Univerzálna rovnica straty pôdy / USLE – Universal Soil Loss Equation / je empirický matematický model, ktorý sa používa k popisu rôznych eróznych procesov a určeniu pôdneho splachu. Rovnicu vyvinuli vedci Walt Wischmeier a Dwight Smith v roku 1956 pre americké ministerstvo poľnohospodárstva & stala sa základnou metódou hodnotenia intenzity erózneho procesu nielen v USA ale na celom svete. V 90. rokoch bola na jej základe odvodená revidovaná univerzálna rovnica straty pôdy / RUSLE – Revised Universal Soil Loss Equation /, ktorá sa tiež používa pre predpoveď dlhodobej priemernej ročnej straty pôdy spôsobenej odtokom vody z poľnohospodársky využívaných pozemkov ležiacich v klimatickej oblasti daného typu, s daným druhom pôdy, s určitým sklonom a dĺžkou svahu, pri určitom systéme pestovania plodín, obrábania pôdy a uplatňovania protieróznych opatrení. Rovnica sa nedá použiť pre obdobie kratšie ako jeden rok, ani pre výpočet straty pôdy z jednotlivých dažďových zrážok alebo odtokom z topiaceho sa snehu.
Rovnica RUSLE sa dá vyjadriť v tvare:
G = R . K . L .S . C . P
G – priemerná dlhodobá strata pôdy t/ha.rok
R – faktor eróznej účinnosti dažďa
K – faktor erodovateľnosti pôdy
L – faktor dĺžky svahu
S – faktor sklonu svahu
C – faktor ochranného vplyvu vegetačného pokryvu
P – faktor účinnosti protieróznych opatrení
Výpočet prebieha v prostredí ArcMap na princípe mapovej algebry, teda násobením jednotlivých vrstiev.
R – faktor eróznej účinnosti dažďa
Erózna účinnosť dažďa, tzv. erozivita sa najvýraznejšie prejavuje na začiatku erozívneho procesu, keď dažďové kvapky dopadajú na pôdny povrch, na ktorom sa ešte nestačila vytvoriť vrstva povrchovo odtekajúcej vody. Dažďové kvapky spôsobujú rozbíjanie pôdnych agregátov a uvoľňovanie pôdnych častíc. Faktor eróznej účinnosti dažďa je definovaný vzťahom :
R =(E/100).i30
R – faktor eróznej účinnosti dažďa ( MJ.ha-1.cm.h-1)
E – celková kinetická energia dažďa ( J.m-2)
I30 – max. 30 minútová intenzita dažďa ( cm.h-1)
Pre stanovenie kinetickej energie dažďa sa väčšinou používa vzťah :
E =( 206 + 87 log i) . HS
E – kinetická energia dažďa(J.m-2)
I – intenzita dažďa (cm.h-1)
HS - úhrn dažďa, cm
Pre výpočet R – faktora eróznej účinnosti dažďa je potrebné:
- Shapefile zrážkomerných staníc
- Priemerný ročný úhrn zrážok v mm pre každú stanicu, ten môžeme získať priamo u SHMÚ alebo odvodiť z klimatickej klasifikácie podľa Quitta,1971. V Quittovom členení nie je síce priamo zahrnutý, sme však schopní ho dopočítať z klimatických charakteristík úhrnu zrážok za vegetačné obdobie /sVO/ a úhrnu zrážok za zimné obdobie /sVZ /. Súčtom týchto úhrnov získame hodnotu priemernej výšky zrážok pre danú klimatickú oblasť. Z charakteristík sVO a sVZ je potrebné brať priemerné hodnoty intervalu.
| Zrážkomerná stanica | Priemerný úhrn v mm/rok |
| Stanica 1 | 1020 |
| Stanica 2 | 650 |
1: V atribútovej tabuľke vrstvy zrážkomerných staníc pridajte stĺpec "Intenzity" cez Options » Add Field » Type : Float a vložte hodnoty priemerných ročných úhrnov zrážok v mm pre jednotlivé stanice
2: Potom pridajte stĺpec "R_faktor" » Type: Double. Kliknite na tento stĺpec pravým tlačítkom a vyberte funkciu Field Calculator. Pre hodnotu R faktoru sa používa Prentlov vzťah: R = 0,058*H + 10,5, kde H sú priemerné ročné úhrny zrážok v mm.
3: Urobte interpoláciu hodnôt R faktoru : Spatial Analyst » Interpolation » IDW » Input point features: Zrážkomery » Z value field: R_faktor » Output raster: R_faktor » Output cell size : 25
4: Výsledný grid R faktoru. Vo vlastnostiach vrstvy v záložke Symbology zvoľte typ Stretched. Grid orežte podľa rozvodnice.
