Analýza: Erózia pôdy a protipovodňová ochrana

Z hľadiska základných procesov vodnej erózie má najväčší význam kvapková, ktorej podstatou je uvoľňovanie pôdnych častíc a prispieva aj k ich odnosu. Rýchlosť pádu dažďových kvapiek, pri ktorých nastáva erózny proces, nazývame kritická rýchlosť pádu v m/s, začínajú sa na povrchu pôdy tvoriť kaverny s vyšpľachovaním a rozstrekovaním pôdnych agregátov. Dažďové kvapky pri dopade na pôdny povrch vytvárajú energiu, výkon, nárazovú silu a hybnosť dažďa s vytváraním povrchového odtoku vody.

Aktívne procesy pôdotoku určuje rozbíjanie a transport pôdnych častíc. Tie sú závislé na zmene intenzity v priebehu dažďa, menia erózne sily - dažďovú erozivitu podľa veľkosti a rýchlosti pádu do prostredia na pôdnom povrchu.

Riešením je skrátenie dĺžky pozemku po svahu, pásové striedanie plodín, agrotechnika vykonávaná v smere vrstevníc, zmena pestovanej plodiny – to sú najjednoduchšie spôsoby na zvýšené vsakovanie vody do pôdy a zníženie povrchového odtoku.

V  protieróznej a protipovodňovej ochrane /PEOP/ sa rieši ohrozenosť pôdy eróziou, vypočítaním pôdneho zmyvu v priemere za celý osevný postup pozemku, na otvorenom holorube, pomocou Univerzálnej rovnice USLE - Universal Soil Loss Equation  Wischmeier et Smith (1978), v ktorej  priemerná ročná strata pôdy vyjadrená v t/ha/r je závislá na pôdnoklimatických a morfologických podmienkach mikrostanovišťa, ktorú vyjadrujú faktory: erózna účinnosť dažďa, náchylnosť pôdy k erózii, dĺžka a sklon svahu, ochranný vplyv vegetácie a faktor účinnosti protieróznych opatrení.

Matematický model je základom filozofie všetkých simulačných modelov skúmania erózneho procesu dažďom. Výsledkom v praxi používaných eróznych výpočtov straty pôdy je erózia plošná a ryhová. Modely ukazujú na ďalšie typy výskytu eróznych procesov.

Vplyv štruktúry pôdy na eróziu

Erózia je funkcia erozivity dažďa alebo vetra a erodovateľnosti pôdy. Štruktúra povrchovej vrstvy pôdy má rozhodujúci vplyv na vznik povrchového odtoku vody a tým i na eróziu pôdy. Dôležitým faktorom ovplyvňujúcim infiltráciu vody do pôdy a stabilitu pôdneho povrchu je pôdna krusta (pôdny prísušok), ktorá sa vytvára vysychaním pôdneho povrchu. Najhrubšia a najviac kompaktná krusta sa vytvára na stredne štruktúrnych pôdach.

Zmyv pôdy sa mení v priebehu ročného obdobia; je vyšší vo vlhkom období roka (zima, jar), v lete je erodovateľnosť nižšia. Na suchých pôdach je zmyv väčší ako na pôdach vlhkých, suché agregáty sú proti vlhkým menej stabilné na vodu. Aktívne procesy pôdotoku  určujú rozbíjanie a transport pôdnych častice eróznymi silami v priebehu dažďa. Suchá krusta je viac erodovaná. Zaschnutím ílu sa pôdne agregáty aj krusta trhá, prevlhčené čiastočky pôsobia rozdielne a dažďové kvapky vytvárajú jemné pôdne kaverny, čím sa pôdny povrch stáva členitým a brzdí povrchový odtok.

Ďalší faktor tvorby odtoku je okamžitý obsah vody v pôde. Tento parameter má dva opačné účinky : vysoký obsah vody v pôde môže oddialiť tvorbu krusty znížením zvetrávania hrúd, ale zvyšuje nebezpečenstvo  odtoku, ak je už vytvorená krusta. Odtokové súčinitele sú závislé na infiltrácie vody do pôdy Ak je vytvorený hutný a tenký prísušok  infiltrácia do pôdy sa veľmi znížila. Pri tomto je znížená plocha mikrodepresií, zvyšuje sa odtok, znižujú zásoby vody i hydraulického gradientu na povrchu pôdy.

