Model USPED jako POLSKIE narzêdzie TOWARZYSTWO prognozowania efektów INFORMACJI erozji i depozycji PRZESTRZENNEJ ateria³u glebowego ROCZNIKI GEOMATYKI 2005 TOM III ZESZYT 2 45 MODEL USPED 1 JAKO NARZÊDZIE PROGNOZOWANIA EFEKTÓW EROZJI I DEPOZYCJI MATERIA U GLEBOWEGO MODEL USPED 1 AS A TOOL FOR ASSESSMENT OF SOIL EROSION AND DEPOSITION EFFECT Wojciech Drzewiecki, Stanis³aw Mularz Akadeia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydzia³ Geodezji Górniczej i In ynierii Œrodowiska, Zak³ad Fotograetrii i Inforatyki Teledetekcyjnej S³owa kluczowe: erozja gleb, odelowanie nueryczne, systey inforacji geograficznej Keywords: soil erosion, digital odelling, geographical inforation systes Wprowadzenie Z punktu widzenia waloryzacji œrodowiska dla potrzeb planistycznych, jak i w kontekœcie praktyki rolniczej, istotna jest zarówno znajooœæ przestrzennego rozk³adu obszarów, na których zjawisko erozji wodnej ju wystêpuje, jak i terenów zagro onych (erozja potencjalna). Erozja wodna jest bowie g³ówny procese niszcz¹cy pokrywê glebow¹, stanowi¹cy zagro enie dla ponad po³owy area³u gleb w Europie (por. Van Lynden, 1995; van der Knijff i in., 2000). W odelowaniu procesów erozyjnych wyró niæ o na dwa g³ówne podejœcia. W pierwszy przypadku zak³ada siê, i nie istnieje ograniczenie iloœci ateria³u glebowego, który o e byæ transportowany przez sp³ywaj¹cy po stoku struieñ wody, a co za ty idzie wielkoœæ erozji deterinowana jest przez o liwoœæ odrywania cz¹stek glebowych. Tak sforu³owane za³o enie powoduje, i w oparciu o tego rodzaju odele nie o na przewidywaæ obszarów depozycji ateria³u glebowego. Do tego typu odeli erozyjnych nale y najbardziej znany i powszechnie wykorzystywany w œwiecie odel USLE (Universal Soil Loss Equation) (Wischeier i Sith, 1978) i jego póÿniejsza odyfikacja odel RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation) (Renard i in., 1991). Model USLE/RUSLE jest opracowan¹ w Stanach Zjednoczonych foru³¹ epiryczn¹. Œredni roczny ubytek gleby szacowany jest na podstawie równania: A = R K L S C P gdzie: A asa gleby wyerodowana z jednostki powierzchni w ci¹gu roku [Mg/ha]; R wskaÿnik erozyjnoœci deszczu i sp³ywu dla danej lokalizacji [(MJ/ha)(c/h)]; 1 USPED Unite Strea Power-based Erosion/Deposition.
46 Wojciech Drzewiecki, Stanis³aw Mularz K wskaÿnik podatnoœci gleby na erozjê wodn¹ [(Mg/ha)(MJ/ha)(c/h)]; L wskaÿnik d³ugoœci stoku (bezwyiarowy); S wskaÿnik nachylenia stoku (bezwyiarowy); C wskaÿnik pokrywy roœlinnej (bezwyiarowy); P wskaÿnik zabiegów przeciwerozyjnych (bezwyiarowy). Podejœcie to stosowane jest do oceny zagro enia erozyjnego w wielu regionach œwiata, zarówno w skali pojedynczych pól jak i ca³ych zlewni czy jednostek adinistracyjnych (niejednokrotnie o bardzo du ej powierzchni). W odelach drugiego typu zak³ada siê, e istnieje ograniczenie iloœci ateria³u glebowego, który o e byæ transportowany przez sp³ywaj¹c¹ wodê i e jego iloœæ znajduje siê zawsze na granicy zdolnoœci transportowej struienia. W efekcie, w iejscach gdzie zdolnoœæ transportowa struienia wody obni a siê, odele te prognozuj¹ wyst¹pienie depozycji ateria³u glebowego. Przyk³ade tego rodzaju odeli jest analizowany w niniejszy artykule odel USPED (Unite Strea Power-based Erosion/Deposition) (Mitasova i in., 1998). W rzeczywistoœci poiêdzy przypadkai opisywanyi przez obydwa g³ówne typy odeli wystêpuje ci¹g³a ziennoœæ stanów ograniczanych czêœciowo jedny i drugi czynnikie. T¹ z³o onoœæ procesu uwzglêdniaj¹ odele fizyczne. Nale ¹ do nich. in. WEPP (Water Erosion Prediction Progra) (Laflen i in., 