SOUHRN
V rámci príspevku sú prezentované čiastkové výsledky štúdie zameranej na monitorovanie erózneho výmoľa v povodí vodného toku Myjava, ktorá preukázala dynamiku zmien a vývoja erózneho výmoľa v lokalite Turá Lúka, a to pomocou rôznych mapovacích techník použitých od roku 2014 až doposiaľ. Zo štúdie vyplýva, že výber mapovacej techniky závisí od viacerých kritérií a účelu úlohy, kde každá z nich má svoje výhody aj nevýhody. V prípade stanovenia parametrov erózneho výmoľa (objem, dĺžka a poloha) je vhodné plošné mapovanie technológiou terestrického laserového skenovania alebo využitia lietadiel bez posádky, teda zberu údajov, ktorého výsledkom je mračno bodov. Pre hodnotenie výmoľovej erózie v priečnych profiloch, zložitejších úsekoch, prípadne v miestach vybudovaných protieróznych a stabilizačných prehrádzok vo výmole je postačujúce meranie pomocou globálnych navigačných satelitných systémov (GNSS) použitím GPS prístroja. Tento predpoklad sa podarilo potvrdiť na základe výsledkov z terénnych meraní erózneho výmoľa technológiou GNSS v období 2017–2021. Hodnotenie výsledkov je uvedené v tomto príspevku. Daný spôsob mapovania erózneho výmoľa bol vybraný pre potrebu podrobného profilového hodnotenia v minulosti už identifikovaných kritických úsekoch (priečnych profiloch) monitorovanej eróznej formy na základe prieskumu v teréne a z plošného skenovania, ako aj z dôvodu jednoduchého spracovania údajov. Nenáročnosť tejto metódy vzhľadom na typ úlohy, personálne obsadenie, časovú náročnosť a objem údajov predurčuje a potvrdzuje vhodnosť jej výberu pre použitie v danej problematike. Dôležitou požiadavkou pri výbere tejto meracej techniky je bezproblémový prístup k miestu merania a prijímaný signál z družíc GPS prístrojom ovplyvňujúci presnosť merania vzhľadom na okolitú vegetáciu. Dostatočným testovaním a porovnaním dostupných mapovacích techník je možné účelne a reálne zvoliť vhodnú efektívnu technológiu pre monitorovanie eróznych foriem v krajine pre vopred predefinovaný účel. Príspevky tohto typu pomôžu riešiteľom podobných úloh v rozhodovaní pri výberu technológie mapovania krajiny.
ÚVOD
Erózia pôdy v prípustnej forme je prirodzený proces vyskytujúci sa v krajine, ale z pohľadu dlhodobého negatívneho efektu na produkčnú schopnosť pôdy je potrebné brať tento typ degradácie pôdy ako významnú environmentálnu hrozbu [1]. Napriek tomu sa častokrát neuváženou antropogénnou činnosťou v krajine prispieva k zvýšeniu erodovateľnosti pôdy [2]. K najvýznamnejším environmentálnym degradačným rizikám negatívne vplývajúcim na zhoršovanie základných pôdnych parametrov a pôdnych funkcií na Slovensku patrí vodná erózia. Práve jej neprípustná alebo zrýchlená forma na poľnohospodárskych pôdach nielenže výrazne ovplyvňuje produkčnú, ako aj mimoprodukčnú funkciu pôd, ale má aj vysoký potenciál ohrozovať intravilán obytných území v podobe bleskových bahenných povodní. Tie sú spôsobené extrémnymi zrážkami dopadajúcimi na relatívne malú plochu územia za krátky čas, kedy vzniká sústredený povrchový odtok a odnos pôdnych častíc z vyššie položených poľnohospodárskych území do území z nižšou nadmorskou výškou. Takýmto rozrušovaním pôdneho profilu sú vytvárané na zemskom povrchu zárezy (ryhy a výmole), ktoré majú tendenciu postupne sa prehlbovať. Okrem určujúcich vlastností reliéfu z hľadiska erózie pôdy, teda prispievajúcej plochy a sklonitostných pomerov, podmieňujú koncentráciu povrchového odtoku mnohokrát aj spádnicovo a šikmo orientované poľné cesty, rozhrania medzi poliami a brázdy po kolesách poľnohospodárskych strojov [3]. Dôsledkom zrýchleného, sústredeného odtoku a eróznych procesov je existencia a intenzívna tvorba dočasných alebo trvalých eróznych rýh a výmoľov. Pre potrebu riešenia výmoľovej erózie je nevyhnutné stanovenie jej lokalizácie, meranie a monitorovanie vývoja jej zmien a dynamiky pre návrh eliminačných alebo stabilizačných opatrení.
