Degradácia pôdy vetrom – veterná erózia, II. časť

Vážení ekologickí environmentalisti a aktivisti:

Je na škodu, že viac sa o Zelenej obnove krajiny—pre zachovanie a ochranu prírody hovorí, ako koná. Iba poukazovanie, zákazy, osvetová činnosť, školenia za Zelenú budúcnosť , to sa môže, tamto nie, lebo sú v rozpore so zákonom o ŽP, je veľmi málo. V praktickom živote sa vplyv na zníženie intenzity veternej /vodnej/ erózie, zvýšenie kyslíka, estetiku krajiny a ekologizácia stále dostatočné nekoná. Vyhlášky, zákony, nariadenia z MŽP-SR /iba v tomto roku 36/, nič pozitívne neprinášajú. Práve naopak, slovo ekologizácia je nadradené napr. zdravotníctvu, školstvu, doprave, vodnému hospodárstvu…Čím ďalej vzbudzuje väčší odpor bežných ľudí, živnostníkov, malých i stredných podnikateľov. Pritom aj dobre myslená a vykonaná vec v prospech životného prostredia sa stáva zbytočnou. Stále prešľapujeme iba na jednom mieste, neprestajne počuť slová od vás i zodpovedných: Verba promitturnur !

Odnos pôdy vetrom

Hlavným eróznym faktorom je vietor. Pre deflačnú činnosť sú rozhodujúce rýchlosť a smer nad zemským povrchom. Na zemskom povrchu má vietor nulovú rýchlosť v=0 ms^-1 , nad zemou sa mení podľa drsnosti terénu. Na intenzitu a priebeh veternej erózie vplývajú prírodné aj antropogénne činitele ,určujú celkové množstvo premiestneného a akumulovaného materiálu. Proces vyjadruje zjednodušený matematický model v tvare:

E= f(I,K,C,L,V)

Kde: E je odhadnutá priemerná ročná strata pôdy /t‧ ha^-1 ‧ r^-1 /

I—faktor erodovateľnosti pôdy

K—faktor drsnosti pôdy

C—klimatický faktor /rýchlosť vetra, teplota, vlhkosť/

L—dĺžka erodujúceho poľa kolmá na prevládajúci smer vetrov

V—faktor vegetačného krytu

Nevýhodou je, že faktory sú miestneho, regionálneho charakteru ,preto sú použiteľné iba pre úzky časovo vymedzený úsek. Pre aplikáciu vyžadujú modifikovanie na miestne mikroklimatické regióny a ich použitie. V niektorom aj blízkom prírodnom regióne je použitie nevhodné. Pre praktické použitie sú vzťahy málo vhodné aj preto, lebo neumožňujú získať kvantitatívny odhad odnosu pôdy vetrom a podávajú iba prehľad o vplyve jednotlivých faktorov na veľkosť erózie pôdy bez komplexného posúdenia. Aby sme určili jednotlivé činitele musíme analyzovať hlavný erózny faktor—vietor, jeho časový výskyt, prevládajúci smer, rýchlosť v dlhodobom priemere /20—30 r./ Pre odhad veľkosti strát, alebo posunu pôdnych častíc po povrchu sa obmedzíme len na analýzu vetra určitej rýchlosti na abrazný proces a jeho pôsobenie v čase výskytu na odnos a posúvanie po povrchu.

Častice pôdy sa pohybujú vetrom jedným z týchto spôsobov: povrchové plazenie, kĺzanie, tlačenie, solenie—skákanie, gúľanie, uvoľňovanie iných častíc nárazom a prenášané vzdušným prúdom.

Podľa funkcie sily vetra F_s /ms^-1 / platí aj pomer silového rozloženia rýchlosti vo vertikálnom prúdení vzduchu rozložením na tri zložky:

Zdvihová rýchlosť vetra v_z /abrázia, deflácia/, unášacia rýchlosť vetra v_{u /}suspenzia/ a posuvná rýchlosť po povrchu gúľaním, plazením, posúvaním/ v_p sú v pomere:

v_z : v_u : v_p = F_s (ms^-1)

Rozloženie rýchlosti vetra v %-tách podľa pôdnych druhov: piesočnatá, hlinitopiesočnatá, piesočnato hlinitá a hlinitá pôda potrebnej na zdvihnutie častice, unášanie vo vzduchu a posúvané po povrchu môžeme vyjadriť priemernou hodnotou pomerom:

v_z : v_u : v_p = 100% /F_s /

33 : 11 : 56 = 100%

Ako príklad použijeme piesočnatú pôdu: typ povrchu pôdy 0—suchá a 1—vlhká pôda. Suchá piesočnatá pôda potrebuje na kritickú rýchlosť vetra pre erózny proces v=12,38 /ms^-1 / a vlhká pôda v=16,13 /ms^-1 /:

Piesočnatá pôda: 0 v_z =5,10 ms^-1 piesočnatá pôda:1 v_z =5,30 ms^-1

v_u =1,60 v_u =1,80

v_p= 5,70 v_p =9,0

————————————————————————-

v_kr =12,40 ms^-1 v_kr =16,10 ms^-1

Uvedené hodnoty sa doporučujú používať ako orientačné pre pestovanie poľných plodín do výšky 1,0 m. Pomer abrázie/deflácie/, odnosom vetra a pohybom po povrchu pôdy je spracovaný na všetky pôdne druhy podľa merania vo veternom tuneli ktoré vykonal J. Streďanský.