1991), EUROSEM (European Soil Erosion Model) (Morgan i in., 1998) i SIMWE (Siulation of Water Erosion) (Mitas i Mitasova, 1998). Mo liwoœci ich stosowania s¹ jednak ograniczone z kilku wzglêdów. Po pierwsze, wiêkszoœæ z nich opracowana zosta³a dla skali pojedynczych pól, a wiele równie dla pojedynczych zjawisk opadowych. Ich zastosowanie w skali krajobrazu jest zwykle nieo liwe z powodu nieo noœci odpowiednio dok³adnego okreœlenia danych wejœciowych (przede wszystki paraetrów gleby i pokrywy roœlinnej) (por. van der Knijff i in., 2000). Po drugie wiele z tego typu odeli bazuje na jednowyiarowej analizie transportu osadu na p³askich fragentach zbocza i w ograniczony stopniu og¹ uwzglêdniaæ wp³yw ziennoœci rzeÿby i ró nic w pokryciu terenu, podczas gdy te w³aœnie czynniki w znaczny stopniu rzutuj¹ na przestrzenny rozk³ad procesów erozji i depozycji (Mitasova i in., 1998). Po trzecie wreszcie, nawet w przypadku gdy dysponujey odpowiednii danyi i zaawansowanyi odelai, to ich zastosowanie na znaczny obszarze wyaga ocy obliczeniowych koputerów wci¹ jeszcze niedostêpnych dla przeciêtnego u ytkownika (odele dwóch pierwszych typów s¹ zwykle znacznie niej wyagaj¹ce obliczeniowo). Zasadniczyi czynnikai wp³ywaj¹cy na wybór etody odelowania erozji jest zwykle dostêpnoœæ odpowiednich danych oraz cel przeprowadzanej syulacji. Mitasova i in. (2003) podaj¹, i odele ograniczone zdolnoœci¹ odrywania cz¹stek glebowych nadaj¹ siê przede wszystki do odelowania erozji powstaj¹cej podczas du ych zjawisk opadowych oraz dla gleb o bardzo a³ych wyiarach cz¹stek glebowych. Modele ograniczane zdolnoœci¹ transportow¹ w wiêkszy stopniu nadaj¹ siê do odelowania zjawiska erozji w d³u - szych okresach czasu oraz dla gleb o du ych cz¹stkach (jak np. piaski). Dla oceny zagro enia erozyjnego w skali krajobrazu zalecaj¹ oni ³¹czn¹ analizê wyników uzyskanych przy wykorzystaniu obu typów odeli.
Model USPED jako narzêdzie prognozowania efektów erozji i depozycji ateria³u glebowego 47 Charakterystyka obszaru testowego i wykorzystane dane cyfrowe W prezentowanej pracy przedstawiono próbê zastosowania odelu USPED do oceny zagro enia erozyjnego na posiadaj¹cy charakter wy ynny obszarze zlewni Pr¹dnika i D³ubni. Obszar testowy w czêœci zachodniej stanowi, wed³ug podzia³u Polski na jednostki fizyczno-geograficzne, fragent Wy yny Olkuskiej (zwanej tak e Krakowsk¹) nale ¹cej do Wy yny Krakowsko-Czêstochowskiej (Kondracki, 1988). W czêœci wschodniej, obszar ten jest fragente Wy yny Miechowskiej, czêœæ po³udniowo-wschodnia natoiast nale y do P³askowy u Proszowickiego obie te jednostki wchodz¹ w sk³ad Wy yny Ma³opolskiej. Na Wy ynie Olkuskiej przewa aj¹ gleby wytworzone z lessów. S¹ to g³ównie gleby pseudobielicowe i pseudoglejowe oraz brunatne wy³ugowane. Na obszarze ty wystêpuj¹ równie rêdziny jurajskie i gleby piaszczyste. Na Wy ynie Miechowskiej wystêpuj¹ wytworzone z lessów gleby brunatne, czarnoziey oraz rêdziny kredowe. Gleby te zaliczyæ o na do naj yÿniejszych w Polsce. W dolinach rzecznych obszaru badañ wystêpuj¹ ady, których sk³ad zbli ony jest do lessu (Koornicki, 1980). Teren ten nara ony jest na wystêpowanie intensywnych procesów erozji wodnej (por. Starkel, 1991). W pracy wykorzystano nastêpuj¹ce dane cyfrowe: Nueryczny Model RzeŸby Terenu o rozdzielczoœci rastra 50 pochodz¹cy z Koputerowego Atlasu Województwa Krakowskiego (KAWK) (Bujakowski i in., 1998); Mapê gatunków i typów gleb (KAWK); rozk³ady œrednioiesiêcznych su opadów wyinterpolowane na podstawie danych punktowych (w stacjach poiarowych) o œrednich