K – faktor erodovateľnosti pôdy
Faktor erodovateľnosti pôdy vyjadruje náchylnosť pôdy k erózii a je definovaný ako odnos pôdy v t.ha-1 na jednotku dažďového faktoru R. Závisí od textúry a štruktúry pôdy, obsahu organickej hmoty, zrnitosti, infiltračnej schopnosti pôdy a odolnosti pôdneho povrchu. Ak obsah prachových a pieskových pôdnych častíc o veľkosti 0,002 – 0,1 mm v pôde nepresahuje 70%, môžeme faktor erodovateľnosti pôdy vyjadriť vzťahom :
100K = 2,1M1,1410-4(12-a)+3,25(b-2)+2,5(c-3)
M - (% prachu + práškového piesku)x(100-% ílu)
a - % organickej hmoty
b – trieda štruktúry ornice
c – trieda priepustnosti pôdneho profilu
Hodnoty faktoru K môžeme taktiež stanoviť pomocou nomogramu podľa Wischmeiera, Jonsona a Crosse.
Pre výpočet K faktoru je potrebné mať Shapefile pôdnych typov (MKSP)
5: V atribútovej tabuľke vrstvy pôdnych typov vytvorte nový stĺpec "Faktor_K" (Type: Float, Precision: 3, Scale: 2) a ku každej hodnote MKSP priraďte hodnotu faktoru K podľa tabuľky nižšie.
| MKSP | faktor K |
| Fluvizem (typická) | 0.31 |
| Glej (typický) | 0.30 |
| Kambizem (typická) | 0.29 |
| Kambizem (typická)varieta kyslá | 0.28 |
| Kambizem dystrická | 0.20 |
| Kambizem pseudoglejová | 0.30 |
| Kambizem pseudoglejová varieta kyslá | 0.26 |
| Podzol kambizemný | 0.20 |
| Pseudogle primárny | 0.34 |
6: Potom tento shapefile preveďte na raster (Conversion Tools » To Raster » Polygon to Raster):
Input feature: pody
Value field: K_faktor
Output raster: K_faktor
Cell size: 25
7: Výsledný grid K faktoru. Vo vlastnostiach vrstvy v záložke Symbology zvoľte Classified.
LS – faktor dĺžky a sklonu svahu
Faktor dĺžky svahu L vyjadruje vplyv neprerušenej dĺžky svahu na veľkosť pôdneho splavu a svahu faktor sklonu S vyjadruje vplyv sklonu svahu na stratu pôdy spôsobenú eróziou. Topografický faktor LS vyjadrili Wischmeier a Smith v roku 1965 a predstavuje pomer straty pôdy na jednotku plochy svahu ku strate pôdy na jednotkovom pozemku. Jeho hodnota pre priame svahy sa počíta zo vzťahu:
LS= l0,5d/0,0138+0,0097s+0,00138s2/
Ld - neprerušená dĺžka svahu [m]
S - sklon svahu [%]
Výpočet topografického faktoru LS prebieha v prostredí GRASS GISu (modul r.watershed). Pre výpočet budeme potrebovať DMR povodia vo forme ASCll
8: V GRASSe si založte nový projekt pre povodie
9: Cez súbor » Import rastrových dát » Import ESRI ASCll (mriežku) grid vložte DMR povodia vo formáte ASCll. V záložka Raster » Hydrologické modelovanie » zvoľte Analýza povodia.
10: V záložke Požadované zvoľte ratser DMR. V záložke Vstupné_volby zadajte threshold (počet riadkov rastru x počet stĺpcov): rozlíšenie bunky. Pre povodie je threshold napr. 30209. V záložke Výstupné_voľby zvoľte len výstupnú mapu dĺžky a sklonu svahu a pomenujte ju ls a dajte Spustiť.
11: Teraz treba novovytvorený ratser "ls" vydeliť 1000 (záložka » raster 3D rastrový kalkulátor). Meno novovytváranej rastrovej mapy :ls_faktor. Existujúca rastrová mapa: ls@PERMANENT. Výraz : ls@PERMANENT/1000. Vrstvu ls_faktor vyexportuje vo formáte ASCll (Súbor » Export rastrovej mapy » ESRI ASCII grid export. Nezabudnite príponu .asc!
12: V ArcMape preveďte vrstvu ls_faktor.asc na raster.
13: Výsledný raster ls_faktoru.
C – faktor ochranného vplyvu vegetačného pokryvu
Tento faktor vyjadruje vplyv vegetačného pokryvu a agrotechniky na veľkosť erózneho splachu. Vegetačný pokryv priamo priamo chráni povrch pôdy pred deštruktívnym pôsobením dažďových kvapiek a znižuje rýchlosť povrchového odtoku. Nepriamo vegetácia pôsobí na vlastnosti pôdy, zvlášť na pórovitosť a priepustnosť, spevňuje pôdu svojím koreňovým systémom a obmedzuje tak možnosť odnosu pôdy. Faktor ochranného vplyvu vegetačného pokryvu je priamo úmerný pokryvnosti a hustote porastu. Výbornú protieróznu ochranu predstavujú trávy a ďateliny, naopak širokoriadkové plodiny, ovocné výsadby a vinice chránia pôdu pred eróziou nedostatočne. Pre výpočet budeme potrebovať Shapefile krajinného pokryvu podľa klasifikácie CORINE
14: A atribútovej tabuľke vrstvy CORINE pridajte nový stĺpec "Faktor_C" cez Option » Add Field » Type: Float, Precision: 4, Scale: 3. Potom ku každému typu krajinného krytu priraďte príslušnú hodnotu faktoru C podľa tabuľky.
