SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UIVERZITA V NITRE FAKULTA ZÁHRADNÍCTVA A KRAJINNÉHO INŽINIERSTVA 1128054

CHARAKTERISTIKY POVRCHOVÉHO ODTOKU A ICH APLIKÁCIA DO PROSTREDIA GIS

2011 Alexandra Jakubisová SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA V NITRE NÁZOV FAKULTY

CHARAKTERISTIKY POVRCHOVÉHO ODTOKU A ICH APLIKÁCIA DO PROSTREDIA GIS

Bakalárska práca

Študijný program: Krajinné inžinierstvo

Študijný odbor: 4127700 Krajinárstvo

Katedra krajinného plánovania a pozemkových Školiace pracovisko: úprav

Školiteľ: Ing. Karol Šinka, PhD.

Nitra 2011 Alexandra Jakubisová

Čestné vyhlásenie

Podpísaná Alexandra Jakubisová vyhlasujem, že som záverečnú prácu na tému ,,Charakteristiky povrchového odtoku a ich aplikácia do prostredia GIS“ vypracovala samostatne s použitím uvedenej literatúry. Som si vedomá zákonných dôsledkov v prípade, ak uvedené nie sú pravdivé.

V Nitre 20. mája 2011

Alexandra Jakubisová

Poďakovanie

Touto cestou vyslovujem poďakovanie pánovi Ing. K. Šinkovi za pomoc, odborné vedenie, cenné rady, pripomienky pri vypracovaní mojej bakalárskej práce a trpezlivosť ktorú pri mne mal. Ďalej by som chcela poďakovať svojmu manželovi a rodičom ktorý pri mne stáli a trpeli moje občasné nálady a nakoniec celej svojej rodine za to že ma v štúdiu podporovala.

Abstrakt V predloženej bakalárskej práci sa zaoberám problematikou charakteristiky povrchového odtoku v katastri (okres ) v prostredí geografických informačných systémov (GIS). Prvá časť bakalárskej práce je zameraná na základné pojmy ohľadom manažmentu pôdy a vody v krajine, hydraulických charakteristík povrchového odtoku a legislatívnej ochrany . V metodickej časti sú bližšie popísané vzťahy na výpočet rýchlostí povrchového odtoku a jeho aplikácia do geografických informačných systémov (GIS), t. j. hydrologické analýzy, spracovanie a vyhodnotenie výsledkov. Nakoniec uvádzame prílohy vo forme máp a foto dokumentácie zo zadaného územia za účelom bližšieho objasnenia riešenej problematiky. Vyhľadávané slová: pôda, charakteristiky pôdy, zloženie pôdy, hydraulika, povrchový odtok, podpovrchový odtok, erózia, voda, infiltrácia, vsakovacia schopnosť

Abstrakt The present thesis deals with problems of characteristics of overland flow in the kadastral land of Nitra Rudno (Prievidza district) in an geographical information systems (GIS). The first part of the thesis is focused on basic concepts of light and soil water management in the country, the hydraulic characteristics of overland flow and legislative protection. In the methodological part are detailed relations to calculate the overland flow velocity its aplication to geographical information systems (GIS), hydrologic analysis, processing and evaluation of results. In conclusion, the attachments in the form of maps and photo documentation of the specified territory in order to further clarification of the field. Search keywords: land, soil characteristics, soil composition, hydraulics, surface runoff, subsurface runoff, erosion, infiltration, absorption capacity