opadach iesiêcznych z wielolecia 1975-1995 (por. Drzewiecki, 2003); ortofotoapê satelitarn¹ uzyskan¹ z panchroatycznego zobrazowania satelity IRS (por. Drzewiecki, 2003); Mapê pokrycia/u ytkowania terenu pos³u ono siê ap¹ u ytkowania uzyskan¹ poprzez zestawienie wybranych warstw apy sozologicznej oraz apy u ytkownia z KAWK, zaktualizowan¹ w oparciu o zobrazowania satelitarne (por. Drzewiecki, 2003). Model USPED zastosowana etodyka Model USPED wywodzi siê od propozycji Moore a i Burcha (1986a, 1986b). D¹ ¹c do odyfikacji czynnika LS w odelu USLE autorzy ci zaproponowali obliczanie bezwyiarowego wskaÿnika zdolnoœci transportowania osadu: T = ( ( µ a ) / b ) (sin β ) cj i C i i i j j n gdzie: µ i wspó³czynnik wagowania (0 µ 1) zale ny od przyjêtego odelu generowania sp³ywu powierzchniowego i w³aœciwoœci gleby (przepuszczalnoœci); a i powierzchnia i-tej koórki rastra; b j rozdzielczoœæ rastra:
48 Wojciech Drzewiecki, Stanis³aw Mularz β j nachylenie w stopniach;, n wspó³czynniki; C j zbiór i-eleentowy koórek po³¹czonych w sensie hydrologiczny z koórk¹ j. Jednoczeœnie przedstawili oni równie propozycjê (Moore i Burch, 1986b) by zianê zdolnoœci transportowania osadu wyra on¹ poprzez zianê wskaÿnika T przyj¹æ za iarê potencja³u erozji/depozycji. Przyrost wartoœci wskaÿnika T oznacza pojawienie siê depozycji, natoiast ujena ziana jego wartoœci erozji. Wp³yw ukszta³towania terenu na zachowanie siê wody sp³ywaj¹cej po jego powierzchni oddany jest lepiej, gdy d³ugoœæ stoku w czynniku LS zast¹piona zostanie poprzez powierzchniê sp³ywu, a w³aœciwie poprzez wielkoœæ bêd¹c¹ iloraze powierzchni obszaru zasilania i d³ugoœci danego fragentu zbocza (jednostkow¹ powierzchniê zasilania unit upslope contributing area) (por. np. Moore i Wilson, 1992). Je eli eleenty zbocza reprezentowane s¹ poprzez koórki rastra, to jednostkow¹ powierzchniê obszaru zasilania dla danej koórki otrzyuje siê dziel¹c pole powierzchni jej obszaru zasilania (po³o onego powy ej obszaru, z którego sp³ywa do niej woda) przez odleg³oœæ, jak¹ przep³ywaj¹ca woda przebywa przeieszczaj¹c siê wewn¹trz tej koórki. Zast¹pienie d³ugoœci stoku jednostkow¹ powierzchni¹ zasilania pozwala na uwzglêdnienie w odelu wp³ywu koncentracji sp³ywaj¹cej wody (Mitasova i in., 1999). Dla jednolitego opadu efektywnego i sta³ego w czasie sp³ywu powierzchniowego zaproponowany wskaÿnik zdolnoœci transportowania osadu wyra a siê wzore (Moore i Wilson, 1992): T=A (sinβ) n, gdzie: A jednostkowa powierzchnia zasilania [ 2 /]. Mitasova i in. (1999) za iarê erozji i depozycji uznaj¹ dywergencjê struienia osadu (divergence of the sedient flow): D=div (T.s)=d(T cosα)/dx+d(t sinα)dy, gdzie: T=A (sinb) n zdolnoœæ transportowania osadu; s wektor jednostkowy w kierunku sp³ywu; α[ o ] ekspozycja powierzchni terenu. Ze wzglêdu na brak stosownych prac eksperyentalnych aj¹cych na celu wyznaczenie paraetrów niezbêdnych do iloœciowego oszacowania erozji w odelu USPED, stosuje siê w ni paraetry opracowane dla odelu USLE (R,C,K,P) (Mitasova i in., 1998), co pozwala otrzyaæ przynajniej orientacyjne wartoœci erozji i depozycji. Otrzyywane rezultaty nale y jednak traktowaæ z ostro noœci¹, poniewa paraetry te wyznaczone zosta³y dla stoków jednostajnie nachylonych i aby otrzyaæ dok³adn¹ prognozê iloœciow¹ w warunkach urozaiconej rzeÿby terenu nale a³oby poddaæ je rekalibracji (Foster, 1990; Mitasova i in., 1997). Z drugiej jednak strony w pewnych warunkach wskaÿnik zdolnoœci transportowania osadu stosowany w odelu USPED odpowiada wskaÿnikowi LS odelu USLE (Moore i Wilson, 1992).
