický faktor (jeseň 2004, Skidmore, 1986)

Mapa 9 Klimatický faktor (jar 2005, Skidmore, 1986)

Mapa 10 Faktor erodovateľnosti pôdy

Mapa 11 Vegetačný faktor (2005)

Mapa 12 Vegetačný faktor (2008)

Mapy podľa metodiky „CP“ 1993

Mapa 13 Erózny odnos vetrom (jeseň 2004, I. variant)

Mapa 14 Erózny odnos vetrom (jeseň 2004, II. variant)

Mapa 15 Erózny odnos vetrom (jar 2005, variant plodina)

Mapa 16 Erózny odnos vetrom (jeseň 2005, I. variant)

Mapa 17 Erózny odnos vetrom (jeseň 2005, II. variant)

Mapa 18 Erózny odnos vetrom (jar 2006, variant plodina)

Mapa 19 Erózny odnos vetrom (jeseň 2006, I. variant)

Mapa 20 Erózny odnos vetrom (jeseň 2006, II. variant)

Mapa 21 Erózny odnos vetrom (jar 2007, variant plodina)

Mapa 22 Erózny odnos vetrom (jeseň 2007, I. variant)

149

Mapa 23 Erózny odnos vetrom (jeseň 2007, II. variant)

Mapa 24 Erózny odnos vetrom (jar 2008, variant plodina)

Mapa 39 Erózny odnos vetrom – návrh (jeseň 2005, I. variant)

Mapa 40 Erózny odnos vetrom - návrh (jeseň 2005, II. variant)

Mapa 41 Erózny odnos vetrom – návrh (jar 2006, variant plodina)

Mapa 25 Výberové sondy KPP

Mapa 26a Faktor nechránenej dĺžky

Mapa 26c Faktor nechránenej dĺžky - návrh

Mapy podľa metodiky „Skidmore“ 1986

Mapa 26b Faktor nechránenej dĺžky

Mapa 26d Faktor nechránenej dĺžky - návrh

Mapa 27 Erózny odnos vetrom (jeseň 2004, I. variant)

Mapa 28 Erózny odnos vetrom (jeseň 2004, II. variant)

Mapa 29 Erózny odnos vetrom (jar 2005, variant plodina)

Mapa 30 Erózny odnos vetrom (jeseň 2005, I. variant)

Mapa 31 Erózny odnos vetrom (jeseň 2005, II. variant)

Mapa 32 Erózny odnos vetrom (jar 2006, variant plodina)

Mapa 33 Erózny odnos vetrom (jeseň 2006, I. variant)

Mapa 34 Erózny odnos vetrom (jeseň 2006, II. variant)

Mapa 35 Erózny odnos vetrom (jar 2007, variant plodina)

Mapa 36 Erózny odnos vetrom (jeseň 2007, I. variant)

Mapa 37 Erózny odnos vetrom (jeseň 2007, II. variant)

Mapa 38 Erózny odnos vetrom (jar 2008, variant plodina)

Mapa 42 Erózny odnos vetrom – návrh (jeseň 2005, I. variant)

Mapa 43 Erózny odnos vetrom - návrh (jeseň 2005, II. variant)

Mapa 44 Erózny odnos vetrom – návrh (jar 2006, variant plodina)

150

Obr. 1 [Príklad 1 realizácie siete líniovej vegetácie v k.ú. Melek]

Obr. 2 [Príklad 2 realizácie siete líniovej vegetácie v k.ú. Melek]

151