Obsah

Obsah ...... 5 Úvod ...... 7 1 Prehľad o súčasnom stave riešenej problematiky...... 8 1.1 Pôda ...... 8 1.1.1 Zloženie pôdy...... 9 1.1.2 Funkcie pôdy...... 10 1.1.3 Degradácia pôdy ...... 12 1.1.4 Erózia ...... 14 1.1.5 Vlastnosti pôdy ...... 15 1.1.6 Fyzikálne vlastnosti pôdy ...... 15 1.1.7 Chemické vlastnosti pôdy...... 18 1.2 Voda v krajine ...... 18 1.2.1 Vlastnosti vody ...... 19 1.2.2 Infiltrácia...... 20 1.2.3 Vsakovacia schopnosť pôdy ...... 20 1.2.4 Odtok zrážkovej vody...... 21 1.2.5 Povrchový odtok ...... 22 1.2.6 Charakteristika povrchového odtoku ...... 23 1.2.7 Výpočet charakteristík povrchového odtoku ...... 25 1.2.8 Určovanie objemového odtokového súčiniteľa ...... 27 1.2.9 Určovanie charakteristík navrhovaného dažďa pre potreby protieróznej ochrany pôdy...... 28 1.2.10 Kritické hodnoty hydraulických charakteristík povrchového odtoku zrážkovej vody po pôde (riešiteľ prof. Ing. Anton Klopček DrSc.)...... 31 2 Cieľ práce...... 35 3 Metodika práce...... 36 3.1 Charakteristika územia ...... 36 3.1.1 História a súčastnosť...... 36 3.1.2 Geologické pomery...... 37 3.1.3 Pedologické pomery...... 37 3.1.4 Hydrologické pomery ...... 40 3.1.5 Rastlinstvo...... 41

3.1.6 Živočíšstvo...... 42 3.1.7 Lesné typy...... 42 4 Výsledky...... 45 4.1 Charakteristika návrhového dažďa...... 45 Záver ...... 48 Zoznam použitej literatúry ...... 49 Prílohy...... 51

Úvod

Voda a pôda je neodmysliteľnou súčasťou nášho života. Túto skutočnosť si takmer vôbec nikto neuvedomuje. Je to základné prostredie, v ktorom sa začal vyvíjať život na našej na našej planéte pred mnohými miliónmi rokov. Mimoriadny význam vody pre celý život na Zemi zrejme človeka prinútil sledovať hydrologické procesy. Aj na Slovensku sa doposiaľ obdivuje s akou presnosťou a spoľahlivosťou už v 18 storočí vedeli odborníci vyhodnotiť povrchový odtok vody. Došlo k prehlbovaniu a rozširovaniu poznatkov o povrchovom odtoku, najmä v závislosti od intenzity ľudskej aktivity človeka na dané územie. Vplyv ľudských zásahov do krajiny na ich hydrologický režim je diskutovaný a skúmaní už po mnoho desaťročí. Táto téma sa periodicky stáva aktuálna po výskytu extrémnych hydrologických javov, ktoré majú za následok závažné škody. Jedným z typických zásahov človeka do krajiny je odvodňovanie poľnohospodárskych pozemkov za účelom urýchleného odvodnenia prebytočnej vody z pôdy a z povrchu pôdy. Mapovanie pôvodného rizika je súčasťou manažmentu povodňových rizík a jedným z prvkov protipovodňovej ochrany. Smernica 2007/60/ES definuje princípy tvorby povodňových máp a určuje aby členské štáty Európskej Únie (EÚ) zabezpečili tvorbu máp povodňového ohrozenia a máp povodňového rizika do r. 2013. Na tvorbu máp sa využívajú geografické informačné systémy (GIS) a programové aplikácie využívajúce hydrologické modelovanie. Na prípravu máp sú potrebné kvalitné podkladové údaje, akými sú výškopis a z neho vytvorený digitálny model reliéfu, mapa využitia krajiny a mnoho ďalších. Dôležitou súčasťou tvorby povodňových máp je ich kartografická vizualizácia v analógovej a digitálnej forme. V rámci tvorby týchto máp, pri ktorých by sa využívali kvalitné vstupné podklady sa v SR venuje malá pozornosť. Mapy vytvorené pomocou GIS je možné publikovať v prostredí internetu prostredníctvom webových služieb. Tieto služby umožňujú zdieľanie priestorových dát v rastrovej alebo vektorovej forme.