Pre vyššie prekážky/vetrolamy, veterné steny/ sa používa tzv. výtlačná výška vetra napr. na pozitívne využitie nábehovej rýchlosti vetra na rotor generátora výroby elektrickej energie. Množstvo premiestňovanej pôdy Q závisí od efektívneho priemeru zrna d_ef v /mm, m/ , rozdielu kritickej rýchlosti vetra ,pri ktorej nastáva erózny proces v _kr a rýchlosti vetra v nameraného na meteostanici. Odhadnuté množstvo odnesenej pôdy z plochy 1 m² vyjadríme vzťahom:

Q=(vkr./v)³ ‧d_ef² /gm^-2 ‧ s^-1 /

Odnesené množstvo piesočnatej pôdy podľa modelu je: 0,005 až 3,62 kg za sekundu. Problém je v tom, že vietor mení rýchlosť v čase 0,01—1 sek. ktorú hodnotíme ako pulzáciu vetra, a premennú rýchlosť v , je priemer pulzácie pomocou časového integrálu.

Pomer v_kr /ms^-1 / nad terénom ku rýchlosti vetra potrebnej k zahájeniu erózneho procesu v /ms^-1 / nameranej na meteostanici odčítame z tabuľky:

Priemer pôdnych častíc def=mm	Rýchlosť vetra na začatie erózneho procesu v=ms-1	Kritická rýchlosť vetra nad terénom vkr=ms-1
0,10 – 0,25	4,17	0,28
0,25 – 0,50	4,76	0,32
0,50 – 1,00	5,80	0,39
1,00 – 2,00	7,59	0,51
2,00 – 3,00	9,38	0,63
3,00 – 4,00	11,01	0,74
4,00 – 5,00	12,20	0,82

Príklad: priemerná rýchlosť dutia vetra na meteostanici v=9,5 ms^-1 , kritická rýchlosť v_kr = 0,63 ms^-1 a efektívny priemer zrna d_ef =2,0—3,0 mm. Odhadnuté množstvo premiestnenej pôdy bude:

Q=(0,63/9,5)³ ‧ 2² =1,17 /gm^-2 ‧ s^-1/ a pri d=3mm Q=2,62 /gm^-2 /

Vietor pri konštantnej rýchlosti odnesie 1,17 gm^-2 ‧ s^-1 pôdy z 1m² o veľkosti zrna d=2,0 mm ktorý hodnotíme ako tolerovaná strata pôdy /1,17 gm^-2 ‧ s^-1 < 1,40 gm^-2 ‧ s^-1 . Pri odnose častíc o veľkosti d=3,0 mm je prípustná strata takmer 2 krát prekročená. Vzniknutý rozdiel v hmotnosti odnosu je, že častice s väčším priemerom sú presúvané na veľmi krátke vzdialenosti okolo 1,0 m a nepresiahnu hranice erodovanej bázy pozemku ale nastáva postupné narastanie, zväčšuje sa degradačná plocha pozemku.

Prenos pôdnych častíc v suspenzie, skokom, kotúľaním, plazením alebo  posúvaním po povrchu sa dá zjednodušene odhadnúť vzťahom:

Q= 6‧ (L^-0,225 ‧ M^-0,579 ‧v^1,975) /g‧ m^-2 ‧s^-1 /

L je dĺžka vytvorenej eróznej bázy /m/, M priemerná rýchlosť unášaných agregátov/ g‧ m^-1 ‧s^-1 / a rýchlosť vetra /ms^-1 /. Výsledky zo vzťahu unášaného materiálu sú uvedené v nasledujúcej tabuľke pri konštantnej minimálnej kritickej rýchlosti vetra pre odnos suchej piesočnatej pôdy v=4,4ms^-1 a  odnosu rýchlosťou M= 1,5—4,0 / g ‧ m^-1 ‧s^-1/. Výška h častíc unášaných vzduchom je funkcia vzdialenosti L a uhlu dopadu cos(α°) a odnesené množstvo Q=/ g ‧ m^-2 ‧s^-1/ sú uvedené v tabuľke:

dĺžka odnosu agregátov L m cm	Rýchlosť M odnosu častíc / g‧ m-1 ‧s-1/	Rýchlosť vetra v=4.4 ms-1	Výška odnosu h= cm	Odnesené množstvo / g ‧ m-2 ‧s-1/
0,05 5,0	1,5	4,4	2,50	174
0,1 10	2,0	4,4	1,90	126
0,25 25	2,5	4,4	1,30	90
0,50 50	3,0	4,4	0,60	69
0,75 75	3,5	4,4	0,30	58
1,0 100	4,0	4,4	0,12	50