| Územie/ kód CORINE | Faktor C |
| Nesúvislá mestská zástavba (112) | 0,000 |
| Priemyselná alebo komerčná zóna (121) | 0,030 |
| Ťažba hornín alebo minerálov (131) | 0,500 |
| Mestská zeleň (141) | 0,080 |
| Nezavlažovaná orná pôda (211) | 0,250 |
| Lúky (231) | 0,005 |
| Komplexný systém kultúr a parciel (242) | 0,250 |
| Prevažne poľnohospodárske oblasti (243) | 0,240 |
| Listnaté lesy (311) | 0,009 |
| Ihličnaté lesy (312) | 0,004 |
| Zmiešané lesy (313) | 0,007 |
| Striedanie lesov a krovín (324) | 0,005 |
15: Potom tento shapefile preveďte na raster (Conversion Tools » To Raster » Polygon to Raster):
Input feature: corine
Value field: C_faktor
Output raster: C_faktor
Cell size: 25
16: Výsledný grid C faktoru. Vo vlastnostiach vrstvy v záložke Symbology zvoľte Classified.
P – faktor účinnosti protieróznych opatrení
Faktor účinnosti protieróznych opatrení je definovaný ako pomer zisteného splavu na pozemku s použitým protieróznym opatrením ku splavu na štandardnom pozemku. Tento faktor vyjadruje účinnosť protieróznych opatrení a nadobúda hodnoty od 0,2 do1, pričom P = 1 znamená žiadne ochranné opatrenia. Faktor P sa môže blížiť k hodnote 0, avšak za cenu extrémnych finančných nákladov na technické opatrenia. Protieróznym opatrením môže byť napr. pásové obrobenie pozdĺž vrstevníc, terasovanie, ochranné zatrávňovanie, priekopy a pod. V praxi sa prevažne využíva hodnota P=1, lebo v mnohých prípadoch nie sú na pozemkoch urobené žiadne protierózne opatrenia.
RUSLE – Revised Universal Soil Loss Equation
Výpočet prebieha v prostredí ArcMape na princípe mapovej algebry, teda násobení jednotlivých vrstiev. Pomocou nástroja Raster Calculator sa vynásobia jednotlivé vrstvy podľa rovnice:
G = R .K . L .S . C . P
G – priemerná dlhodobá strata pôdy, t.ha-1.rok-1
R – faktor eróznej účinnosti dažďa
K – faktor erodovateľnosti pôdy
L – faktor dĺžky svahu
S – faktor sklonu svahu
C – faktor ochranného vplyvu vegetačného pokryvu
P – faktor účinnosti protieróznych opatrení
17: V záložke Customize » Tools si zapnite 3D Analyst a Spatial Analyst. Tiež si skontrolujte, či máte zapnuté obidve tieto extencie.
18: Faktor protieróznych opatrení P = 1.
19: Výsledný raster dlhodobej priemernej straty pôdy na povodí(t.ha-1.r-1). Vo vlastnostiach vrstvy v záložke Symbology zvoľte typ Stretched a farebnú škálu od zelenej po červenú, pričom zelené budú minimálne hodnoty a červené maximálne hodnoty.
Vytvorenie vrstvy subpovodia (Preprocessing) - Z DMT pomocou extenzie Arc Hydrotools - Terrain Preprocessing » DEM Manipulation » Fill Sinks - Terrain Preprocessing » Flow Direktion - Terrain Preprocessing » Flow Accumulation - Terrain Preprocessing » Stream Definition - Terrain Preprocessing » Stream Segmentation - Terrain Preprocessing » Catchment Grid Delineation - Terrain Preprocessing » Catchment Polygon Processing (Pravý klik na vytvorenú vrstvu Catchment » Data » Export Data » vybrať zložku pre uloženie a pomenovať vrstvu, napr. subpovodie).
Zonálna štatistika.
20: Výsledný ratser dlhodobej priemernej straty pôdy na povodí (t.ha-1.r-1) zhodnotené zonálnou štatistikou. Vo vlastnostiach vrstvy v záložke Symbology zvoľte typ Stretched a farebnú škálu od zelenej po červenú, pričom zelené budú minimálne hodnoty a červené maximálne hodnoty.
Pridať komentár k článku
DANO: Dobry den, z priemernych rocnych zrazok sa zistit neda, ale existuju hydrologicke rocenky a v nich tieto udaje existuju. Pripadne SHMU moze aktualne data mat. Problem je nedostatok meracich stanic, vtedy by som volil najblizsie meracie miesto. Dakujem
Malíšek : Ako ste zistili regresnú priamku faktora R do USLE !? Z priemerných ročných hodnôt zrážkových úhrnov sa nedá stanoviť jeho maximálna 30 min. intenzita. Ďakujem