Спосіб картографування ерозійної небезпеки та протиерозійного зонування земель

Реферат: UA 95650 U UA 95650 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до землеустрою, сільського господарства, а саме для захисту ґрунтів від ерозії. Відомо спосіб визначення ерозійної небезпеки схилових земель [UA № 70268. Спосіб визначення ерозійної небезпеки схилових земель], що передбачає польові спостереження за проявами ерозійних процесів з визначенням кількісних показників, які враховують ерозійні властивості ґрунтів на окремих земельних ділянках та подальше складання карт індексу ерозійної небезпеки. Спосіб враховує вплив просторової диференціації водних потоків та протиерозійних рубежів на ерозію земель. Недоліками способу є те, що він потребує значних витрат трудового часу для креслення водозборів, визначення їх площ, ухилів, розрахунків, картографування та узагальнення в легенді значень індексу ерозійної небезпеки земель. Найбільш трудомісткою в цьому способі є процедура креслення та визначення площ елементарних водозборів і ухилів для кожної точки регулярної мережі на карті. До того ж не вирішено питання забезпечення репрезентативності розрахунків для картографування ерозійної небезпеки. Відомо спосіб протиерозійної типізації орних земель за технологічними групами, спрямований на захист земель від ерозії [Методичні рекомендації щодо розроблення проектів землеустрою, що забезпечують еколого-економічне впорядкування сівозміни та впорядкування угідь //Землевпорядний вісник 2013, № 10. - С. 52-63], що передбачає виділення на ріллі трьох технологічних груп земель за кутами нахилу: І - до 3°, II-3-7°, III - понад 7° і визначення для них ґрунтозахисних технологій вирощування сільськогосподарських культур. Недоліками способу є те, що він не враховує довжини схилів, площі водозборів улоговин, існуючі полезахисні лісові смуги, які істотно впливають на ерозійну небезпеку земель і не дозволяє досягти просторової диференціації щільності протиерозійних заходів адекватної реальній ерозійній небезпеці ріллі. Відомо способи захисту ґрунтів від ерозії, згідно з яким на змитих ґрунтах в нижній частині схилу розташовують поля кормової сівозміни, яка включає чотирьохрічне зрощування багаторічних трав на одному полі та багаторічного жита в суміші з озимою викою та озимим житом на другому. Ці способи сполучаються з щілюванням та відрізняються режимами щілювання та посіву окремих культур. [RU 2095955 С1. Способ создания почвозащитного севооборота на склоновых землях.]. Недоліком цього способу є використання малопродуктивної кормової сівозміни, доцільність впровадження якої залежить від спеціалізації господарства. Відомо спосіб захисту ґрунтів від ерозії [UA № 47206. Спосіб захисту ґрунтів від ерозії], згідно з яким інтенсивність ерозійних процесів зменшується за допомогою одночасного використання ярих та озимих польових культур суцільного посіву. Спосіб призначено для підвищення протиерозійної стійкості польових ґрунтів на початкових стадіях розвитку ерозійних процесів, для профілактики поверхневої ерозії орних земель. Перевагою цього способу є профілактика ерозії з одночасним одержанням товарної продукції зернових культур. Недоліком способу є невизначеність його застосування до конкретних земельних ділянок. Надмірний захист земель від ерозії є неефективним як і недостатній тому, що знижує можливості вирощування найбільш цінної товарної продукції на родючих землях. Для підвищення ефективності агротехнічних ґрунтозахисних заходів виникла потреба в розміщенні сільськогосподарських полів сівозмін так, щоб їх ґрунтозахисна здатність максимальною мірою збалансовувала втрату стійкості ґрунту на ріллі. Найбільш близьким за технічною суттю до заявленого є спосіб картографування ерозійної небезпеки земель [UA № 79888. Спосіб картографування ерозійної небезпеки схилових земель], що включає польові дослідження з визначенням інтенсивності зливи, а за допомогою GPS-координат вершин ерозійних рівчаків, упорядковане ієрархічне кодування елементів рельєфу та подальші автоматичні розрахунки й картографування значень індексу ерозійної небезпеки за щільною