Model USPED jako narzêdzie prognozowania efektów erozji i depozycji ateria³u glebowego 49 Mitasova i in. (1999) badali wp³yw stosowanych w odelu USPED wspó³czynników i n na wielkoœæ i rozk³ad erozji. Ich zdanie, zgodne teoretycznie z RUSLE wartoœci = 1,6 i n = 1,3 zdaj¹ siê oddawaæ przestrzenny rozk³ad erozji w sytuacji przewa aj¹cej erozji ³obinowej, kiedy jej wielkoœæ gwa³townie wzrasta wraz z iloœci¹ wody; wartoœci = n = 1 odpowiadaj¹ warunko przewa aj¹cej erozji powierzchniowej; wartoœci <1 oddaj¹ przestrzenny rozk³ad zjawiska og¹cy siê pojawiæ przy niewielkich zjawiskach opadowych. W celu oszacowania wp³ywu, zarówno a³ych jak i du ych zjawisk opadowych i warunków, w których przewa a erozja powierzchniowa b¹dÿ ³obinowa zastosowali oni œredni¹ z wyników uzyskanych dla odeli o wartoœciach = 0,6, 1,0, 1,6. Z kolei, Mitasova i in. (2003) podaj¹, i dla wiêkszoœci zastosowañ, w szczególnoœci gdy odelowanie przeprowadza siê dla wartoœci œrednich, satysfakcjonuj¹ce rezultaty daje stosowanie wartoœci = 1,4. Przyk³ady zastosowañ odelu USPED znaleÿæ o na.in. w publikacjach Warren i in. (2000), Pistocchi i in. (2002), Kandroka i Dwivedi (2003), Šúri i in. (2003), Saaverda i Mannaerts (2005). W niniejszej pracy odel USPED zrealizowano przystosowuj¹c do wykonania w prograie Idrisi32 algoryty zaproponowane przez Mitasov¹ i in. (1999) dla prograów ArcView i GRASS, przyjuj¹c wartoœci wyk³adników potêgowych =1,4 oraz n=1,2. W obliczeniach wykorzystano wielkoœæ powierzchni zasilania obliczon¹ przy u yciu prograu USLE2D, stosuj¹c do okreœlenia sieci erozyjno-drena owej algoryt Deseta i Goversa (flux decoposition algorith) (Deset i Govers, 1996) 2. Zgodnie z sugestiai autorów odelu USPED (por. Mitasova i in., 1998) dla uzyskania iloœciowego oszacowania wyerodowywanego ateria³u glebowego zastosowano paraetry (R, C, K, P) opracowane dla odelu USLE. Ze wzglêdu na brak szczegó³owych danych eteorologicznych niezbêdnych do okreœlenia wartoœci wskaÿnika R zgodnie z etodologi¹ USLE 3, wskaÿnik ten obliczono na podstawie interpolowanych dla obszaru badañ rozk³adów œrednio-iesiêcznych su opadów wed³ug indeksu Fourniera w odyfikacji Arnoldusa (1977): R = 12 p 2 i / P i= 1 gdzie: p i sua opadów w i-ty iesi¹cu, P roczna sua opadów. Indeks ten wykazuje wysok¹ korelacjê z czynnikie R równania USLE (Coutinho i Toas, 1995; Loureiro i Coutinho, 1995). Jego stosowanie w obliczeniach prowadzonych przy u yciu jednostek uk³adu SI wyaga przeno enia przez 17 (Foster i in., 1981). WskaŸnik erozyjnoœci opadów jest w granicach obszaru testowego silnie skorelowany z roczn¹ su¹ opadów. Rozk³ady przestrzenne obu wartoœci wykazuj¹ znaczne podobieñstwo. Wartoœci aksyalne notowane s¹ w zachodniej czêœci obszaru testowego i alej¹ w kierunku wschodni. WskaŸnik podatnoœci gleby na erozjê wodn¹ K okreœlono na podstawie równania Renarda i in. (1997): 2 Porównanie dzia³ania dostêpnych w prograie USLE2D algorytów okreœlania sieci erozyjno-drena- owej zawiera praca Drzewieckiego i Mularza (2001) 3 Dla pojedynczych zdarzeñ opadowych obliczana jest wielkoœæ bêd¹ca su¹ energii kinetycznej deszczu i jego aksyalnej trzydziestoinutowej intensywnoœci. Wartoœci te zsuowane dla ca³ego roku stanowi¹ wskaÿnik R