Na účely modelovania [4, 5] a monitorovania prírodných erózno-transportných procesov a ich prvkov v krajine [6–9] sa v súčasnosti využívajú moderné vyspelé technológie, ktoré sú spojené s experimentálnou prácou v teréne a zberom údajov. Medzi progresívne monitorovacie techniky patrí najmä terestrické laserové skenovanie (známe pod skratkou TLS – z angl. Terrestrial Laser Scanning), letecké laserové skenovanie (známe pod skratkou LIDAR – z angl. Light Detection And Ranging) a využitie lietadiel bez posádky alebo dronov (známe pod skratkou UAV – z angl. Unmanned Aerial Vehicle). Umožňujú v pomerne krátkom čase, na relatívne veľkých plochách a bez potreby terénnych úprav získať informácie o type využitia krajiny, morfológii a vlastnostiach vegetačnej pokrývky [10–13]. V niektorých prípadoch je však použitie týchto technológií nepraktické a nemožno ich len tak jednoducho aplikovať, či už vzhľadom na lokalizáciu erózneho prvku v krajine (ryhy alebo výmoľa), jeho rozmery, prípadne vegetačná pokrývka. Na získavanie a zber priestorových údajov týchto plošných a líniových nežiaducich foriem erózie pôdy vtedy možno použiť klasické spôsoby a meracie techniky ako geodetické merania (tachymetria) alebo metódy globálnych navigačných satelitných systémov (známe pod skratkou GNSS – z angl. Global Navigation Satellite System).
Cieľom príspevku je vo forme príkladovej štúdie zosumarizovať poznatky i výsledky z terénnych meraní a analyzovať výskyt i dynamiku vývoja erózneho výmoľa v jeho kritických úsekoch (priečnych profiloch) v rámci lokality Myjava – Turá Lúka pomocou kontinuálnych dlhodobých meraní (za obdobie rokov 2014–2021) realizovaných technológiou GNSS.
ZÁUJMOVÉ ÚZEMIE
Oblasť Myjavskej pahorkatiny sa rozprestiera na západnom Slovensku a vyznačuje sa značným výskytom eróznych rýh a výmoľov, ktorých vznik sa spája s kopaničiarskou kolonizáciou sprevádzanou vo veľkej miere odlesňovaním územia a jeho následným využitím pre poľnohospodársku činnosť. Členitosť terénu, výrazné sklonitostné pomery, veľkoblokové obrábanie pôdy a špecifické využitie územia (najmä poľnohospodársky využívané svahy) vytvárajú ideál- ne podmienky na tvorbu erózno-transportných a odtokových procesov, ktoré zapríčiňujú vznik škodlivej formy erózie pôdy (eróznych rýh a výmoľov).
Monitorovaný erózny výmoľ je situovaný na poľnohospodársky využívanom svahu v blízkosti mestskej časti Turá Lúka – Myjava. Výskumná plocha svahu má rozlohu 0,3 km2 v pásme flyšu s vápencovými blokmi Bielych Karpát a nachádza sa v geomorfologickom celku Myjavská pahorkatina. Z pedologického hľadiska tu dominujú predovšetkým kambizeme. Z hľadiska klimatických pomerov patrí územie do mierne teplého, vlhkého územia s chladnou až studenou zimou, s priemerným ročným úhrnom zrážok 600–700 mm a s priemernou ročnou teplotou vzduchu 8 °C. Z hydrologického hľadiska je územie ohrozené najmä v letnom (najvyššie zrážky boli zaznamenané v mesiacoch máj – júl) a v zimno-jarnom období pri topení snehu a zrážok. Kombinácia hydrometeorologických podmienok, reliéfu, využívania územia a nízke priepustnosti podložia prispieva k vývoju erózneho výmoľa v tomto území. V súčasnosti je dĺžka výmoľa približne 300 m a jeho priemerný pozdĺžny sklon je 10 %. V [14] na podkladoch vojenského mapovania identifikovali výskyt tejto eróznej formy v záujmovom území už v 19. storočí. V 90. rokoch minulého storočia bol erózny výmoľ zasypaný zeminou a následne bolo územie využívané na agrárne účely. Časom pod vplyvom výdatných zrážok a topenia snehu v členitom teréne bola opätovne vytvorená erózna ryha v spádnici veľkorozmerného poľnohospodársky využívaného svahu, ktorá mala tendenciu sa zväčšovať do formy výmoľa. Vzhľadom na vývoj v čase a parametre (dĺžka a hĺbka) erózneho výmoľa ho nebolo možné už obrábať, následne na to bol klasifikovaný ako permanentný. Výmoľ sa nechal zarásť náletovými drevinami a trvalým trávnatým porastom (na podporu jeho stabilizácie) a bol vyňatý z potrieb pre poľnohospodárke účely (obr. 1).
