Metody a postup zpracování

Než jsem mohl začít řešit problematiku eroze a její předcházení, bylo třeba prostudovat odbornou literaturu. Literatury jsem našel dostatek, ale v žádné z nich nebyly dostatečně pospány erozní modely a řešení modelování eroze v GIS. Tyto informace jsem získal především z online zdrojů a odborných článků.

Abych se mohl seznámit se situací v zájmové oblasti u obce Smržice, kontaktoval jsem starostku obce a ředitele ZD Smržice. Od každého jsem získal mnoho cenných informací, kde se eroze vyskytovala, jaké byly její následky, proč se stále opakuje, co by mohlo mít vliv na chování odtoku aj. Provedl jsem průzkum terénu a zjistil problémy, které můžou při tvorbě digitálního modelu reliéfu (DMR) nastat.

Požádal jsem ZABAGED o zaslání podkladových dat pro okolí Smržic, jednalo se o SM5 Vektor – výškopis (základní interval vrstevnic = 2m) a polohopis a ortofota. Jako další datové podklady mi posloužily vlastní data vytvořená měřením v terénu. Pomocí totální stanice Trimble 5503 DR jsem doplnil výškopis ze ZABAGEDu o přesnější hodnoty na okrajích silnice a polí. Data jsem převedl z totální stanice pomocí programu Gromma 8. Pro potřeby přesnějšího modelu eroze, jsem několikrát provedl měření smykového napětí a vlhkosti. Z analýzy těchto dat vyšel jednoznačný závěr, že při vyšší vlhkosti je smykové napětí vyšší. Data o smykovém napětí jsem dále použil při tvorbě erozního modelu.

Veškeré mapy jsem zpracoval v ArcView 3.3 (extenze 3D Analyst a Spatial Analyst). Práce byla napsána pomocí sady MS Office 2002. Webovou stránku jsem vytvářel v programu SeaMonkey 1.1.9 s použitím CSS stylu dostupného z http://www.freecsstemplates.org/.

Postup

Tvorba DMR

Hlavní kostru gridu nadmořských výšek tvořila vrstva vrstevnic (ZABAGED, SM5 Vektor – výškopis, základní interval vrstevnic = 2m). Z těchto dat jsem ořezal pouze přibližně zájmové území. Vrstvu jsem doplnil body a vrstevnicemi v místech s nulovým sklonem a přiřadil jim hodnotu podle nejbližších vrstevnic. Z důvodu malé podrobnosti jsem vrstevnice doplnil terénními měřeními pomocí totální stanice Trimble 5503 DR. Bylo nutné lépe namodelovat okolí silnic, především příkopy po stranách a dále okraj strže na severozápadě povodí, jejíž hrana tvoří část rozvodnice. Měření jsme prováděli třikrát, s pomocí Lukáše Macura a Lukáše Marka. Vstupní vrstvy jsou zde.

Pomocí optického sklonoměru jsem ještě naměřil hodnoty sklonů v povodí, které jsem pak  porovnal s hodnotami v GIS a zjistil, že hodnoty jsou totožné s odchylkou ±1°.

Z vektorových vrstevnic s opravnými a doplňujícími body a liniemi jsem vytvořil TIN. Ten jsem převedl  na grid o velikosti pixelu 1 x 1 metr. Další úpravy jsem již prováděl pouze s gridy.

Na grid byl použit skript demfill, který upravuje grid nadmořských výšek pro lepší výpočty. Pomocí příkazuv Map Calculatoru ([DMR].FlowDirection(false)) byla vytvořena vrstva flow direction (FD) a přkazem ([FD].FlowAccumulation(Nil)) flow accumulation (FA). S využitím skriptu 1 a s průtočným profilem, který jsem určil podle Flow Accumulation příkazem (([FA]<500.AsGrid).SetNull(1.AsGrid)), jsem si vytvořil hranici povodí, což je plocha na zemském povrchu, ze které jsou povrchové vody sváděny do jednoho místa – průtočného profilu. Tím jsem měl vytvořenou masku povodí a DMR povodí.