50 Wojciech Drzewiecki, Stanis³aw Mularz 2 log D + 1,659 = 0,0034 + 0,0405 exp 0,5 g K 0,7101 przy czy di + di 1 Dg = exp( 0.01 fi ln ) 2 gdzie dla ka dej frakcji granuloetrycznej cz¹stek glebowych: d i aksyalna œrednica cz¹stek, d i-1 inialna œrednica cz¹stek, f udzia³ asowy. Wybór tej etody wynika³ przede wszystki z faktu, i wyaga ona jedynie posiadania podstawowych inforacji o granuloetrii utworów glebowych. Inforacja taka og³a byæ przypisana poszczególny wydzielenio na apie gatunków gleb KAWK (tab. 1). W przypadku lessów pos³u ono siê badaniai Kolasy (1963), przyjuj¹c œredni¹ watoœæ wskaÿnika K obliczon¹ dla analizowanych przez tego autora profili glebowch ieszcz¹cych siê w granicach obszaru testowego. Mady rzek przep³ywaj¹cych przez tereny lessowe na pó³noc od Krakowa posiadaj¹ sk³ad zbli ony do lessu (Koornicki, 1980). Podobieñstwo to potêguje siê w przypadku deluwiów zboczowych (na brzegach dolin). Bior¹c pod uwagê charakter sk³adu granuloetrycznego lessów w obszarze badawczy (Kolasa, 1963) przyjêto: dla ady œredniej sk³ad py³u gliniastego, dla ady ciê kiej i bardzo ciê kiej sk³ad py³u ilastego (przyjêto wartoœæ wskaÿnika K jak dla lessów). Tabela 1. Wartoœci wskaÿnika podatnoœci gleb na erozjê K Gatunek gleby Zawartoœæ frakcji [%] WskaŸ nik K 1-0,1 0,1-0,02 <0,02 pl 70-100 0-25 0-5 0,0123 ps 65-94 0-25 6-10 0,0146 psp 50-68 26-40 6-10 0,0202 pgl 60-89 0-25 11-15 0,0169 pglp 45-63 26-40 11-15 0,0230 pg 55-84 0-25 16-20 0,0195 pgp 40-58 26-40 16-20 0,0259 pz 0-24 56-100 0-20 0,0358 ls 0,0421 rs 25-48 26-40 26-35 0,0334 rc 10-38 26-40 36-50 0,0397 s 0-38 41-79 21-35 0,0401 c/bc 0,0421 Wartoœæ wskaÿnika pokrywy roœlinnej C okreœlono na podstawie literatury (.in. Koreleski, 1992; Molnár i Julien, 1998; Pistocchi i in., 2002). Przyjêto nastêpuj¹ce wartoœci: pola uprawne 0,2, u ytki zielone 0,015, lasy 0,002. Wartoœæ wskaÿnika zabiegów przeciwerozyjnych P okreœlono w oparciu o ortofotoapê satelitarn¹ uzyskan¹ z panchroatycznego zobrazowania satelity IRS oraz Nueryczny Model RzeŸby Terenu. Jedyny zabiegie przeciwerozyjny, którego istnienie stwierdzone og³o zostaæ na podstawie posiadanych danych by³o stosowanie uprawy poprzecznostokowej. Wartoœci wskaÿnika P przyjêto za Koreleski (1992) w sposób nastêpuj¹cy: dla uprawy wzd³u stoku P=1; dla uprawy w poprzek stoku wartoœæ P uzale niona jest od spadku terenu: P=1 dla spadków poni ej 3%, P=0,5 dla spadków w granicach 3-8%, P=0,6 dla spadków w granicach 8-12%,
Model USPED jako narzêdzie prognozowania efektów erozji i depozycji ateria³u glebowego 51 P=0,7 dla spadków w granicach 12-16%, P=0,8 dla spadków w granicach 16-20%, P=0,9 dla spadków w granicach 20-25%, P=1 dla spadków powy ej 25%. Dla uprawy skoœnostokowej przyjêto wartoœæ wskaÿnika P równ¹ 1. Okreœlenia sposobu uprawy dokonano na drodze fotointerpretacji obrazu ortofotoapy z na³o ony rysunkie warstwicowy uzyskany na podstawie Nuerycznego Modelu RzeŸby Terenu. Na przewa aj¹cej wiêkszoœci obszaru testowego doinuje wzd³u stokowy lub skoœnostokowy sposób uprawy. Uzyskane wyniki i ich interpretacja Uzyskane wyniki stanowi³y podstawê dokonania podzia³u obszaru testowego na strefy zagro enia erozj¹ wodna wed³ug kryteriów zaproponowanych przez Marksa i in. (1989) (tab. 2). Uzyskane wyniki przedstawia rysunek 1 oraz tabela 3. Prognozowane przez odel obszary depozycji przedstawiono jako osobn¹ klasê. Wysokie i bardzo wysokie zagro enie erozyjne prognozowane jest przez odel USPED na obszarze obejuj¹cy 9,6% analizowanej powierzchni, a³e i œrednie 16,1%, natoiast bardzo a³e zagro enie erozyjne lub jego brak wystêpuje na blisko po³owie obszaru Tabela 3. Klasy zagro enia erozj¹ wodn¹ udzia³ procentowy w powierzchni obszaru testowego Zagro enie erozyjne Procent ca³oœci obszaru testowego u ytki zielone grunty orne raze 1 33, 7 12, 5 22, 2 2 14, 2 34, 3 27, 1 3 3, 8 15, 4 11, 6 4 1, 8 5, 8 4, 5 5 2, 4 5, 2 4, 2 6 4, 2 6, 3 5, 4 Depozycja 39, 9 20, 5 25, 0 Tabela 2. Kryteria klasyfikacji zagro enia erozyjnego (Marks i in., 1989) Prognozowan e straty gleby [t/(ha*rok)] Zagro enie erozyjne I < 1 brak II 1-5 bardzo a³ e III 5-10 a³ e IV 10-15 œrednie V 15-30 wysokie VI > 30 bardzo wysokie Wartoœæ funkcji przeciwdziaerozji ³ania bardzo wysoka wysoka œrednia uiarkowana nisk a bardzo nisk a (47,2%). Ponadto na jednej czwartej powierzchni obszaru testowego