Pre výskyt bahenných povodní po prívalových letných dažďoch a v čase jarného topenia snehu, kedy extrémny povrchový odtok spolu s erodovaným materiálom spôsobil zanášanie cestnej komunikácie a obydlí, bol v roku 2010 erózny výmoľ zaradený do projektu „Program revitalizácie krajiny a integrovaného manažmentu povodí SR“. Počas realizácie tohto projektu bolo vybudovaných vo výmole 7 malých drevených prehrádzok ako forma protieróznych a stabilizačných opatrení (obr. 1).
Obr. 1. Lokalizácia záujmového územia monitorovaného erózneho výmoľa so 7 drevenými stabilizačnými prehrádzkami
Fig. 1. Location of the study region of the erosion gully with 7 small wooden check dams
MATERIÁL A METÓDY
Monitorovanie lokality erózneho výmoľa v lokalite Myjava – Turá Lúka bolo úzko späté so zahraničným projektom 7. RP EÚ RECARE (2014–2019), ktorého výsledky boli použité pri tvorbe legislatívy EÚ zameranej na ochranu pôdy a zabezpečenie udržateľného poľnohospodárstva a potravinovej bezpečnosti. Na meranie erózneho výmoľa bolo aplikovaných viacero mapovacích techník (obdobie 2014–2021), kde ich výber závisel od dostupnosti, časovej náročnosti, presnosti merania, ale aj podmienok vyplývajúcich z ročného obdobia počas terénnych meraní a výskytu vegetačnej pokrývky. Terénne merania sa vykonávali minimálne raz ročne a pokračuje sa s jeho monitorovaním až doposiaľ.
V roku 2014 bolo záujmové územie mapované UAV technológiou, kedy bolo použité lietadlo bez posádky typu Gatewing X100 s pevnými krídlami. V jarnom období, v rokoch 2015 a 2016 bol erózny výmoľ podrobne meraný technológiou TLS, kedy bol použitý 3D laserový skener typu Trimble TX5 s presnosťou fázového zamerania vzdialenosti 2 mm/25 m. Aplikácia týchto moderných vyspelých technológií pre mapovanie krajiny bola spojená nielen s plánovaním a prípravou merania, zberom bodových údajov v teréne a experimentálnou prácou, ale aj následným spracovaním meraných údajov a v neposlednom rade s analýzou výsledkov s vyhodnotením geomorfologických charakteristík daného územia. Čiastkové výsledky z týchto meraní boli priebežne publikované [15].
Použitie moderných mapovacích technológií pre monitoring erózneho prvku v krajine si vyžaduje mať zemský povrch z veľkej časti upravený od rozsiahlej vegetácie (napr. trávnatý porast, kroviny a náletové dreviny), čo je personálne a časovo náročné. Od roku 2017 bol teda erózny výmoľ monitorovaný iba technológiou GNSS, prístrojom Leica Systém GS15 GNSS s pripojením na službu SKPOS (generuje tzv. sieťové korekcie geodetických súradníc v reálnom čase), práve kvôli výskytu rozvinutej vegetácie v ňom. Táto technológia je nenáročná na spracovanie meraných údajov, avšak ich zber je podmienený potrebou tvorby bodového poľa, teda hustotou bodov, kde každý bod má presnú horizontálnu a vertikálnu polohu. Na obr. 2 je zobrazený stav vegetácie v čase merania zmien erózneho výmoľa v období rokov 2017–2021.