Pomer medzi dĺžkou ,výškou a odnesením množstvom agregátov pri konštantnej rýchlosti vetra uvažovanej ako prahová alebo kritická rýchlosť v_kr =4,4 ms^-1 ukazuje, že pomer výšky odnosu h je priamo úmerný na jeho dĺžke L. Odnesené množstvo Q predstavuje päť násobne nižšiu hodnotu. Preto protivzdušné bariéry/vetrolamy/pri konštantných výškach H začínajú pôsobiť pri náveternej strane v dĺžke asi 5 násobku výšky / 5H/, ktorá sa využíva aj ako zvýšenie rýchlosti vetra na rotor turbíny veternej elektrárne a vzdialenosť ďalšej veternej bariéry sústavy vetrolamov.

Odnos pôdy s použitím faktora drsnosti povrchu K a rýchlosťou vetra v /km‧ h^-1 / odhadneme pomocou jednoduchého modelu:

Q=7,221‧ 10^-3 ‧ K ‧ v² / kg/

Kde K je povrchová drsnosť povrchu pôdy udáva ekvivalentné hodnoty závislé na výške h mikroreliéfu vypočítané z aerodynamickej výšky pôdnych výčnelkov/h=0,1—30 cm/, v—rýchlosť dutia vetra km‧ h^-1 podľa Beaufortovej stupnice /βf°/

slovné hodnotenie a stupeň veľkosti βf°	zodpovedajúca rýchlosť vetra ms-1 km‧ h-1	vizuálne a pocitové posúdenie vetra
0°- bezvetrie	–	dym z komína stúpa kolmo hore
1°- vánok	0,84 3,0	pohyb dymu ukazuje smer vetra
2°- slabý vietor	2,40 8,6	lístie stromov šelestí, cítiť na tvári
3°- mierny vietor	4,30 15,5	lístie a vetvičky stromov sú v pohybe
4°- čerstvý vietor	6,70 24,0	vietor zdvíha prach a papier
5°- silnejší čerství vietor	9,30 33,5	nízke stromy sa hýbu, vlny na vode
6°- silný vietor	12,30 44,3	pohyb silných stromov, vyvráti dáždnik
7°- prudký vietor	15,50 55,8	pohyb celých stromov, sťažená chôdza

Faktor drsnosti povrchu reliéfu K do vzťahu odčítame z tabuľky pri známej aerodynamickej výške h(cm). Faktor drsnosti je vypočítaný ako posunutá parabola /reťazovka / z 8-miestneho polynómu. Zvýraznené hodnoty ukazujú, že najčastejšie sú erodované výčnelky brázd o výške h=8—12 cm, nad štandardným ideálnym priemerom roviny pozemku. Pozemok je rovný, bez vegetačného krytu, po zasiatí plodiny urovnaný valcovaním. Z tabuľky odčítame pre výčnelky empirické hodnoty k-faktora:

h (cm)	0	1	5	8	10	12	15	20	25	30
K-faktor	1,0	0,82	0,52	0,49	0,49	0,50	0,54	0,63	0,75	0,84

Podľa vzťahu K-fa vyjadruje odnos pôdy q=0,20 po 135 g. Orientačné hodnoty určujú stratu pôdy bez vegetačného krytu ,v období neskorej jesene, zimné a časť jarného obdobia kedy je pôda obnažená bez vegetácie a drsnosť povrchu je 8—12 cm.

Záver

Pre návrh protieróznej bariéry sa obyčajne budujú vetrolamy. V našich pôdno-klimatických podmienkach sú dostačujúce v dvoch formách: polopredúvavé a nepredúvane. Pri vlastnom návrhu je rozhodujúci vietor, jeho rýchlosť, častosť dutia, prevládajúci smer, najmä v období keď pôda nie je krytá vegetačným pokryvom. U nás prevládajú severozápadné erózne vetry začínajú v neskorom jesennom období, pôsobia počas zimy až do skorej jari.

Pre každú oblasť sú typické dreviny, ktoré majú husté koruny s listami, odborne nazývané baldachýn..

Pri návrhu vetrolamu je potrebné poznať príčiny abrázie , veternosť mikroregiónu a potom navrhnúť vhodné zloženie drevín a krovitú zeleň pre veternú bariéru.

Alojz Malíšek

(bez úprav, pozn. redakcie)