prognozowana jest depozycja ateria³u glebowego. Zgodnie z oczekiwaniai tereny u ytków zielonych nara one s¹ na erozjê w niejszy stopniu ni obszary gruntów ornych. Tabela 4 przedstawia procentowy udzia³ prognozowanych klas zagro enia erozyjnego w obszarach wystêpowania poszczególnych gatunków gleb. Jak nale a³o siê spodziewaæ w najwiêkszy stopniu zagro one erozj¹ s¹ gleby o najwy - szych wartoœciach wskaÿnika K lessy i rêdziny. Co ciekawe jednak zagro enie prognozowane przez odel USPED jest wy sze dla rêdzin ni dla lessów. Poio wysokiej wartoœci wspó³czynnika K odelowanie wykaza³o niskie zagro enie dla gleb py³owych, co spowodowane
52 Wojciech Drzewiecki, Stanis³aw Mularz Erozja lasa 1 lasa 2 lasa 3 lasa 4 lasa 5 lasa 6 Tabela 4. Klasy zagro enia erozj¹ wodn¹ udzia³ procentowy w powierzchni wg gatunków gleb pl ps psp pgl pglp pg pgp K 40, 3 41, 9 56, 9 51, 6 29, 0 55, 5 6, 9 39, 4 21, 6 11, 4 15, 0 22, 8 20, 7 K 26, 1 21, 9 0, 9 14, 0 37, 2 14, 0 24, 8 8, 7 28, 3 27, 6 30, 5 12, 1 11, 0 K 3, 7 2, 8 0, 0 2, 0 4, 8 1, 2 11, 1 1, 0 12, 2 15, 2 14, 4 4, 3 4, 7 K 1, 8 1, 3 0, 0 0, 5 1, 4 0, 0 4, 5 0, 2 4, 7 5, 4 6, 2 1, 9 1, 8 K 1, 2 1, 8 0, 0 0, 7 2, 9 0, 0 2, 2 0, 3 4, 4 5, 0 5, 2 2, 0 3, 4 K 0, 8 2, 4 0, 0 1, 6 1, 0 0, 8 6, 2 2, 1 5, 6 5, 3 6, 6 4, 1 3, 0 Depozycja 26, 1 27, 9 42, 2 29, 6 23, 7 28, 5 44, 3 48, 3 23, 2 30, 1 22, 1 52, 8 55, 3 pz ls rs rc s c jest jak nale y przypuszczaæ niewielkii wartoœciai nachylenia terenu w obszarze ich wystêpowania. Model USPED ty ró ni siê od innych odeli erozyjnych, i pozwala równie na okreœlenie obszarów depozycji. Analizuj¹c tabelê 4 pod ty k¹te zauwa yæ nale y, i najwiêkszy procentowy udzia³ obszarów depozycji prognozowany jest dla utworów sklasyfikowanych jako ady co pozostaje w zgodnoœci z ich genez¹. Znacz¹cy udzia³ obszarów depozycji prognozowany jest równie dla obszarów wystêpowania gleb py³owych i pylastych (piasek s³abogliniasty pylasty, piasek gliniasty ocny pylasty). Podsuowanie Przeprowadzone badania wykaza³y, i odel USPED stanowiæ o e narzêdzie odelowania zagro enia gleb erozj¹ wodn¹. Realizacja tego odelu o liwa jest w ka dy rastrowy systeie GIS. Dla obszaru testowego, zlokalizowanego w rejonie Krakowa, o liwe by³o wygenerowanie apy stref zagro enia erozj¹ wodn¹ w oparciu o prognozowane przez odel wielkoœci strat pokrywy glebowej. Zalet¹ odelu USPED jest niew¹tpliwie o liwoœæ okreœlania obszarów depozycji erodowanego ateria³u glebowego. Planuje siê kontynuacjê badañ, których cele bêdzie sprawdzenie w terenie rezultatów dzia³ania odelu, a w szczególnoœci weryfikacja prognozowanych przez odel obszarów depozycji. Literatura Arnoldus H.M.J., 1977: Methodology used to deterine the axiu potential average annual soil loss due to sheet and rill erosion in Morocco [W:] Assessing Soil Degradation. FAO Soils Bulletin 34, Roe Bujakowski K., Mierzwa W., Pyka K., Trafas K., 1998: Koputerowy atlas województwa krakowskiego stan aktualny i przysz³oœæ. Polskie Towarzystwo Inforacji Przestrzennej VIII Konferencja Naukowo- Techniczna. Systey Inforacji Przestrzennej, Warszawa, 19-21 aja. Coutinho M.A., Toas P.P., 1995: Coparison of Fournier with Wischeier rainfall erosivity indices [W:] Proceedings First International Congress, European Society for Soil Conservation (ESSC), Silsoe. CAB International Deset P. J., Govers G., 1996: Coparison of routing algoriths for digital elevation odels and their iplications for predicting epheeral gullies. International Journal of Geographical Inforation Systes, 10. Drzewiecki W., 2003: Analiza krajobrazowo-ekologiczna sposobu u ytkowania terenu z wykorzystanie Systeów Inforacji Geograficznej i danych teledetekcyjnych. Akadeia Górniczo-Hutnicza, Wydzia³ Geodezji Górniczej i In ynierii Œrodowiska (rozprawa doktorska).