мережею точок при цьому враховують просторову диференціацію водних потоків, протиерозійні рубежі й передбачають автоматичне створення та збереження у базі даних картограми ерозійної небезпеки та легенди до неї в вигляді MIF- та MID-файлів із спільною координатною прив'язкою. Недоліками способу є те, що він не враховує вплив ґрунтозахисних властивостей технологій вирощування окремих культурних рослин та сівозмін на ерозійну небезпеку і не дає змогу проводити ґрунтозахисну оптимізацію просторового розподілу сівозмін та агротехнічних протиерозійних заходів - в залежності від ступеня ризику ерозії на конкретних технологічних ділянках. Багаторічні дослідження дозволили нам встановити головну причину прискореної ерозії ґрунту обумовлену втратою протиерозійних властивостей природного ґрунтово-рослинного 1 UA 95650 U 5 10 15 20 25 покриву на ріллі [Куценко М.В. Геосистемні основи регулювання ерозійно-акумулятивних процесів: геоморфосистемний аспект [Текст]. - Харків: КП "Міська друкарня", 2012.-320 а]. Внаслідок цього відбувається порушення рівноваги між потужністю водних потоків і опором земної поверхні розмиву, яке супроводжується прискореною ерозією і втратою родючості ґрунту. Однаковий за товщиною змитого шару об'єм ерозії веде до різних втрат родючості на ґрунтах різної еродованості. Чим більше еродованість ґрунту тим меншими є такі втрати. Для незмитих та слабозмитих ґрунтів норми змиву є істотно меншими ніж для середньо- та сильнозмитих. З іншого боку, сільськогосподарські землі призначено для вирощування продукції, яка дає максимальний економічний прибуток, а не для охорони їх від ерозії, але сільськогосподарські культури характеризуються різними коефіцієнтами ерозійної небезпеки. Тому дуже важливо для захисту ґрунтів від ерозії оптимально використовувати протиерозійні властивості не тільки ґрунтозахисних, а всіх сівозмін. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу картографування ерозійної небезпеки та протиерозійного зонування земель шляхом врахування ґрунтозахисних властивостей сільськогосподарських культур в оцінці ерозійної небезпеки та протиерозійної типізації земель. Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі картографування ерозійної небезпеки та протиерозійного зонування земель, який включає польові дослідження, визначення за допомогою GPS координат вершин ерозійних рівчаків, ієрархічно впорядковане кодування елементів рельєфу, розрахунки й збереження у вигляді шару географічної інформації значень індексу ерозійної небезпеки для ріллі за відповідною шкалою згідно з винахідницьким задумом додатково враховують коефіцієнти ерозійної небезпеки сільськогосподарських культур, а індекс ерозійної небезпеки земель розраховують за формулою: Ie  30 v  K pK s FI 0,4 J0,3 , vp (1) де: Ie - індекс ерозійної небезпеки земель; v - середня швидкість водного потоку, м/с; v p - розмивна швидкість водного потоку для ріллі, м/с; K p - коефіцієнт ерозійної небезпеки сільськогосподарської культури (для чорного пару K p  1 ); 35 40 K s - коефіцієнт, що об'єднує ерозійні властивості земель певної ділянки; 2 F - площа водозбору, м , що замикається створом 10 м; I - інтенсивність зливи, м/с; J - ухил схилу, а протиерозійне зонування земель здійснюють шляхом креслення у MapІnfo картограми ерозійно-безпечних земель для запланованих сівозмін і вибору значень індексу ерозійної небезпеки за умовою: K K FI p s 45 50 0,4 0,3 J   1,0 , i (2) де i - номер сівозміни з коефіцієнтом ерозійної небезпеки K pi , при цьому легенду картограми представляють значеннями цих коефіцієнтів, а максимально допустиме значення коефіцієнта ерозійної небезпеки ґрунтозахисної сівозміни розраховують шляхом послідовних наближень за умовою (2), що дає можливість оптимально використовувати ґрунтозахисні властивості всіх сівозмін за їх просторового впорядкування. Спосіб реалізовано в наступній послідовності: 1. За допомогою приладу GPS визначають координати меж досліджуваної території. 