Dawid Kaczmarczyk 06.06.2013r. Nr albumu: 191845
Politechnika Wrocławska
Wydział Inżynierii Środowiska
Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska
Zespół Dydaktyczny Zaopatrzenia w Wodę i Usuwania Ścieków
Mgr inż. Dagmara Dżugaj
Hydrologia i ochrona wód
Projekt numer 2
Ochrona gleby przed erozją wodną
Cel ćwiczenia – Celem ćwiczenia jest ocena zagrożenia erozją wodną zlewni rzeki Nysa Kłodzka z wykorzystaniem modelu USLE.
Charakterystyka rzeki Warta oraz jej zlewni.
Rzeka Warta to trzecia pod względem długości rzeka Polski. Źródło Warty znajduje się na Wyżynie Krakowsko-Częstochowskiej w Kromołowie – 380 m.n.p.m. Warta to prawobrzeżny dopływ Odry. Rzeka ta ma swoje ujście w Kostrzynie nad Odra – 12 m.n.p.m.
Zlewnia rzeki Nysa Kłodzka charakteryzuje się następującymi wartościami dotyczącymi jej geometrii oraz morfometrii i rzeźby jej powierzchni:
| Pole powierzchni zlewni | 27,33 km2 |
|---|---|
| Długość zlewni | 7,37 km |
| Długość maksymalna zlewni | 8,62 km |
| Średnia szerokość zlewni | 3,71 km |
| Obwód zlewni | 22,05 km |
| Współczynnik asymetrii zlewni | 1,23 |
| Obliczenia stoczystości | 53,56 m/km2 |
| Deniwelacja | 280 m |
| Średni opad roczny | 585,25 mm/km2 |
| Źródło | Kromołowo – 380 m.n.p.m |
| Ujście | Kostrzyn nad Odrą – 12 m.n.p.m. |
Charakterystyka roślinno – glebowa zlewni cieku Warta:
Na terenie zlewni cieku Nysa Kłodzka występuje zróżnicowana pokrywa glebowa, możemy bowiem wyróżnić tutaj trzy rodzaje gleby: górskie, nizinne i wyżynne oraz gleby dolinne. Do gleb górskich występujących na tym terenie zaliczamy: gleby brunatne wyługowane lub kwaśne oraz rzadziej występujące, gleby bielicowe pochodzenia zwietrzelinowego. Do gleb nizinnych i wyżynnych zaliczamy gleby brunatne i bielicowe natomiast do gleb dolinnych: mady, gleby murszowe, glejowe oraz mułowo- torfowe. Uziarnienie gleb na terenie zlewni jest przeważnie pyłowe i gliniaste, ale również w podłożu powszechnie występują przepuszczalne piaski i żwiry.
Szata roślinna na terenie zlewni jest zróżnicowana. Największą powierzchnie zlewni zajmują użytki zielone, łąki oraz pastwiska a co za tym idzie roślinność charakterystyczna dla tych terenów, taka jak trawy, zioła oraz kwiaty polne. Spory obszar zlewni stanowią również lasy, na terenach tych przeważają lasy liściaste, w których dominują klony, buki, dęby oraz lipy.
Tabela 1: Przedstawiająca poszczególny udział terenów na obszarze zlewni cieku Warta
| Kategoria użytkowa | Udział % powierzchni | Powierzchnia w [km2] |
|---|---|---|
| Grunty orne | 15% | 4,1 |
| Użytki zielone, łąki , pastwiska | 34% | 9,29 |
| Lasy | 20% | 5,47 |
| Obszary zabudowane | 27% | 7,38 |
| Stawy jeziora | 4% | 1,09 |
Procentowy udział gleb występujących na terenie zlewni Warta:
Gleby brunatne są glebami żyznymi. Swoją barwę zawdzięczają związkom żelaza oraz brunatnym związkom próchnicy. Zawartość próchnicy w glebach brunatnych wynosi około 3-4%. Gleby brunatne charakteryzują się uziarnieniem gliniastym od piasków gliniastych do glin ciężkich i iłów.