Vplyv vlhkosti na stabilitu pôdy

Vplyv počiatočnej vlhkosti a doby od poslednej orby na rozpad pôdnej krusty a výskyt erózie na sprašových pôdach bol simulovaný na prívalových dažďoch. Pre stratu pôdy G (t/ha) je určená z pôvodnej rovnice USLE za podmienky, že faktory pôdy, dĺžky a sklone svahu, vegetačného krytu /K,L,S,C/=1 a faktor erozivity dažďa R =100 N/h. Model z cudzích jednotiek ton/acre vyžaduje modifikovať na všeobecný vzťah do SI sústavy jednotiek

Nevýhoda je riešenie okamžitého obsahu vody v pôde, v percentách objemu suchej zeminy. Vysoké hodnoty sa ukazujú v pásoch pravdepodobného stekania dažďovej vody, a teda aj dráhy vodnej erózie. Ako rozdiel na konkrétnych lokalitách identifikovať, je použitie nástrojov Diaľkový prieskum zeme - DPZ, vlhkosť pôdy prostriedkami GIS - geografický informačný systém. Sú technicky náročné dajú sa využiť iba v období, keď je poľnohospodárska pôda bez vegetácie.

Zmyv pôdy G sa mení v priebehu ročného obdobia; je vyšší vo vlhkom období roka(zima, jar), v lete je erodovateľnosť nižšia. Dôležitým faktorom ovplyvňujúcim infiltráciu vody do pôdy a stabilitu pôdneho povrchu je pôdna krusta (pôdny prísušok), ktorá sa vytvára vysychaním pôdneho povrchu. V letnom období suchá krusta je viac náchylná na erodovanie. V dôsledku toho na suchých pôdach je zmyv väčší ako na pôdach vlhkých, suché agregáty sú proti vlhkým menej stabilné na vodu.

Medziryhová erózia

Reprezentuje stratu pôdy, ktorá sa vyskytuje medzi plošnú a ryhovú eróziu. Má perspektívne uplatnenie pre praktické použitie v interakcii s erozivitu dažďa, LAI - index listovej plochy, dĺžky L- pozemku, štruktúru a textúru pôdy hodnotenú k náchylnosti na erózny proces. Je pojem pre oddeliteľnosť a prenos pôdnych častíc vplyvom dažďových kvapiek a plytkého povrchového odtoku priemernej hĺbky 7 mm asi dvoch ekvivalentných kvapiek d_e.

Medziryhová erózia je závislá na intenzite dažďa, vlastnostiach pôdy a topografie. Určí sa rovnicou, kde: D_i  - miera medziryhovej erózie, K_i  - medziryhová erodovateľnosť ,  i -intenzita erozívneho dažďa, S_i  - faktor sklonu svahu (bezrozmerová) hodnota, k - prepočítavací koeficient medzi jednotkami. Miera medziryhovej erózie (alebo medzi stupňovej erozivity) je priamo úmerná erodovateľnosti pôdy K a intenzity erozivity dažďa i.

Ryhová erózia

Je proces oddeliteľnosti a transportu pôdnych častíc sústredením povrchový odtokom vody. Ryhy sú vyerodované kanáliky ktoré je potrebné zrovnávať orbou alebo fašiny a iný biologický materiál, aby sa zabránilo vzniku tvorby výmoľov a strží. Miera vytvorenia ryhy je funkcia tečúcej vody, kritického tangenciálneho napätia vody pri ktorom nedochádza k erózii pôdy. Pri poľných pokusoch bolo zistené, že ryhová erodovateľnosť a kritické tangenciálne napätie je možné predpovedať z rovnice vzťahu pôdnej erodovateľnosti k pôdnym podmienkam.

Záver

Matematické modely eróznych procesov a protipovodňovej ochrany sú vo vývoji, výsledky nie sú v súčasnosti skompletizované a nedajú sa aplikovať v konkrétnych prírodných podmienkach. Naznačujú jednotný rozšírený  a upresnený spôsob merania veľkosti zmyvu pôdy.

Umožňujú zisťovať objemové množstvo pôdneho zmyvu, alebo zosuvu pôdy pri výskyte jedného dažďa, založené na zjednodušenom modely z USLE tak, aby stabilnejšie faktory na pozemku R,K,S, mali jednotnú hodnotu a zvýšenú presnosť v navrhnutom modely. Podobne pôdna vlhkosť vyjadrená bez C - faktora vegetácie. Súčasné detailné riešenie C - faktora s počtom dní rozvoja LAI obdobie vývoja fenologických pomerov plodiny v dňoch, zosúladené s výskytom faktora - R v dňoch vývoja rastlín.

Detailné riešenie vyžaduje čas a trpezlivosť na spracovanie množstva údajov. Topografický  vplyv  prípustnej dĺžky svahu - L_P vyjadrujú detailnejší erózny zmyv a pravdepodobnosť výskytu povodní. Výsledky ukazujú, že veľkosť pôdneho zmyvu sa bude riešiť prístupnejším jednoduchším spôsobom, ako navrhnutým pôvodným z modelu USLE, u nás nazývaná Všeobecná rovnica zmyvu pôdy.

Alojz Malíšek