2. У географічній інформаційній системі MapІnfo роблять географічну прив'язку електронної топографічної карти масштабу 1:10000, що охоплює досліджувану територію, до проекції Longitude / Latitude (WGS 84), що відповідає координатній прив'язці GPS для створення шарів інформації про рельєф та робочі ділянки, для яких проводиться оцінка ерозійної небезпеки. 2 UA 95650 U 5 10 15 20 25 30 35 3. Креслять лінії-стоку за допомогою команди Polyline від вододільної до базисної точки, з фіксацією точок їх перетинання з горизонталями. Сусідні ліній стоку вводять проти годинникової стрілки. Лінії стоку вводять в межах кожної суцільної ділянки водозбірного басейну до тих пір поки перепад висот між початковими точками сусідніх ліній стоку не перевищує перепад висот між сусідніми точками лінії стоку, або наступна ділянка, що підлягає діагностиці буде розташована в просторовому розриві з попередньою. В випадках, що суперечать цим вимогам до ТАВ-файлу вводять ознаку початку нової ділянки водозбірного басейну (у подальшому ділянки 1-го рангу). 4. Протиерозійні рубежі креслять в довільній послідовності також за допомогою команди Polyline. 4. Креслять робочі ділянки в довільній послідовності за допомогою команди Polygon. 5. Математичні розрахунки довжин, площ та ухилів неможливо здійснювати у проекції Longitude / Latitude (WGS 84), в якій координати точок представлено у градусах. Тому шари, що містять географічну інформацію про рельєф, робочі ділянки та можливі напрямки основного обробітку цих ділянок зберігають у вигляді файлів з розширеннями TAB, MIF та MID у проекції Universal Transverse Mercator (WGS 84) (для України - UTM Zone 36, Northern Hemisphere (WGS84)), в якій координати точок представлено у метрах. 6. Дані MIF- файлів, що містять інформацію про рельєф, зберігають у вигляді векторної структурної цифрової моделі рельєфу (ВСЦМР) - системи ТХТ-файлів, які містять структурно впорядковані координати точок ліній стоку та висоти рельєфу [UA № 79888. Спосіб картографування ерозійної небезпеки схилових земель]. 7. Після проходження потужної зливи визначають за допомогою плювіографу її інтенсивність, а за допомогою GPS - координати вершин ерозійних рівчаків, обумовлених цією зливою. 8. За допомогою ВСЦМР розраховують коефіцієнт K s для чорного пару K p  1 [UA №   70268. Спосіб визначення ерозійної небезпеки схилових земель]. 9. Визначають склад сівозмін досліджуваної території. 10. За довідковими даними розраховують значення коефіцієнта ерозійної небезпеки для кожної сільськогосподарської культури (табл. 1). 11. Розраховують середні значення коефіцієнта ерозійної небезпеки для кожної із запланованих сівозмін. 12. Здійснюють оцінку ерозійної небезпеки земель господарства за умов чорного пару та зберігають картограму й легенду такої оцінки у вигляді векторних шарів географічної інформації з розширеннями MIF і MID до бази даних. У файлі з розширенням MIF зберігають координати та коди кольорів, що відповідають шкалі й легенді оцінки ерозійної небезпеки земель (табл. 2) [UA № 70268. Спосіб визначення ерозійної небезпеки схилових земель], а у першому стовпчику файлу з розширенням MID значення індексу ерозійної небезпеки за умов чорного пару. Значення коефіцієнтів ерозійної небезпеки сільськогосподарських культур наведено у таблиці 1. 40 Таблиця 1 Культури Пар Озимі на зерно Озимі на зелений корм Горох Ячмінь Овес Соняшник Кукурудза на силос Кукурудза на зерно Буряк Ячмінь з підсівом багаторічних трав Багаторічні трави 1-го року Багаторічні трави 2-го та 3-го років Соя IV 1 0,4 0,4 1 0,7 0,7 1 1 1 1 0,7 1 0,01 1 3 V 1 0,25 0,2 0,25 0,25 0,25 0,95 0,95 0,95 0,95 0,25 0,9 0,01 0,9 VI 1 0,15 1 0,2 0,2 0,2 0,8 0,8 0,8 0,8 0,2 0,9 0,01 0,4 Місяці VII VIII 1 1 0,15 0,3 1 1 0,15 1 0,15 0,3 0,15 0,3 0,75 0,6 0,7 0,55 0,75 0,6 0,8 0,7 0,15 0,15 0,8 0,5 0,01 0,01 0,4 0,4 IX 1 0,8 1 1 1 1 0,6 1 0,6 0,8 0,1 0,2 0,01 1 X 1 0,4 1 1 1 1 1 1 1 1 0,1 0,1 0,01 1 В середньому 1,00 0,35 0,80 0,66 0,51 0,51 0,81 0,86 0,81 0,86 0,24 0,63 0,01 0,73 UA 95650 U Продовження таблиці 1 Культури IV V VI 1 0,4 0,2 1 0,95 0,8 Ярий ріпак Картопля Місяці VII VIII IX 0,2 0,25 1 0,8 0,7 0,8 X 1 1 В середньому 0,58 0,86 У таблиці 2 наведена шкала оцінки ерозійної небезпеки земель Таблиця 2 Інтервали Ie 0,0-0,5 0,5-1,0 1,0-1,5 1,5-2,0 >2,0 Оцінка