Gleby bielicowe są glebami ubogimi w składniki mineralne oraz próchnice. Najczęściej stanowią podłoże dla lasów iglastych. Gleby te charakteryzują się białawą górną powierzchnią wymywania , która jest właśnie uboga w próchnice.
Obliczenia:
Uniwersalne równanie strat glebowych USLE:
E=R×K×LS×C×P
GDZIE:
E- średni ubytek glebowy w ciągu roku (strata gleby) [Mg/ha*rok]
R- wskaźnik erozyjności deszczu i spływu [MJ/ha*cm*rok]
K- wskaźnik podatności gleb na spłukiwanie powierzchniowe [Mg*ha*h/cm]
L- wskaźnik długość zbocza [-]
S- wskaźnik spadku zbocza [-]
C- współczynnik empiryczny zależy od gatunków rośliny uprawnej i rodzaju zabiegów agrotechnicznych [-]
P- wskaźnik zabiegów przeciwerozyjnych [-]
Wskaźnik erozyjności deszczu i spływu R:
Współczynnik ten został wyznaczony na podstawie tabeli zależności wskaźnika R od rocznej sumy opadów.
Dla rocznej sumy opadów równej 585,25 mm ( przybliżona wartość do 600 mm) wartość ta wynosi:
R= 48 MJ/ha∙cm∙h∙rok
4.2 Wskaźnik podatności gleby na spłukiwanie K
Wskaźnik ten został wyznaczony wg Koreleskiego:
K = Gleba × SO ± A ± P = 0, 23 × 0, 90 − 0, 03 + 0, 05 = 0, 227 ≈ 0, 23
gdzie :
Gleba – czynnik głownie warunkujący współczynnik K; dla określonych gleb o określonym składzie granulometrycznym
Tutaj została wybrana glina średnia pylasta / lekka pylasta 0.23
SO – mnożnik pozwalający na uwzględnienie procentowej zawartości substancji organicznej w glebie
Tutaj wybrany dla gleby o zawartości substancji organicznej w glebie równej 3%SO= 0,9
A – agregaty czynnik związany z guzełkowatością gleby - 0,03
P – przepuszczalność czynnik związany z przepuszczalnością gleby 0,05
4.3 Wskaźnik topografii LS:
$$\mathbf{\text{LS}}\mathbf{=}{\mathbf{(}\frac{\mathbf{\lambda}}{\mathbf{22}\mathbf{,}\mathbf{13}}\mathbf{)}}^{\mathbf{m}}\mathbf{\times}\mathbf{(}\mathbf{65}\mathbf{,}\mathbf{41}\mathbf{\times}\mathbf{\sin}^{\mathbf{2}}\mathbf{\alpha}\mathbf{+}\mathbf{4}\mathbf{,}\mathbf{56}\mathbf{\times}\mathbf{\text{sinα}}\mathbf{+}\mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{065}\mathbf{)}$$
λ – długość zbocza [m]
α – spadek zbocza [°]
A) Długość zbocza
Należy przyjąć stok o najmniej korzystnym nachyleniu w tym przypadku ma on długość
24 cm, w rzeczywistości długość ta wynosi 6000 m.