7

1 Prehľad o súčasnom stave riešenej problematiky

1.1 Pôda

Pôda je najvzácnejšie bohatstvo ľudstva. Je to limitovaný a ľahko zničiteľný prírodný zdroj, ktorý by mal byť chránený proti poškodeniu poľnohospodárskou činnosťou, eróziou, znečistením a degradáciou. Pôda vzniká pôdotvornými procesmi z pôdotvornej horniny. Vývoj pôdy sa deje vždy súčasne a javí sa nám to ako dynamický pôdotvorný proces. Charakteristickým dôsledkom je pôdny profil so zákonitým usporiadaním svojich horizontov v oblasti každého pôdotvorného procesu. (HRUŠKA, SKLÁDAL, 1977) Pojem pôda si inak chápu laici a odborníci. Dôvodom je záujem o pôdu od dávnych vekov ako je ľudstvo samo (HRAŠKO, BEDRNA, 1988). Jednou z prvých statických definícií je Ramannova definícia: ,, Pôda je povrchová zvetrávajúca vrstva pevnej zemskej kôry, ktorá sa skladá z rozdrobených, chemicky pozmenených hornín a zo zvyškov rastlín i zvierat žijúcich na pôde a v pôde. ´´ Statické definície nepozerajú na vývoj pôdy a jej vzťah k prostrediu (BEDRNA,HRAŠKO, SOTÁKOVÁ, 1968). Podľa dynamického smeru pozeranie na pôdu predstavuje pôda prírodný útvar, ktorý sa stále mení a vyvíja. Najstručnejšiu definíciu predložil Stebutt: ,, Pôda je funkciou geologického substrátu a vonkajších energií.“( BEDRNA, HRAŠKO, SOTÁKOVÁ, 1968). Dnešné názory na pôdu sa začali rozvíjať približne pred 100 rokmi. Ruský geológ V. V. Dukačajev, ktorý je zakladateľom genetického pôdoznalectva, navrhol pokladať pod pojmom pôda: ,, Povrchové vrstvy akýchkoľvek hornín, ktoré sú premenené súčasným pôsobením vody, vzduchu a rozličných organizmov.“ Pôda je časť zemskej kôry, ktorá vzniká za styku a za vzájomného pôsobenia biosféry, atmosféry a hydrosféry v podmienkach určitého reliéfu. Skladá sa z neživej zložky, ktoré sú častice ílu, hliny, piesku, kamienky, pôdna vlhkosť, vzduch, odumreté časti rastlín a živočíchov, živou zložkou sú korene rastlín, mikroorganizmov (http://sk.wikipedias.org/wiki/Pôda).

8

1.1.1 Zloženie pôdy Pôda sa skladá z týchto pôdnych zložiek: 1. Neživá zložka a) anorganická - pevná ( úlomky nerastov a hornín) - základná časť väčšiny pôdy má minerálny základ. Vzniká rozpadom a zvetrávaním rôznych hornín a minerálov. Nachádzajú sa v nej hlavne: kremeň, kysličníky železa, alumínia, kysličníka uhličitého, sadry a iných. Čiastky v pôde sú rozličnej veľkosti.Sú čiastočky , ktoré vidieť voľným okom alebo drobnohľadom pri zväčšení tisíc aj viacej ráz, ale konečné sú čiastočky, ktoré nevidno ani drobnohľadom. (http://www.mineraly.sk/files/lol/401-500/499_pody_sr_1.htm) - kvapalná (pôdna vlaha) - každá pôda obsahuje väčšie alebo menšie množstvo vlahy, uchováva sa v pôdnych póroch. Voda sa dostáva do pôdy dažďami, snehom, ľadovcom, rosou, závlahami a z hlbokých vrstiev zeme (vzlínaním). Voda v pôde nikdy neostáva čistá. Rozpúšťajú sa v nej rôzne horniny i pôdny vzduch a s rôznymi mikroorganizmami ju nazývame pôdnym roztokom. - plynná (pôdny vzduch) - vzduch sa nachádza v pôdnych póroch, čím viac vzduchu, tým menej vody. Tento vzduch sa veľmi líši od atmosferického, je veľmi bohatý na kysličník uhličitý. V pôde sa vytvára pri rozklade organických zvyškov, pri dýchaní mikroorganizmami, živočíchov a koreňmi rastlín. (http://www.mineraly.sk/files/lol/401- 500/499_pody_sr_1.htm) b) organická - humus (zvyšky odumretých tiel rastlín a živočíchov) - vznik pôd na Zemi sa začal vtedy, keď sa na nej zjavili živé organizmy vďaka ktorým sa tvorí humus. Humus vplýva na všetky vlastnosti pôdy. V rôznych pôdach je rozličné množstvo humusu. Humus vzniká zo zvyškov rastlín, živočíchov a mikroorganizmov po ich dokonalom rozklade, niekedy aj po novom zlúčení jednotlivých čiastok, ktoré vznikli pri rozklade rastlinných a živočíšnych organizmov. Čiastky humusu sa vytvárajú i z rozličných výlučkov živočíchov, rastlín a mikroorganizmov v procese ich životnej činnosti. (http://www.mineraly.sk/files/lol/401-500/499_pody_sr_1.htm)