Model USPED jako narzêdzie prognozowania efektów erozji i depozycji ateria³u glebowego 53 Drzewiecki W., Mularz S., 2001: Modelowanie erozji wodnej gleb z wykorzystanie GIS. Materia³y Konferencji Naukowej nt. Nowoczesne technologie w geodezji i in ynierii œrodowiska, 22 wrzeœnia 2001, Wydzia³ Geodezji Górniczej i In ynierii Œrodowiska AGH w Krakowie Foster G. R., 1990: Process-based odelling of soil erosion by water on agricultural land. [W:] Boardan J., Foster I. D. I., Dearing J. A. (red.) Soil Erosion an Agricultural Land. John Wiley & Sons. Foster G.R., McCool D.K., Renard K.G., Moldenhauer W.C., 1981: Conversion of the universal soil loss equation to SI etric units. Journal of Soil and Water Conservation, 36. Kandrika S, Dwivedi R.S., 2003: Assessent of the Ipact of Mining on Agricultural Land Using Erosion- Deposition Model and Space Borne Multispectral Data. Journal of Spatial Hydrology, Vol. 3, No. 2. Kolasa M., 1963: Geotechniczne w³asnoœci lessów okolicy Krakowa. Wydawnictwo Geologiczne. Prace Geologiczne nr 18, Warszawa. Koornicki T., 1980: Gleby iejskiego województwa krakowskiego. Folia Geographica Series Geographica-Physica, Vol. XIII. Kondracki J., 1988: Geografia fizyczna Polski. PWN, Warszawa Koreleski K., 1992: Próby oceny natê enia erozji wodnej. Zeszyty Naukowe Akadeii Rolniczej i. H. Ko³³¹taja w Krakowie, Sesja Naukowa, z. 35. Laflen J. M., Lane L. J., Foster G. R., 1991: The water erosion prediction project a new generation of erosion prediction technology. Journal of Soil and Water Conservation, 46. Loureiro N.S., Coutinho M.A., 1995: Rainfall changes and rainfall erosivity increase in the Algarve (Portugal). Catena 24. Marks R., Müller M.J., Leser H., Klink H.-J. (red.), 1989: Anleitung zur Bewertung des Leistungsverögens des Landschaftshaushaltes (BA LVL). Forschungen zur Deutschen Landeskunde Band 229, Zentralaussuss für deutsche Landeskunde, Selbstverlag, Trier. Mitas L., Mitasova H., 1998: Distributed soil erosion siulation for effective erosion prevention. Water Resources Research, 34 (3). Mitasova H., Hofierka J., Zlocha M., Iverson R. L., 1997: Reply to Coent by Deset and Govers. International Journal of Geographic Inforation Science, 11 (6). Mitasova H., Mitas L., Brown W.M., Johnston D.M., 1998: Multidiensional soil erosion/deposition odeling and visualization using GIS. Final report for USA CERL. University of Illinois, Urbana-Chapaign, IL Mitasova H., Mitas L., Brown W.M., Johnston D.M., 1999: Terrain odeling and Soil erosion siulations for Fort Hood and Fort Polk test areas. Annual report for USA CERL. University of Illinois, Urbana-Chapaign, IL Mitasova H., Brown W.M., Johnston D.M., 2003: Terrain Modeling and Soil Erosion Siulation. Final Report. University of Illinois, Urbana-Chapaign, IL. Molnár D.K., Julien P.Y., 1998: Estiation of Upland Erosion Using GIS. Coputer and Geosciences, vol. 24, nr 2 Moore I.D., Burch G.J., 1986a: Physical basis of the length-slope factor in the Universal Soil Loss Equation. Soil Science Society Journal, 50 (5). Moore I.D., Burch G.J., 1986b: Sedient transport capacity of sheet and rill flow: Application of unit strea power theory. Water Resources Research, 22. Moore I.D., Wilson J.P., 1992: Length-slope factors for the Revised Universal Soil Loss Equation: Siplified ethod of estiation. Journal of Soil and Water Conservation, 47. Morgan R.P.C., Quinton J.N., Sith R.E., Govers G., Posen J.W.A., Auerswald K., Chisci G., Torri D., Styczeñ M.E., 1998: The Europian soil erosion odel (EUROSEM): A dynaic approach for predicting sedient transport fro fields and sall catchents. Earth Surface Processes and Landfors, 23. Pistocchi A., Cassoni G., Zanio O., 2002: Use of the USPED odel for apping soil erosion and anaging best land conservation practices. IEMSs 2002, Congress Proceedings, Lugano. Renard K.G., Foster G.R., Weesies G.A., Porter J.P., 1991: RUSLE: Revised Universal