Priemerná dlhodobá strata pôdy¶
Teoretické východiská¶
Priemerné ročné straty pôdy spôsobené odtokom z pozemku určitého sklonu a určitého spôsobu využívania možno predikovať pomocou matematického modelu USLE, tzv. univerzálnej rovnice straty pôdy:
Základné symboly¶
- G - priemerná dlhodobá strata pôdy (\(t.ha^{-1} . rok^{-1}\))
- R - faktor eróznej účinnosti dažďa (\(MJ.ha^{-1} .cm.h^{-1}\))
- K - faktor erodovateľnosti pôdy (\(t.h.MJ^{-1} .cm^{-1} .rok^{-1}\))
- L - faktor dĺžky svahu (\(-\))
- S - faktor sklonu svahu (\(-\))
- C - faktor ochranného vplyvu vegetačného krytu (\(-\))
- P - faktor účinnosti protieróznych opatrení (\(-\))
Vstupné dáta¶
- hpj.shp - vektorová vrstva hlavných pôdnych jednotiek z kódov BPEJ
- kpp.shp - vektorová vrstva komplexného prieskumu pôd
- landuse.shp - vektorová vrstva využitia územia
- povodi.shp - vektorová vrstva povodí IV. rádu s návrhovými zrážkami \(H_s\) (doba opakovania 2, 5, 10, 20, 50 a 100 rokov)
- hpj_k - číselník s kódom K pre hlavné pôdne jednotky,
ciselniky
vľavo- kpp_k - číselník s kódom K pre pre vrstvu komplexného prieskumu pôd,
ciselniky
vpravo- lu_c - číselník s kódom C pre vrstvu využitia územia,
ciselniky
vpravo- dmt - digitálny model terénu v rozlišení 10 x 10 m,
dmt-maska
vľavo- maska.pack - oblasť územia bez líniových a plošných prvkov prerušujúcich odtok,
dmt-maska
vpravo
Postup spracovania v QGIS¶
Krok 1¶
Postup ako zjednotiť vrstvu hlavných pôdnych jednotiek a komplexného prieskumu pôd je totožný s prvým krokom pri metóde SCS CN.
Krok 2¶
Pripojenie tabuliek hpj_k a kpp_k je tiež podobné ako
druhý krok pri metóde SCS CN
iba s tým rozdielom, že spoločným atribútom nie je hydrologická skupina
HPJ, ale faktor K. Dialógové okno s nastaveniami pre
toto spájanie je na usle-join
. Vyplnenie informácií o faktore K
z vrstvy komplexného prieskumu pôd pomocou kalkulačky polí
a znázornenie výsledku sú na usle-kalk-k
.
Krok 3¶
Aj tento krok sa veľmi podobá na tretiu časť postupu pri metóde SCS CN. Na vytvorenie prieniku vrstvy hpj_kpp s vrstvou využitia krajiny landuse v riešenej oblasti využijeme modul v.overlay.and. Výsledok nazveme hpj_kpp_landuse.
Krok 4¶
Pokračujeme pripojením hodnôt faktora C k elementárnym plochám vrstvy
hpj_kpp_landuse, viď. usle-db-join-c
so znázornením dialógového
okna modulu v.db.join.
Krok 5¶
Pre ďalšie výpočty je potrebné, aby typ atribútov s faktorom K a faktorom C
bol číselný. Použijeme modul v.db.addcolumn,
modul v.db.update_op, funkciu cast()
a typ real
.
Hodnoty oboch faktorov vynásobíme pre každú plochu a nový atribút nazveme
KC. V záložke Region nastavíme rozlíšenie 1 x 1 m a modulom
v.to.rast.attr vektor hpj_kpp_landuse prevediem
na rastrové dáta kc. Následne použijeme modul
r.resamp.stats a raster prevzorkujeme pomocou agregácie tak, aby rozlíšenie
odpovedalo rozlíšeniu 10 x 10 (rozlíšenie dmt). Použijeme redukciu
rozlíšenia na základe priemeru hodnôt vypočítaného z okolitých buniek
(r-resamp-stats
).
Výsledok je na kc
.
Poznámka
Týmto postupom nedôjde k strate informácie, ku ktorej by došlo pri priamom prevode na raster s rozlíšením 10 x 10 m (hodnota bunky by bola zvolená na základe polygónu, ktorý prechádza stredom bunky alebo na základe polygónu, ktorý zaberá najväčšiu časť plochy bunky).