9

2. Živá zložka pôdy - pôdny edafón (fytoedafón a zooedafón) - pôdne organizmy a korene rastlín - pôda je veľmi husto obsadená mikroorganizmami. V jednom grame pôdy ich napočítame desiatky miliónov. Mnoho mikroorganizmov sa nachádza pri korienkoch rastlín kde sa živia odumierajúcimi koreňmi a koreňovými výlučkami. (http://www.mineraly.sk/files/lol/401-500/499_pody_sr_1.htm)

1.1.2 Funkcie pôdy Pôda ako zložka životného prostredia plní mnohé funkcie. Umožňuje produkovať potraviny a suroviny, recykluje odpady, tvorí poľnohospodársku krajinu, udržiava diverzitu rastlinných a živočíšnych druhov a primárne formuje kvalitu životného prostredia. BEDRNA (2002) vyjadruje kvalitu pôdy ako schopnosť pôdy zabezpečiť všetky funkcie pri jej konkrétnom spôsobe využitia. Celkovo je funkciou pôdy jej schopnosť zabezpečiť niektoré ekologické, enviromentálne a socioekonomické javy a činnosti v prírode. (VILČEK, 2005) Odporúčanie rady Európy R (92) 8 o ochrane pôdy (1992) upozorňuje na nasledovné hlavné funkcie pôdy: - produkcia biomasy ako základná podmienka života človeka a iných organizmov na Zemi - filtrácia, neutralizácia a premena látok v prírode ako súčasť funkčných a regulačných mechanizmov prírody - udržiavanie ekologického a genetického potenciálu živých organizmov prírode - priestorová základňa pre ekonomické aktivity človeka a sociálne istoty obyvateľstva - zásoba a zdroj surovín - kultúrne dedičstvo štátov a Zeme vrátane ukrytých paleontologických a archeologických artefaktov (VILČEK, 2005)

10

Funkcie, ktoré majú vzťah k aktivitám človeka: a) priestorová základňa pre technické, priemyselné a socio-ekologické štruktúry a ich rozvoj b) zdroj geogénnej energie, vody a prírodných surovín c) kultúrne dedičstvo, tvorba krajiny a priestorov s paleontologickými a archeologickými artefaktami, s veľkým významom pre pochopenie našej histórie a histórie našej planéty. (JURÁNI, 1998)

Funkcie pôdy môžeme deliť na produkčné a mimoprodukčné, ekologické a socioekologické, nazývané enviromentálne. Do mimoprodukčných funkcií pôdy môžme zaradiť: - filtračnú funkciu - definovaná ako schopnosť zadržať rôzne látky, väčšinou cudzorodé a zabrániť im dosiahnutie a kontaminovanie podzemných a povrchových pôd alebo vstupov do potravového reťazca. (JURÁNI, 1998) Je to schopnosť pôd zadržať (imobilizovať) látky v pôdnom profile. Konkrétne sa imobilizácia týka živín, anorganických a organických polutantov. (BARACKOVÁ a kol., 2010) - pufračnú funkciu - transformačnú funkciu - akumulačnú funkciu - transportnú funkciu - opak filtračnej funkcie. Charakterizuje schopnosť pohybu látok v pôdnom prostredí, pričom veľkosť i smer transportu látok prostredníctvom pôdnej vody je modifikovaný stavbou pôdneho profilu. Transportným médiom v pôde je totiž v prevažnej miere pôdna voda, v minimálnom rozsahu pôdneho vzduchu. Obe transportné média využívajú ako cesty na transport pórovitý systém pôd. Vyjadrenie transportu látok považujeme ten podiel živín, organických a anoganických polutantov, ktorý sa nezachytí v pôdnom profile a prenikne z pôdy do podložia, resp. sa odplaví po povrchu pôdy. (BARACKOVÁ a kol., 2010) - asanačnú funkciu - pôdu ako biologický habitat a génovú rezervu