ерозійної небезпеки Ерозійно-безпечні землі Умовно ерозійно-безпечні землі Допустимо ерозійно-небезпечні землі Ерозійно-небезпечні землі Надмірно ерозійно-небезпечні землі 5 10 15 20 25 13. У MapІnfo перетворюють ці файли у файли з розширеннями ТАВ за допомогою команди Import з меню Table. На Фіг. 1 зображено картограму оцінки ерозійної небезпеки земель, яка показує, що площа ерозійно-безпечних земель дослідної території (із значеннями індексу ерозійної небезпеки меншими за 1,0) за умов чорного пару складає 28 %. Ці площі не потребують протиерозійних заходів і тому у протиерозійному зонуванні їх називають ерозійнобезпечними землями. 14. Викликають файл з результатами оцінки ерозійної небезпеки за умов чорного пару до MapІnfo і роблять вибір точок мережі, що охоплюють ерозійно-безпечні землі для сівозміни із певним значенням коефіцієнту ерозійної небезпеки за умовою (2). 15. Такі вибірки роблять для кожної сівозміни й зберігають у базі даних у вигляді окремих шарів точок. 16. Якщо в господарстві є землі, ерозійна небезпека яких не компенсується сівозміною з найменшим коефіцієнтом ерозійної небезпеки, то. за допомогою умови (2), складають ґрунтозахисну сівозміну, що забезпечить значення коефіцієнта ерозійної небезпеки не більше максимально допустимого. 17. Креслять картограму протиерозійного зонування земель таким чином, щоб діаметри кульок, що позначають значення максимально допустимих коефіцієнтів ерозійної небезпеки сівозмін, були пропорційними цим значенням. На Фіг. 2 зображено картограму протиерозійного зонування земель для польової K p  0,64 ,     кормової K p  0,45 та ґрунтозахисної сівозмін. Максимально допустиме значення коефіцієнта   ерозійної небезпеки K p  0,24 для ґрунтозахисної сівозміни розраховано за умовою (2). У легенді картограми показують значення коефіцієнтів K p зазначених сівозмін. Кожна 30 протиерозійна зона з меншим значенням K p одночасно належить всім зонам з більшими значеннями цього коефіцієнта. Спосіб картографування ерозійної небезпеки та протиерозійної типізації земель можна широко використовувати для інформаційного забезпечення еколого-економічного впорядкування сівозмін з метою максимально можливого збереження родючості ґрунтів за рахунок оптимального використання ґрунтозахисних властивостей всіх сільськогосподарських культур. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Спосіб картографування ерозійної небезпеки та протиерозійного зонування земель, що включає польові спостереження за проявами ерозійних процесів з визначенням за допомогою GPS координат вершин ерозійних рівчаків, ієрархічно впорядковане кодування елементів рельєфу, розрахунки й збереження у вигляді шару географічної інформації значень індексу ерозійної небезпеки для ріллі за відповідною шкалою, який відрізняється тим, що додатково враховують 4 UA 95650 U коефіцієнти ерозійної небезпеки сільськогосподарських культур, а індекс ерозійної небезпеки земель розраховують за формулою: v Ie   KpK s FI 0,4 J0,3 , (1) vp 5 де: Ie - індекс ерозійної небезпеки земель; v - середня швидкість водного потоку, м/с; v p - розмивна швидкість водного потоку для ріллі, м/с; K p - коефіцієнт ерозійної небезпеки сільськогосподарської культури (для чорного пару K p  1 ); 10 15 K s - коефіцієнт, що об'єднує ерозійні властивості земель певної ділянки; 2 F - площа водозбору, м , що замикається створом 10 м; I - інтенсивність зливи, м/с; J - ухил схилу, а протиерозійне зонування земель здійснюють шляхом креслення у MapІnfo картограми ерозійно-безпечних земель для запланованих сівозмін і значень індексу ерозійної небезпеки за умовою: K K FI p s 0,4 0,3 J   1,0 , (2) i де i - номер сівозміни з коефіцієнтом ерозійної небезпеки K pi , при цьому легенду картограми 20 представляють значеннями цих коефіцієнтів, а максимально допустиме значення коефіцієнта ерозійної небезпеки ґрунтозахисної сівозміни та її склад розраховують шляхом послідовних наближень за умовою (2), що дає можливість оптимально використовувати ґрунтозахисні властивості всіх сівозмін за їх просторового впорядкування. 5 UA 95650 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6