EROZIJAS IESPĒJAMĪBAS NOVĒRTĒŠANAI AR USLE · Temata aktualitāte • Latvijā, tāpat kācitās ES dalībvalstīs ir akceptēta un tiek ieviesta Eiropas Savienības Ūdens struktūrdirektīva

ArcGISArcGIS PIELIETOJUMS AUGSNES PIELIETOJUMS AUGSNES EROZIJAS IESPEROZIJAS IESPĒĒJAMJAMĪĪBAS BAS NOVNOVĒĒRTRTĒĒŠŠANAI AR USLE ANAI AR USLE

((UNIVERSAL SOIL LOSS EQUATIONUNIVERSAL SOIL LOSS EQUATION))

Andrejs GRIŠANOVS, Juris [email protected]; [email protected] UniversitāteDabaszinātņu un Matemātikas fakultāte

LU 66. zinātniskā konference

ZIZIŅŅOJUMA SATURSOJUMA SATURS

• Temata aktualitāte

• Augsnes erozijas riska modelēšana

• Universal Soil Loss Equation modelis

• Datu ieguves un apstrādes gaita

• Rezultāti

• Pateicības

2LU 66. zinātniskā konference

Temata aktualitTemata aktualitāātete• Latvijā, tāpat kā citās ES dalībvalstīs ir akceptēta un tiek ieviesta Eiropas Savienības Ūdens struktūrdirektīva (2000/60/EC, pieņemta 2000. gada 23. oktobrī), kuras mērķis ir nodrošināt laba vides stāvokļa sasniegšanu visos virszemes un pazemes ūdeņos līdz 2015. gadam


Temata aktualitTemata aktualitāātete• Lai nodrošinātu Ūdens struktūrdirektīvas normu ieviešanu, tiek pielietots integrēts upju baseinu apsaimniekošanas princips un ir jārealizē virkne uzdevumu, kuri ļaus būtiski samazināt piesārņojošo vielu pieplūdi ūdens ekosistēmās

• Viens no šādiem uzdevumiem ir difūzā biogēnu un ķīmiskā piesārņojuma samazināšana, kura veidošanās saistīta galvenokārt ar augsnes eroziju


Temata aktualitTemata aktualitāātete• Mūsdienās izmaksu efektivitātes ziņā nav iespējams nodrošināt difūzā piesārņojuma pilnīgu savākšanu visā sateces baseina teritorijā un tāattīrīšanu, izmantojot pieejamās attīrīšanas tehnoloģijas

• Tāpēc vienīgais veids, kā samazināt suspendētāmateriāla un ķīmiskā piesārņojuma pārnesi, ir veikt preventīvus pasākumus, respektīvi, nodrošināt zemes virsmas aizsardzību pret ūdens izraisīto augsnes eroziju


Temata aktualitTemata aktualitāātete• Nosauktā uzdevuma risinājums nav iedomājams bez augšņu erozijas riska novērtējuma un kartēšanas

• Augšņu erozijas risku skaitliskā formā galvenokārt izsaka kā potenciāli iespējamo noskalotā augsnes materiāla daudzumu no virsmas laukuma laika vienībā, parasti t·ha-1·gadā-1


Augsnes erozijas riska modelAugsnes erozijas riska modelēēššanaana• Augsnes erozijas riska kvantitatīvai novērtēšanai ir izstrādāti daudzi erozijas empīriskie modeļi, tādi kāUSLE (Wischmeier and Smith, 1978) un RUSLE (Renard et al., 1991), kā arī uz procesu bāzēti modeļi, tādi kā WEPP (Nearing et al., 1989), ANSWERS (Beasley et al., 1980) un EUROSEM (Morgan et al., 1998)


Augsnes erozijas riska modelAugsnes erozijas riska modelēēššanaana• USLE un RUSLE modeļi tiek pielietoti plašāk, par citiem, jo to izstrāde ir balstīta uz lielu zinātnisko pētījumu klāstu un vietējie kalibrēšanas dati ir viegli iegūstami

• Šīm modeļiem ir arī vairāki trūkumi, piemēram, tie neapraksta erozijas un sedimentu transporta procesus, kā arī tajos nav iespējams iekļaut ekstrēmu faktoru izraisītu īslaicīgu, bet ļoti intensīvu augsnes erozijas procesu norisi


Universal Soil Loss EquationUniversal Soil Loss Equation modelismodelis

• USLE (Universal Soil Loss Equation) modelis, kura teorētiskais pamatojums pirmoreiz publicēts jau 1965.gadā, ir viens no pasaulē visplašāk lietotajiem empīriskajiem modeļiem