11

- pôdu ako zdroj energie a surovín Všetky tieto pôdne funkcie ovplyvňujú dôležité cykly v pôde- cyklus živín, regulácia, akumulácia a retenciu vody, prúdenie vody a transport solí v pôde, ako aj chovanie sa toxických látok v pôde. (BARACKOVÁ a kol., 2010) Pôdne parametre vyjadrujú stav vlastnosti pôdneho charakteru, ktoré odrážajú najmä produkčnú, filtračnú a iné funkcie pôdy. V tomto zmysle sa ako najdôležitejšie javia: - stavba pôdneho profilu, pôdny typ - pôdny druh - hĺbka pôdy - skeletovitosť - obsah a kvalita humusových látok - prístupná zásoba živín - pôdna reakcia - obsah cudzorodých látok v pôde - pôdny edafón (www.uniag.sk/SKOLA/wwwzahr/tvorba/poda.doc)

1.1.3 Degradácia pôdy

Degradácia je významným opakom atribútov ,,kvalita pôdy“ alebo ,,zdravie pôdy“. S definíciou degradácie pôdy sú však rovnaké problémy ako s definíciou atribútov. Zjednodušene však možno povedať, že všetko čo znižuje kvalitu pôdu, je degradáciou. Z definície kvality pôdy vyplýva, že ak pôda nelpní niektorú za základných funkcií, došlo k jej degradácii. Tak ako pôdy nie sú len kvalitné alebo nekvalitné, tiež degradácia pôdy dosahuje rôzneho stupňa: sú pôdy silno degradované aj málo degradované. Degradácia pôdy je aktuálna tak v krajinách s intenzívnym poľnohospodárstvom, kde dochádza k vysokej záťaži prostredia živinami a inými znečisťujúcimi látkami, ako aj v rozvojových krajinách, kde nedostatok kapitálu sa premieta do drancovania pôdy. (www.uniag.sk/SKOLA/wwwzahr/tvorba/poda.doc)

12

Antropogénnymi zásahmi možno dosiahnuť výrazné zmeny pôdnych vlastností. Prirodzená úrodnosť pôdy môže byť tak znižovaná degradačnými procesmi (napr. erózia, strata organickej hmoty), ako aj zvyšovaná pravidelným prísunom organickej hmoty, používaním ochranného obrábania pôdy, osevným postupom, pestovaním ďatelinovín a pod. (www.uniag.sk/SKOLA/wwwzahr/tvorba/poda.doc) Mechanizmy degradácie pôd sa delia na: - prirodzené mechanizmy, súvisiace s pôdotvornými procesmi a s vplyvom najrôznejších faktorov prostredia na pôdy a ich vývoj - mechanizmy späté s činnosťou človeka Zatiaľ čo prirodzené mechanizmy degradácie pôd môže človek väčšinou ovplyvniť len málo alebo vôbec, človekom vyvolané mechanizmy degradácie pôd sú v rukách človeka – môže ich potlačiť alebo naopak zosilniť. VÁRALLYAY (1994) rozlišuje 8 typov degradácie pôdy: 1. erózia pôdy (vodná, veterná) 2. acidifikácia pôdy 3. salinizácia a alkalizácia pôdy 4. degradácia fyzikálnych vlastností pôdy (poškodenie štrukrúry, zhutňovanie) 5. extrémny vodný režim (zamokrovanie, zaplavovanie,sucho) 6. biologická degradácia (zníženie obsahu a kvality organickej hmoty, poškodenie populácií pôdnych organizmov) 7. nežiaduce zmeny obsahu živín v pôde (vyplavovanie, biologická a abiotická imobilizácia) 8. zníženie pufrovacej schopnosti (poškodenie sorpčného komplexu) a znečistenie pôdy polutantmi Podľa BIELIKA (1996, cit. ANTAL, 2005) existuje sedem hlavných spôsobov degradácie pôdy: 1. vodná erózia pôdy 2. veterná erózia pôdy 3. zamokrenie a zasolenie pôdy 4. chemická degradácia pôdy 5. fyzikálna degradácia pôdy 6. biologická degradácia pôdy 7. drancovanie pôdy