Smykové napětí

Smykové (tangenciální) napětí je hodnota, při jejíž překročení dochází podle Mohrovy hypotézy pevnosti k porušení zeminy usmýknutím podél smykové plochy. Jednoduše řečeno se jedná o míru schopnosti půdy odolávat tlaku. Provedl jsem 3x měření smykového napětí přístrojem Field Inspection Vane Tester (viz. obr. 11). Jedno měření jsem provedl s pomocí Libora Hladiše a Věry Janíkové, abych zjistil možnost velké odchylky lidského faktoru. Tato odchylka je minimální. Grid povodí jsem proložil gridem s menším rozlišením. Díky tomu mi vzniklo asi 45 oblastí pro měření. Ty jsem v některých částech, kde 1 buňka obsahovala dvě rozdílné části povrchu, rozdělil ještě na dvě podčásti. Každý bod obsahoval informace o smykovém napětí a vlhkosti půdy na povrchu a v hloubce 5-10 cm. Velký vliv na hodnotu smykového napětí měla vlhkost půdy (měřená vlhkoměrem HH2 Moisture Meter), která byla nejčastěji ovlivněna vegetačním krytem, sklonem, typem půdy a orientací svahu.

Hodnoty jsem převedl do digitální formy a vytvořil bodovou vrstvu. Pro modelaci jsem použil hodnoty z měření, kdy vlhkost půdy byla v přibližně běžném stavu a hodnoty nebyly zkresleny. Z bodové vrstvy jsem následně interpoloval metodou IDW příkazem Surface / Create Contours izolinie a z nich grid smykového napětí.

Sběr dalších dat

Od SEMA Smržice jsem získal srážková data z let 2000 až 2006, která ovšem nejsou věrohodná pro zájmové území. Jejich meteorologická stanice se nachází na druhé straně obce, asi 2 km od studovaného povodí. Charakter srážek bývá v obou oblastech často odlišný a podle zpráv občanů v době přívalových srážek byly hodnot ze SEMA daleko nižší než v oblasti Stráže.

Od Zemědělského družstva Smržice jsem zjistil údaje o srážkách právě pro jeden výskyt přívalového deště, který vedl k erozi a následným záplavám obce sedimenty a nahromaděnou srážkovou vodou. Probral jsem též problematiku povodní a eroze a získal osevní postupy a způsob práce s půdou. ZD Smržice na obou honech střídá následující plodiny: kukuřice, pšenice, ozimá pšenice, řepka. Jako meziplodiny bývají hořčice, vojtěška a pícniny. Kromě období, kdy se povrch upravuje nebo při ponechání pole v pooraném stavu, nebývá povrch bez vegetačního krytu. Ovšem problémem je, že plodiny většinou nerostou rovnoměrně jak vertikálně, tak i horizontálně. Tyto holiny pak napomáhají povrchovému odtoku. Hony jsou mechanicky upravovány vždy po spádnici kvůli zabránění převrhnutí techniky. Pouze ve spodních částech svahů, kde sklon dosahuje hodnot pod 5°, se zpracovává povrch po vrstevnici.

Během roku jsem prováděl fotodokumentaci povodí. Důraz byl kladen především na vegetační kryt zemědělské půdy, dále na způsob a směr obrábění půdního povrchu.

 Pomocí jednoduchého optického sklonoměru jsem změřil sklon svahů a porovnal s hodnotami vypočtenými v GIS. Odchylka byla zanedbatelná, v řádu desetin jednotek.

Tvorba dalších vrstev

Pomocí ortofota a katastrální mapy okolí Smržic ze ZABAGEDu jsem vytvořil vrstvu landuse. Jednotlivým kategoriím jsem přiřadil váhy odolnosti povrchu vůči erozi. Pomocí landuse jsem vymaskoval silnice a stavby z erozního modelu.

Následně jsem si již zabýval modelováním. Vytvořil jsem si vrstvy potřebné pro model USLE, viz. níže.

Podle erozních modelů jsem navrhnul protierozní opatření.