Obr. 2. Fotodokumentácia z merania erózneho výmoľa pomocou technológie GNSS v období rokov 2017–2021
Fig. 2. The photo documentation of the erosion gully using GNSS technology from 2017–2021
VÝSLEDKY
V minulosti sa podľa [16] kategorizovala výmoľová erózia na základe zistenia základných parametrov výmoľa (dĺžka, sklon, priemerná hĺbka a šírka). Tieto parametre boli vo väčšine určované v rovnomerne rozmiestnených priečnych profiloch. V prípade erózneho výmoľa bolo teda monitorovanie zamerané na určenie jeho dna, resp. osi (hlavnej línie) a hrán vo vybraných 20 priečnych profiloch po jeho celej dĺžke (obr. 3). Dôvodom bolo zistenie geomorfologických zmien výmoľa v miestach, kde bolo preukázané zanášanie erodovaným sedimentom z vyššie položených území.
Obr. 3. Poloha monitorovaných 20 priečnych profilov v eróznom výmole: čierna šípka označuje 9 vybraných analyzovaných profilov (zdroj podkladu: GKÚ Bratislava, NLC, 2019)
Fig. 3. Location of the 20 transverse profiles in the gully erosion: the black arrow shows 9 selected profiles (base map: GKÚ Bratislava, NLC, 2019)
Informácia o dátume merania, ako aj počte zameraných bodov, je uvedená v tab. 1.
Tab. 1. Prehľad počtu meraných bodov v profiloch erózneho výmoľa pomocou technológie GNSS v období rokov 2017–2021
Tab. 1. The overview of the measured points in the profiles of erosion gully with the use of GNSS from 2017–2021
V [17] bola prehodnotená účinnosť protieróznych opatrení v profiloch priamo pred 7 malými drevenými prehrádzkami za obdobie 2014–2017 (obr. 1), a neskôr boli aktualizované a doplnené v [18]. K zmenám geomorfológie dochádza pozdĺž celého výmoľa, a to aj mimo týchto prehrádzok. Z tohto dôvodu bola v príspevku analýza zmien výmoľa zameraná v miestach vybraných, čiastočne rovnomerne rozdelených priečnych profilov bez ohľadu od polohy prehrádzok (obr. 3). Od roku 2017 je celkovo bodovo zameriavaných 20 priečnych profilov pomocou Leica Systém GS15 GNSS, ale posledné 2 roky (rok 2020–2021) už iba 18 profilov. Profily 19 a 20 boli vyčlenené z monitorovania, a to z dôvodu ich úplného zanesenia transportovaným sedimentom a kvôli čoraz hustejšiemu výskytu vegetácie a drevín. Problémom je prístup k miestu merania a samotné tienenie vegetácie, kde vo väčšine prípadov dochádza k strate signálu s družicami (satelitom), čím sa výrazne zvyšuje nepresnosť merania. V takom prípade ostáva možnosť zamerať tieto priečne profily pomocou totálnej geodetickej stanice. Táto metóda merania však nebola aplikovaná.
Pre účel hodnotenia stavu erózneho výmoľa bolo vybraných 9 priečnych profilov, konkrétne profil 1, 3, 4, 7, 10, 12, 14, 16 a 18 (obr. 3). Ich grafické zobrazenie je uvedené na obr. 4. Vo výsledkoch a porovnaniach nie sú uvedené profily 1 a 10 (pre rok 2019, označené ako NO DATA), pretože neboli zamerané z dôvodu nepriaznivého počasia a prístupu k miestu merania, resp. straty signálu s družicami.
Obr. 4. Vybrané hodnotené priečne profily erózneho výmoľa merané pomocou technológie GNSS za obdobie rokov 2017–2021
Fig. 4. Selected transverse profiles of erosion gully measured using GNSS technology from 2017–2021
Niektoré profily nemohli byť zaradené kvôli nie úplne identickej línii merania v jednotlivých rokoch. A tak pre zhoršenú možnosť korektného hodnotenia vývoja zmeny morfológie erózneho výmoľa boli vyradené. Už po vizuálnej stránke možno zhodnotiť, že v záhlaví, teda najvrchnejšej časti výmoľa, sa prejavili očakávané menšie zmeny. V tejto najširšej časti výmoľa sa nachádzajú pomerne malé hĺbky a popri ňom niekoľko menších rýh. Zmeny menšieho rozsahu sú spôsobené aj vzhľadom na nižší sklon tejto časti výmoľa, ako aj na menšiu odtokovú plochu. Nad záhlavím výmoľa sa počas roka objavuje voda nad povrchom terénu. Zhruba 80 m od záhlavia erózneho výmoľa, t. j. od profilu 4, dosahuje výmoľ hĺbku už viac ako 1 m. Z grafického zobrazenia priečneho profilu meraného v roku 2019 je vidieť, že má iný priebeh. Dôvodom je nezachovanie smeru línie meraných bodov v profile 4, ako tomu bolo v ostatných rokoch. Následkom čoho bol tento rok vylúčený z celkového porovnania tvaru a parametrov výmoľa v tomto profile. V strednej časti výmoľa (profil 7 až 14), v úseku na dĺžke výmoľa 100–190 m, sa neprejavila zmena najhlbšej časti, teda osi hlavného výmoľa. Pohybuje sa medzi 1,5–2 m, avšak zmena tvaru, resp. tvorba vedľajších efemérnych (dočasných) rýh, sa prejavila až v profile 12. V tomto úseku sú najvyššie sklonitostné pomery, ktoré dosahujú sklony až 20 %. V dolnej časti erózneho výmoľa (porovnanie profilov 16 až 18) možno pozorovať zanášanie transportovanými časticami. Pre podrobnejšiu analýzu výmoľovej erózie v tejto lokalite by bolo potrebné realizovať opäť meranie modernými technológiami (UAV alebo TLS), ako tomu bolo v rokoch 2014–2016, alebo použiť techniku GNSS s oveľa väčším počtom bodových meraní, čo je výrazne časovo náročnejšie.