13

Chemickú degradáciu spôsobuje acidifikácia, znižovanie množstva a kvality humusu v pôde, znižovanie obsahu živín v pôde a pôdnom roztoku, a kontaminácia pôd. Biologickú degradáciu spôsobuje deficit organických a minerálnych hnojív, nesprávne striedanie plodín, zlé spracovanie pôdy, to všetko zhoršuje biologický život v pôde aj s eróziou, zhutňovaním, acidifikáciou. Je významným parametrom hodnotenia produkčných a ekologických funkcií pôdy.

1.1.4 Erózia Slovo erózia pochádza zo slova erodere čo znamená rozhlodávať. V geologickom zmysle slova znamená činnosť vody, vetra a ľadu, ktoré spočíva v rozrušovaní a odnosu pôdnej hmoty zemského povrchu, v jej premiestňovaní do iných polôh, kde sa ukladajú vo forme nánosu. Proces erózie pôdy v súčasnosti predstavuje a v budúcnosti budú predstavovať pri predpokladanej klíme jeden z najrozšírenejších procesov degradácie pôdy na území Slovenska, už teraz je postihnutých 46 % poľnohospodárskej pôdy. Štúdiom erózie sa zaoberalo aj zaoberá mnoho vedcov, ktorí vytvorili rôzne definície erózneho procesu. Niektoré z nich sú v nasledujúcich odsekoch. ZACHAR (1970) pod eróziou pôdy rozumie mechanické rozrušovanie pôdy pohybujúcou sa vodou, vetrom, ale aj inými deštrukčnými činiteľmi. Pri tomto rozrušovaní dochádza pravidelné k odnosu, doprave uvoľnených častíc pôdy a k ich usadzovaniu. Podľa KINNELLA (2005) je erózia proces, ktorý zahŕňa rozpájanie pôdneho materiálu na povrchu pôdnej matrice a následný transport oddeleného pôdneho materiálu z miesta kde došlo k procesu rozpojenia. Ak by nenastal proces rozpájania pôdnych častíc nikdy nenastane ani erózia pôdy. (http://www.cbks.cz/SbornikPolana07/pdf/Antal_Surda.pdf) Erózia je proces odstraňovania najvrchnejších vrstiev pôdy pôsobením vyznačujúcich sa kinetickou energiou, ktorými sú najmä dážď, prúdiaca voda a vietor, pričom najvýznamnejšia je skupina vodnej erózie. Pri tomto procese dochádza k uvoľňovaniu pôdnych častíc a potom k ich transportu a usadzovaniu. (FULAJTÁR, JANSKÝ, 2001)