Czyli: λ= 6000 m
Spadek zbocza
Spadek zbocza wyliczony został ze wzoru:
$$\mathbf{\alpha}\mathbf{=}\frac{\mathbf{}\mathbf{H}}{\mathbf{\lambda}}\mathbf{\times}\mathbf{100}\mathbf{\% =}\frac{\mathbf{280}}{\mathbf{6000}}\mathbf{\times}\mathbf{100}\mathbf{\% =}\mathbf{4,7}\mathbf{\%}$$
Po za mianie na stopnie otrzymujemy 2,0o
100% 45o
4,7 % x
x= 2,00
Parametr m uzależniony od spadku zbocza
Dla zbocza o nachyleniu 1%<2%<3% m=0,3
$$\mathbf{\text{LS}}\mathbf{=}{\mathbf{(}\frac{\mathbf{6000}}{\mathbf{22}\mathbf{,}\mathbf{13}}\mathbf{)}}^{\mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{3}}\mathbf{\times}\left( \mathbf{65}\mathbf{,}\mathbf{41}\mathbf{\times}\mathbf{\sin}^{\mathbf{2}}\left( \mathbf{2} \right)\mathbf{+}\mathbf{4}\mathbf{,}\mathbf{56}\mathbf{\times}\mathbf{\sin}\left( \mathbf{2} \right)\mathbf{+}\mathbf{0}\mathbf{,}\mathbf{065} \right)\mathbf{= 1,63\ }$$
Wskaźnik pokrywy roślinnej i uprawy C – współczynnik uzależniony od:
- Ca – gatunku uprawianej roślinności
- Cb – sposób podstawowej uprawy roli
C=Ca×Cb= $\frac{\mathbf{0,4 + 0,35 + 0,2}}{\mathbf{3}}\mathbf{\times}\mathbf{1,0 = 0,32}$
| Kukurydza i rzepak | Zboża | Łąki i pola | |
|---|---|---|---|
| Wartości Ca | 0,40 | 0,35 | 0,20 |
Sposób uprawy roli – orka jesienna Cb=1,0
Wskaźnik zabiegów przeciw erozyjnych – na potrzeby projektu został przyjęty jako:
P= 1,0
Uniwersalne równanie strat glebowych USLE:
$$\mathbf{E}\mathbf{=}\mathbf{R}\mathbf{\times}\mathbf{K}\mathbf{\times}\mathbf{\text{LS}}\mathbf{\times}\mathbf{C}\mathbf{\times}\mathbf{P = 48 \times 0,23 \times 1,63 \times 0,32 \times 1 = 5,76\ }\frac{\mathbf{\text{Mg}}}{\mathbf{ha \times rok}}$$
Wskaźnik dopływu rumowisk:
Y=16400 Mg
E= 5,76 Mg/ha*rok= 15,74 Mg
$$\mathbf{DR =}\frac{\mathbf{Y}}{\mathbf{E}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{16400}}{\mathbf{15,74}}\mathbf{= 1041,93\ }$$
Ilość rumowiska unoszonego:
Pśr= 93,3 g/m3= 0,0933 g/dm3
Q= 59,4 m3/s= 59400 dm3/s
$$\mathbf{R}_{\mathbf{D}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{86400 \times}\mathbf{P}_{\mathbf{sr\ }}\mathbf{\times Q}}{\mathbf{1000}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{86400 \times 0,0933 \times 59400}}{\mathbf{1000}}\mathbf{= 478\ 831\ kg}$$
RD- dobowa ilość materiału glebowego przetransportowana poza przekrój barometryczny [kg]
Pśr – średnia dobowa koncentracja rumowiska unoszonego [g/dm3]
Q- średnie dobowe natężenie przepływu [dm3/s]
Oszacowanie zagrożenia erozyjnego:
Zagrożenia erozyjne określono na podstawie tabeli: „Kryteria klasyfikacji zagrożenia erozyjnego’’ wg tabeli zagrożenie erozyjne jest małe, a wartość funkcji przeciwdziałania erozji można określić na średnie.
Sposoby przeciwdziałania erozji:
Erozja wodna lub wiatrowa mogą spowodować całkowite zniszczenie profilu glebowego. Charakter i nasilenie procesów erozyjnych zależą głównie od rzeźby terenu, składu mechanicznego gruntu, wielkości i rozkładu opadów atmosferycznych oraz sposobu użytkowania terenu. Aby zapobiegać erozji gleb należy stosować zabiegi przeciwerozyjne rolnicze oraz melioracyjne. Zabiegi chroniące gleby, które można użyć w naszym przypadku to np.:
- prowadzenie dróg małymi spadami,
- zakładanie uprawnych pasów zieleni,
- prawidłowy kierunek upraw,
- wyeliminowanie ciężkiego sprzętu na stokach (maszyny rolnicze)
- zaprzestanie orki oraz wypasu zwierząt na stromych stokach
Zabiegi te powinny pozytywnie wpłynąć na stan erozji na terenie rzeki Warta.