Soil Loss Equation. Journal of Soil and Water Conservation, 46(1) Renard K. G., Foster G. R., Weesies G. A., McCool D. K., Yoder D. C., 1997: Predicting Soil Erosion by Water: A Guide to Conservation Planning With the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). U.S. Departent of Agriculture, Agriculture Handbook No. 703. Saavedra C., Mannaerts C.M., 2005: Estiating erosion in an Andean catchent cobining coarse and fine spatial resolution satellite iagery. Proceedings of 31 st International Syposiu on Reote Sensing of Environent, June 20-24, 2005, Saint Petersburg, Russian Federation.
54 Wojciech Drzewiecki, Stanis³aw Mularz Starkel L., 1991: RzeŸba terenu [W:] I. Dynowska, M. Maciejewski [red.] Dorzecze górnej Wis³y. PWN, Warszawa. Šúri M., Cebecauer T., Hofierka J., 2003: Digitálne odely reliéfu a ich aplikácie v životno prostedí. Zivotne prostredie, Vol. 37, 1. Van der Knijff J.M., Jones R.J.A., Montanarella L., 2000: Soil Erosion Risk. Assessent in Italy. European Coission Directorate General JRC Joint Research Centre, Space Applications Institute, European Soil Bureau. Van Lynden G.W.J., 1995: European soil resources. Nature and Environent nr 71. Council of Europe, Strasbourg. Warren S.D., Sensean G.M., Block P.R., Ruzycki T.S., Wilcox D.D., 2000: Soil Erosion Survey for Cap Guernsey, Wyoing Using New-Generation Multi-Diensional Soil Erosion Modeling. Center for Ecological Manageent of Military Lands Technical Publication Series TPS 00-14, Colorado State University, Ft. Collins. Wischeier W. H., Sith D.D., 1978: Predicting Rainfall Erosion Losses A Guide to Conservation Planning. USDA Handbook 537, Washington, D. C.. Suary The origin and developent of the USPED (Unite Strea Power-based Erosion/Deposition) odel and its application to erosion-deposition odelling within catchents areas of Pr¹dnik and D³ubnia Rivers have been presented. The test area upland region north to Cracow is covered with highly erodible loess soils. Algoriths proposed by Mitasowa et al. (1999) have been adopted for the Idrisi32 GIS software chosen for odelling. The USLE (the Universal Soil Loss Equation) odel paraeters (R,C,K,P) have been used for the quantitative assessent of erosion effects. Rainfall and runoff erosivity factor (R) was approxiated with Fournier index. The Renard et al. (1997) equation has been used to obtain the soil erodibility factor (K) values. This ethod was chosen because of its siplicity only basic data about soil granulation was necessary. The cover and anageent factor values (C) were taken fro different authors (Koreleski, 1992; Molnár i Julien, 1998; Pistocchi i in., 2002). Panchroatic IRS orthophotoap together with DTM (Digital Terrain Model) were used to assess the supporting erosion control practices factor (P). The factor values were used after Koreleski (1992). The results of this investigation enabled us to divide the test area into soil erosion intensity zones based on predicted soil loss values. Deposition areas predicted with USPED odel have been presented as a separate zone. High and very high erosion rates have been predicted for 9,6% of the area in consideration. 47,2% of the test area has been assessed as free fro the soil erosion danger. The soils with the highest erosion rates are loess soils and liestone soils. The ost of alluvial soil covered areas can be found aong the deposition zones, what is in accordance with these soils genesis. The studies also indicated that USPED odel sees to be very useful tool for soil erosion assessent together with deposition effect prediction of soils aterial within the particular catchents. dr in. Wojciech Drzewiecki drzewiec@agh.edu.pl tel. (0-12) 617 39 93 dr hab. in. Stanis³aw Mularz ularz@uci.agh.edu.pl tel. (0-12) 617 22 88
Model USPED jako narzêdzie prognozowania efektów erozji i depozycji ateria³u glebowego 55 Rys. 1. Wynik odelowania erozyjnego etod¹ USPED