• Lai gan tam piemīt iepriekš minētie trūkumi, tomēr tas ir diezgan vienkāršs savā būtībā un ir balstīts uz tādu izejas datu izmantošanu, kuri ir relatīvi viegli iegūstami un iekļaujami vienādojumā

A = R · K · L · S · C · P


Universal Soil Loss EquationUniversal Soil Loss Equation modelismodelis

A = R · K · L · S · C · PA raksturo augsnes erozijas risku jeb potenciāli iespējamo noskalotā augsnes materiāla daudzumu (t·ha-1·gadā-1), bet pārējie lielumi – izejas datus,

• R - nokrišņu erozivitātes faktors• K - augšņu erozijas faktors• L·S - sateces baseina topogrāfijas faktors jeb nogāžu garumu un slīpumu raksturojošs lielums• C – veģetācijas / audzējamo kultūru veida faktors• P - zemes apstrādes faktors


DatuDatu ieguvesieguves un un apstrapstrāādesdes gaitagaita• Par cik iepriekš minētajiem faktoriem ir ģeotelpiska sadalījuma raksturs un tie ir iegūstami vai atvasināmi no kartogrāfiskā materiāla vai ĢIS vektora un rastra datiem (piem. LS – no digitālāreljefa modeļa, C un P faktori no ortofotokartēm), mūsdienās paveras iespējas veikt augsnes erozijas riska novērtējumu ĢIS vidē


DatuDatu ieguvesieguves un un apstrapstrāādesdes gaitagaita• Kā platforma darbam tika izvēlēta pasaulē plaši pielietotā ESRI ArcGIS programmatūra

• Modelim nepieciešamo datu sagatavošana tika veikta ArcInfo 9.2 vidē

• Vektora datu iegūšanai tika izmantota manuālās ciparošanas metode un ArcMap pamatrīki


DatuDatu ieguvesieguves un un apstrapstrāādesdes gaitagaita• Reljefa digitālā modeļa un tematisko rastru sagatavošana, kā arī ģeotelpiskā datu analīze un kartogrāfiskā vizualizācija tika nodrošināti ar ArcGISmoduļiem Spatial Analyst un 3D Analyst

• Kā pētījumu teritorija erozijas riska novērtējumam tika izvēlēta dabas parka „Daugavas loki” daļa, kas ietilpst TKS-93 nomenklatūras lapā 2443-55

• Pētījumu teritorijas platība - 25 km2


Pētījumu teritorijas atrašanās vieta


DatuDatu ieguvesieguves un un apstrapstrāādesdes gaitagaita

• Darba gaitā katram no faktoriem tika sagatavoti attiecīgie tematiskie slāņi rastra formātā (ESRI GRID) ar 2 m šūnas izmēru

• Aprēķinot visu faktoru vērtības rezultējošais rastrs tika aprēķināts reizinot visu faktoru vērtības ar Raster calculator rīku


RR faktors faktors -- ddatuatu ieguvesieguves un un apstrapstrāādesdes gaitagaita

• R-faktors tika atvasināts no meteoroloģiskajiem datiem, veicot meteoroloģiskajās stacijās “Daugavpils” un “Krāslava” iegūto mērījumu rezultātu interpolāciju (dati ir pieejami publiski Meteoroloģisko un hidroloģisko novērojumu dati: Daugavpils (2007) LVĢMA [Online, 12 Decembris 2007], URL:http://www.meteo.lv/public/hidrometeo_dati.html)

• ņemot vērā nokrišņu daudzuma un intensitātes nelielās atšķirības starp abām meteoroloģiskajām stacijām, aprēķinātā R-faktora vērtība 2,54 tika attiecināta uz visu pētījumu teritoriju


http://www.meteo.lv/public/hidrometeo_dati.html

KK faktorfaktors s -- ddatuatu ieguvesieguves un un apstrapstrāādesdes gaitagaita

• K-faktora sadalījums tika iegūts no kvartāra nogulumu kartēm (augšņu cilmiezis un mehāniskais sastāvs)

• Kā datu avots tika izmantota Latvijas ģeoloģiskākarte M 1 : 200 000, 24. lapa – Daugavpils (Rīga, Valsts ģeoloģijas dienests, 2003)

• K-faktora vērtības Daugavas ielejā variē no 0,15 (rupjgraudaini grants-smilts nogulumi) līdz 0,37 (augsnes uz smilšmāla morēnas)


K faktora sadalK faktora sadalīījuma kartejuma karte


LS faktors tika aprēķināts ar Raster calculator rīku izmantojot sekojošo formulu:

LS = (λ · 2 / 22.13)0.6 · (sin (θ · 0.01746) / 0.09 )1.3 · 1.6,

kur:LS – LS faktors;λ – nogāzes horizontālais garums, m;θ – nogāzes slīpums, °


LSLS faktors faktors -- ddatuatu ieguvesieguves un un apstrapstrāādesdes gaitagaita


• Par pamatu nogāzes garuma un nogāzes slīpuma rastru aprēķinam tika izmantots reljefa digitālais modelis (DRM)

• DRM tika veidots, manuāli vektorizējot izolīnijas no bijušās PSRS armijas ģenerālštāba 1963. g. topogrāfiskām kartēm M 1: 10 000

• No iegūtām horizontālēm ar Topo to raster rīku tika interpolēta pētījumu teritorijas zemes virsma


LS faktors LS faktors –– izejas datiizejas dati


LS faktors – reljefa modelis



• No DRM ar Flow direction un Flow length rīkiem tika iegūts rastrs ar nogāzes garuma vērtībām

• Izmantojot Slope rīku no reljefa modeļa tika atvasināts rastrs ar nogāzes krituma vērtībām


LS faktors – nogāzes garuma karte


LS faktors – nogāzes slīpuma karte


LS faktors – aprēķina rezultāts


CC faktors faktors -- ddatuatu iegieguuvesvesun un apstrapstrāādesdes gaitagaita

• C faktors tika noteikts, par pamatu izmantojot Latvijas Ģeotelpiskās Informācijas Aģentūras sagatavoto ortofotokarti mērogā 1:10 000 ar nomenklatūru 2443-55 (2005. g. aerofotouzņemšana) un apsekošanu dabā

• C faktora vērtības Purvs 0.0Karjers 0.0Ūdeņi 0.0Mežs 0.001Pļava / ganības 0.01Krūmājs 0.011Aramzeme 1.0


C faktors C faktors –– izejas dati (izejas dati (ortofotoortofoto))


C faktora sadalC faktora sadalīījuma kartejuma karte


• P faktora vērtība ir atkarīga no pasākumiem, kuri tiek veikti, lai samazinātu noskalotā augsnes apjoma daudzumu

• Pētījumu teritorijā preventīvie pasākumi augsnes erozijas riska samazināšanai pašlaik netiek veikti, tāpēc P faktors visai pētījumu teritorijai ir pieņemts kā 1,0

PP faktors faktors -- ddatuatu iegieguuvesvesun un apstrapstrāādesdes gaitagaita

RezultRezultāātitiVizualizējot iegūtos datus, augsnes erozijas riska vērtības (t·ha-1·gadā-1) tika sadalītas 5 klasēs pēc erozijas apjoma:

0 - 10 - augsnes erozijas riska nav;10 – 100 - zems augsnes erozijas risks;100 – 1000 - vidējs augsnes erozijas risks;1000 – 10 000 - augsts augsnes erozijas risks;10 000 – 67 000 - ļoti augsts augsnes erozijas risks.


Augsnes erozijas potenciāla karte


RezultRezultāātiti

• Iegūtie rezultāti parāda, ka lielāka daļa pētījumu teritorijas netiek pakļauta augsnes erozijas riskam vai augsnes erozijas risks ir zems.

• Reljefa faktors var paaugstināt reljefa erozijas potenciālu līdz vidējam



• Veģetācijas veida faktors visstiprāk no visiem faktoriem ietekmē augsnes erozijas potenciālu

• Aramzeme ir pakļauta augstam līdz ļoti augstam erozijas riskam

• Lielāko daļu teritorijas zem meža augsnes erozijas risks neapdraud



• Lai samazinātu erozijas potenciālu dabas parka “Daugavas loki” teritorijā, pašvaldībām izstrādājot teritorija plānojumus ir ieteicams izmantot telpisko informāciju par erozijas riska sadalījumu, lai mainītu vai konservētu zemes lietojuma veidu zonās, kas ir pakļautas paaugstinātam erozijas riskam


PateicPateicīībasbas


Pētījums veikts ar Nacionālās pētījumu programmas KALME un

ESF projekta Nr.2005/0135/VPD1/ESF/PIAA/04/APK/3.2.3.2/0032

/0065 atbalstu

Documents

EROZIJAS IESPĒJAMĪBAS NOVĒRTĒŠANAI AR USLE · Temata aktualitāte • Latvijā, tāpat kācitās ES dalībvalstīs ir akceptēta un tiek ieviesta Eiropas Savienības Ūdens struktūrdirektīva