Krok 6¶
Z digitálneho modelu terénu vytvoríme rastrovú mapu znázorňujúcu sklonové pomery v stupňoch a nazveme ju slope.
Pred výpočtom nastavíme masku
(oblasť výpočtu) podľa vrstvy dmt modulom r.mask, viď.
. Všetky rastrové
operácie budú obmedzené na masku oblasti (v mapsete ako MASK).
Následne spustíme modul r.slope a vypočítame sklon v riešenom
území (slope
a slope-accumulation
vľavo).
Ďalej otvoríme príkazový riadok shell, spustíme modul
r.terraflow, ktorý z digitálneho modelu terénu produkuje vyhladený DMT
(dmt_fill), rastrovú mapu smeru
odtoku do susednej bunky s najväčším sklonom (direction), mapu mikropovodí
(swatershed), rastrovú mapu znázorňujúcu akumuláciu toku v každej bunke
(accumulation) a mapu konvergenčného topografického indexu (tci).
Dialógové okno modulu je na terraflow
. Zobrazenie ďalej potrebnej akumulácie
odtoku v \(m^2\) je na slope-accumulation
vpravo.
Krok 7¶
Topografický faktor LS vypočítame ako
Použijeme grafický kalkulátor rastrových máp r.mapcalc ( ). Pri používaní tohto modulu je potrebné, aby vrstvy boli pridané v paneli vrstiev v aktuálnom projekte QGIS.
Poznámka
V paneli prehliadača nájdeme príslušný mapset a pravým kliknutím
myši na konkrétnu mapu zvolíme Přidat vrstvu
.
V dialógovom okne modulu r.mapcalc zostavíme algoritmus.
Ikonou pridáme rastrovú mapu, ikonou konštantu, ikonou
vložíme operátor alebo funkciu, ikona spája jednotlivé elementy, pomocou
elementy vyberáme a ikonou ich možno vymazať.
Výraz na výpočet LS a výsledok sú na calc-ls
.
Tip
Výpočet v príkazovom riadku napíšeme ako
r.mapcalc expr="ls = pow(accumulation * (10.0 / 22.13), 0.6) * pow(sin(slope * (3.14159/180)) / 0.09, 1.3)"
Krok 8¶
Na výpočet parametra G okrem KC a LS ešte potrebujeme faktor R a P,
ktorých hodnoty nebudeme odvádzať ako tie predchádzajúce. Použijeme priemernú
hodnotu R
a P
faktora pre Českú republiku, t.j R = 40
a P = 1
.
Následne modulom r.mapcalc vypočítame stratu pôdy, viď.
vzťah na výpočet G. Vrstva s hodnotami predstavujúcimi
priemernú dlhodobú stratu pôdy v jednotkách \(t.ha^{-1} . rok^{-1}\) je
na g-map
.
Krok 9¶
Na určenie priemernej hodnoty straty pre každé čiastkové
povodie využijeme modul v.rast.stats. Kľúčovou vrstvou je
vektorová mapa povodi, kde nastavíme prefix g
pre
novovytvorený stĺpec. V mapovom okne QGIS hodnoty vizualizujeme (g-pov
).
Krok 10¶
Pre výpočet uvedený vyššie môže vychádzať strata pôdy v niektorých miestach enormne vysoká. To je spôsobené tým, že vo výpočtoch nie sú zahrnuté líniové a plošné prvky prerušujúce povrchový odtok. Týmito prvkami sú najmä budovy, priekopy diaľnic a ciest, železničné trate alebo múry lemujúce pozemky.
Presnejšie hodnoty možno získať zahrnutím týchto prvkov do výpočtu.
Použijeme masku líniových a plošných prvkov prerušujúcich odtok
(vrstva maska na dmt-maska
vpravo) a vypočítame nové hodnoty LS
faktora a straty pôdy G.
Modulom r.mask.rast nastavíme oblasť výpočtu
bez neželaných miest. Nastavenie skontrolujeme napríklad zobrazením digitálneho
modelu terénu (dmt-m
). Dopočítame faktor LS a
faktor G.
Porovnanie výsledkov USLE bez ohľadu na prvky prerušujúce odtok a s nimi
je na g-por
.
Krok 11¶
Priemerné hodnoty G určíme pre každé povodie po uvážení prvkov, ktoré
prerušujú odtok. Pre porovnanie sú na g-pov-por
hodnoty
straty pôdy vykreslené pomocou textového diagramu v jednotkách
\(t.ha^{-1}.rok^{-1}\) bez a s úvážením prvkov prerušujúcich odtok.