ZÁVERY A DISKUSIA
V príspevku sú spracované výsledky z terénnych meraní erózneho výmoľa z obdobia 2017–2021 nachádzajúceho sa v lokalite Myjava – Turá Lúka. Na analýzu výmoľovej erózie bolo vybraných 9 priečnych profilov rozmiestnených pozdĺž erózneho výmoľa, ktorých body boli merané pomocou technológie GNSS. Ich hodnotenie spočívalo v porovnaní tvaru priečneho profilu, zmene maximálnej hĺbky, čím sa môže zistiť ich prehlbovanie (zarezávanie), zanášanie dna alebo erózia, resp. zosuv bočných svahov výmoľa. Efektívnosť merania sa považuje za jednu z hlavných výhod tejto metódy, pretože meranie a následné vyhodnotenie bodov určujúcich zmenu tvaru erózneho výmoľa dokáže zabezpečiť čo i len jedna osoba.
Je potrebné však dbať na meranie bodov v rovnakej línii profilu, aby bolo možné ich korektné porovnanie.
Vyhodnotenie výsledkov terénnych meraní potvrdilo, že horná časť erózneho výmoľa má zložitejší tvar, nedochádza tu však k výraznejšej zmene hĺbky ani tvaru, vzhľadom na výrazný výskyt vegetácie. V strednej časti boli zaznamenané mierne zmeny v horizontálnom, ako aj vertikálnom smere, pričom k najvýraznejším zmenám dochádza v profiloch nachádzajúcich sa v spodnej časti erózneho výmoľa, kde sa aj očakávalo ich zanášanie. Na základe dlhodobého monitorovania erózneho výmoľa je možné prehodnotiť aktuálne stabilizačné opatrenia, ako aj možnosť implementovania ďalších ochranných a stabilizačných opatrení na zníženie erózno-transportných a odtokových procesov v danej lokalite. Z tohto dôvodu je monitorovanie erózneho výmoľa opodstatnené a malo by pokračovať aj v ďalšom období, s prihliadnutím aj na prípadný vplyv klimatickej zmeny v podobe výskytu extrémnejších prívalových zrážok. Každé zhruba 2–3 roky by bolo vhodné podrobnejšie meranie (napr. technológiou UAV alebo TLS) v jarnom období kvôli ešte nerozvinutej rozsiahlej vegetácii, ako tomu bolo v rokoch 2014– 2016. Tým by bolo zabezpečené hodnotenie polohy línie dna (osi výmoľa), dĺžky výmoľa a jeho objem. Bodové meranie v mieste profilov pred prehrádzkami a vybraných priečnych profilov je postačujúce raz do roka. Na druhú stranu, existuje viacero možností terénneho mapovania a nemožno opomenúť, že v súčasnosti sú verejne dostupné aj priestorové údaje získané z laserového leteckého skenovania (LIDAR), ÚGKK SR. Údaje pochádzajúce z tohto zdroja by bolo v budúcnosti taktiež možné vy- užiť pri tomto type úloh, pričom by bolo zaujímavé ich porovnanie s terénnymi meraniami.
Poďakovanie
Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-19-0340 a APVV-18-0347. Taktiež bola spracovaná aj vďaka finančnej podpore grantového projektu VEGA 1/0632/19.
Příspěvek prošel lektorským řízením.
