A determination of area of potential erosion by geographic information systems

Abstract

Accelerated water erosion is the major problem of agricultural soils all over the world and also in the Slovak Republic. Accelerated erosion occurs in 55 % of agricultural land. It belongs to physical degradation of fertile land, and the whole process is irreversible. Therefore, it is very important to localize the presence of accelerated erosion and apply the basic principles of soil erosion control. Geographic information systems (GIS) are an effective tool for various environmental analyses, so it can also be succesfully used for determination of potential erosion intensity. The aim of this work was to create a map of domain areas that describes potential water erosion. As an area of interest the cadastral territory of Topolcianky in the Slovak Republic was selected. For this purpose the GIS software Arcview from ESRI was used. Water erosion process was modelled by universal soil loss equation (USLE) which computes an average annual soil loss. The limit values of acceptable intensity of soil loss are defined in the Collection of Laws of the Slovak Republic (Act No 220/2004 Coll). The final result of this work is a map that divides the domain area according to potential annual soil loss into several categories. In this case the domain area was divided into four categories. The first category, named slightly threatened soil, had 620,05 ha of agricultural land (77,48 per cent of the total agricultural land of domain area). The second category, called averagely threatened soil, had 106,56 (13,32 per cent of the total agricultural land). The third category (intensively threatened soil) had 70,91 ha (8,86 per cent of the total agricultural land) and finally the fourth category (very intensively threatened soil) had 2,74 ha (0,34 per cent of the total agricultural land).

Potencialios erozijos teritorijų nustatymas geografinėmis informacinėmis sistemomis

Santrauka. Sparti vandens sukeliama erozija yra pagrindinė žemės ūkio problema visame pasaulyje, kartu ir Slovakijos Respublikoje. Sparti erozija vyksta 55 % žemės ūkio naudmenų. Tai lemia derlingų žemių fizinė degradacija, ir šis procesas yra negrįžtamas. Todėl yra labai svarbu nustatyti vietas, kuriose vyksta sparti erozija, ir taikyti erozijos kontrolės principus. Geografinės informacinės sistemos (GIS) yra efektyvi priemonė įvairioms aplinkosauginėms analizėms atlikti, ir jos gali būti sėkmingai pritaikytos ir galimos erozijos intensyvumui nustatyti. Šio darbo tikslas buvo sukurti žemėlapį, kuriame būtų nurodytos potencialios vandens sukeliamos erozijos sritys. Tyrimui parinkta kadastrinė Topolciankų teritorija Slovakijos Respublikoje. Šiam tikslui buvo naudota ESRI firmos GIS programinė įranga Arcview. Vandens sukeltos erozijos procesas buvo modeliuotas taikant bendrąją dirvožemio praradimo formulę (Universal soil loss equation, USLE), kuria apskaičiuojamas vidutinis kasmetinis dirvožemio praradimas. Ribinė priimtina dirvožemio praradimo intensyvumo vertė yra apibrėžta Slovakijos Respublikos įstatymų. Baigiamasis šio darbo rezultatas yra žemėlapis, kuris dalija teritoriją pagal potencialų kasmetinį dirvožemio praradimą į kelias kategorijas. Šiuo atveju teritorija buvo padalyta į keturias kategorijas. Pirmajai kategorijai, pavadintai mažai grėsminga, buvo priskirta 620,04 ha žemės ūkio naudmenų (77,48 % visų nagrinėjamos teritorijos žemės ūkio naudmenų). Antrajai kategorijai, pavadintai vidutiniškai grėsminga, buvo priskirta 106,56 ha (13,32 % visų žemės ūkio naudmenų). Trečiajai kategorijai (grėsminga) buvo priskirta 70,91 ha (8,86 % visų žemės ūkio naudmenų). Ketvirtajai kategorijai (labai grėsminga) buvo priskirta 2,74 ha (0,34 % visų žemės ūkio naudmenų).

Reikšminiai žodžiai: dirvožemio erozija, bendroji dirvožemio praradimo formulė, geografinės informacinės sistemos, skaitmeninis vietovės modelis.

Определение областей потенциальной эрозии почвы с помощью географических информационных систем

Резюме. Интенсивная эрозия почвы в результате вымывания водой является одной из основных проблем сельского хозяйства в мире, а также в Словацкой Республике. Интенсивной эрозии в республике подвергается 55 % сельскохозяйственных угодий. Происходит физическая деградация плодородных земель, причем процесс этот необратим. Поэтому важно установить место интенсивной эрозии и применить основные принципы контроля за эрозией почв. Географические информационные системы (ГИС) являются эффективным средством для проведения различных природоохранных анализов, в том числе и для определения интенсивности возможной эрозии почв. Целью настоящей работы было создать карту, на которой были бы указаны области потенциальной эрозии, вызываемой водой. Для исследований была выбрана кадастровая территория Топольсянки в Словацкой Республике. Использовалось программное устройство Arcview фирмы ESRI. Процесс эрозии, вызываемый водой, моделировался с применением общей формулы потерь почв (USLE), благодаря которой подсчитывалось среднее количество ежегодно утрачиваемых почв. Приемлемое предельное значение интенсивности потерь почв установлено законом Словацкой Республики (Act No 220/2004 Coll.). В результате выполненной работы была создана карта, на которой территория в зависимости от ежегодно потенциально теряемых почв была разделена на четыре категории. К первой категории, так называемой слабой опасности, отнесено 620,04 га сельскохозяйственных почв (77,48 % всех сельскохозяйственных почв на исследуемой территории). Ко второй категории (средней опасности) отнесено 106,56 га (13,32 % всех сельскохозяйственных почв). К третьей категории (интенсивной опасности) отнесено 70,91 га (8,86 % всех сельскохозяйственных почв). К четвертой категории (особенно интенсивной опасности) отнесено 2,74 га (0,34 % всех сельскохозяйственных почв).

Ключевые слова: эрозия почвы, общая формула потери почвы, географические информационные системы, числовая модель местности.

First Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : soil erosion, universal soil loss equation, geographic information systems, digital model of terrain