14

Hlavné zložky erózneho procesu: 1. Rozrušovanie povrchu pôdy – oddeľovanie pôdnych častíc z pôdnej masy, vyjadruje sa v jednotkách hmotnosti na jednotku plochy alebo dĺžky. 2. Pohyb uvoľnených pôdnych častíc v smere sklonu svahu – transport sedimentov. 3. Usadzovanie, vyjadrené v jednotkách hmotnosti na jednotku plochy, predstavuje proces akumulácie sedimentov na povrchu pôdy alebo vo vodnom prostredí. Eróziu tiež poznáme: - prirodzenú (normálnu) – prebieha za neporušených prírodných podmienok, celkom pozvoľna, z hľadiska ľudskej generácie takmer nepozorovateľne a často i celkom neškodne. Preto sa označuje ako normálna, lebo k eróznemu odnosu vo väčších rozmeroch nedochádza. - zrýchlenú - prebieha v krajinách v ktorých je prirodzený priebeh eróznych pochodov narušený a mnohonásobne zrýchlený. Splavuje sa značné až katastrofálne množstvo vrchnej, humusovej obohacovanej pôdnej vrstvy, obnažujú sa spodnejšie vrstvy, čo rapídne zhoršuje pôdnu úrodnosť a znehodnocuje pôdu pre poľnohospodársku, lesnú ťažbu a iné. Takto prebiehajúca erózia môže viesť až k úplnej devastácii pôdy.

1.1.5 Vlastnosti pôdy V prírode pôdy predstavuje hlavnú súčasť prostredia pre mnohé organizmy, najmä však pre vyššie rastliny, ktorým poskytuje potrebné živiny a priestor. Jednotlivé pôdy však majú rôzne fyzikálne, chemické, fyzikálno-chemické a biologické vlastnosti. (http://www.fpv.umb.sk/~vzdchem/KEGA/TUR/PODA/Poda04.htm)

1.1.6 Fyzikálne vlastnosti pôdy Môžeme ich ohodnotiť vizuálne, ale aj hmatom a určiť pomocou škálou stupníc. Určuje tvar veľkosť, silu ako aj intenzitu. Fyzikálne vlastnosti sú závislé od samotnej prírody, množstva komponentov a ich prepojenia. Majú podstatný vplyv aj na hĺbku pôdy kde sa nachádza koreňový systém rastlín, je dôležitý pre zastúpenie vody a vzduchu a to na fyzickú stavbu pôdnych horizontov. (HRONEC a kol., 2005) Na základe rozsiahleho výskumu a získania poznatkov sa ukázala potreba rozčleniť fyzikálne vlastnosti podľa vzťahu k pôde a funkčnosti na dve skupiny:

15

1. Základné (prvotné) vlastnosti pôdy – Sú úzko spojené s priestorovým usporiadaním pôdnej hmoty a jej kvalitatívnymi vlastnosťami. Patria sem: - merná hmotnosť - objemová hmotnosť - štruktúra - pórovitosť - farba pôdy 2. Funkčné ( druhotné) vlastnosti pôdy - Sú závislé od základných a sú výsledkom funkcie pôdy, ako prostredia obývaného rastlinami a živočíchmi. Z hľadiska funkcie pôdy je charakteristický jej vzťah k vzduchu, teplu, vode a fyzikálno- mechanickým vlastnostiam. Zaraďujeme k nim: - vzdušný režim - tepelný režim - vodný režim - súdržnosť - lepivosť - konzistencia - vláčnosť

Štruktúra pôdy Je to daná schopnosť pôdy vytvárať agregáty zhlukovaním zŕn rôzneho priemeru alebo rozpadom veľkých zhlukov na menšie. Primárne častice pôdy, ktoré sú objektom skúmania v rámci zrnitosti pôd, sa v prevažnej miere vyskytujú ojedinelé, ale vytvárajú zhluky rôzneho tvaru a veľkosti, vytvárajú tzv. pôdnu štruktúru. Pomocou štruktúry môžeme dosiahnuť optimálny fyzikálny stav. Pri formovaní pôdnej štruktúry môžeme definovať dva procesy, prvý je rozdelenie pôdy na zhluky a druhým je spevňovanie týchto agregátov tmeliacimi látkami ako je humus. Vznik a vytváranie pôdnej štruktúry je prirodzeným javom. Rozhodujúcimi faktormi v tomto smere sú hlavne: -obsah a aktivita organickej hmoty v pôde -obsah a aktivita pôdnych koloidov -druh výmenných katiónov v koloidnom systéme Z hľadiska vytvárania rozdielnej pôdnej štruktúry sa rozlišujú na dve základné procesy:

16

- drobenie pôdy na rôzne agregáty ( zhluky) prostredníctvom vysušovania, čí mrazu, koreňovým systémom rastlín, živočíchmi, strojmi a náradím - vytváraním agregátov tmeliacimi látkami z elementárnych častíc pôdy Prírodné faktory pri vytváraní pôdnej štruktúry sa uplatňujú predovšetkým v pôdotvorných procesoch pri vzniku pôdnych typov, ktoré sa vyznačujú prirodzenou štruktúrnosťou. (BEDRNA, 2005)

Zrnitosti a skeletovitosť pôdy Zrnitostné zloženie pôdy charakterizujeme ako zastúpenie jednotlivých frakcií (piesku, prachu, ílu) v pôdnej vzorke, vyjadrené v hmotnostných percentách. Triedenie podľa zrnitosti patrí medzi najstaršie klasifikačné systémy. Je založené na stanovení podielu frakcií a posúdení množstva elementárnych častíc. Základné delenie pôdnych elementov podľa veľkosti povrchovej plochy a jej účinnosti: 1. hrubodisperzné častice- väčšie ako 0,2 mm, patria sem kamene, štrk, hrubý piesok. 2. Jemnodisperzné častice- 0,2 až 0,002 mm, patrí sem jemný piesok, prach a veľmi jemný prach. 3. Koloidnodisperzné častice- 2 až 0,001μm, zastúpené ílovými minerálmi, kooidným humusom, koloidnou kyselinou kremičitou. 4. Molekulárnodisperzné častice- menšie než 1 nm, patria sem molekuly a ióny solí, kyselín a zásad nachádzajúcich sa v pôdnom roztoku. Rozlišujeme predovšetkým dve základné zrnitostné frakcie. Pôdne častice väčšie ako 2 mm nazývané skeletom. Zemina zbavená skeletu sa nazýva jemnozemou. Toto delenie bolo zvolené preto, že je hornou hranicou kapilárneho pohybu vody- inými slovami, ak by pevná fáza pôdy pozostávala len zo zŕn priemeru 2 mm alebo väčšieho, nevznikal by v takom pórovitom prostredí kapilárny pohyb vody a pôda by nemala vlastnosť zadržiavať vodu. Význam zrnitostného zloženia Zrnitostné zloženie ovplyvňuje mnohé fyzikálno-chemické vlastnosti, ako aj pôdotvorný proces. Od zrnitosti závisí pórovitosť, vodná kapacita, priepustnosť pôdy pre vodu a vzduch. Ďalej ovplyvňuje mechanické vlastnosti pôdy, stabilitu štruktúry pôdy, odolnosť voči kompakcii, ako aj eluviáciu a iluviáciu pôdnych zložiek.

17

1.1.7 Chemické vlastnosti pôdy Chemické vlastnosti pôdy možno posudzovať prostredníctvom charakteru pomerne zložitých reakcií, ktoré neustále prebiehajú medzi jednotlivými fázami, najmä tých reakcií, ktoré prebiehajú medzi pôdnym roztokom a koloidnou časťou pôdy a tých, ktoré prebiehajú medzi pôdou a koreňovou sústavou rastlín. Medzi základné chemické vlastnosti patrí: - pôdna reakcia - sorpčná schopnosť pôdy a charakter sorpčného komplexu - chemické zloženie minerálneho podielu pôdy - organický podiel pôdy (obsah humusu a jeho kvalitatívne zloženie) (http://www.fpv.umb.sk/~vzdchem/KEGA/TUR/PODA/Poda04.htm)

1.2 Voda v krajine

Voda patrí medzi významné zložky povrchu planéty Zem. Z celkovej rozlohy 510 mil. km2 zemského povrchu zaberá vodná plocha 316 mil. km2 (71 %). Vodu v prírode možno vnímať v dvoch základných aspektoch. V prvom prípade vodu možno vnímať ,,makroskopicky“, ako súčasť prírodného krajinného prostredia. Tu sa priraďuje k abiotickým zložkám tohto prostredia, pričom napĺňa svojimi hydrologickými procesmy v plynnej, kvapalnej aj pevnej fáze tú časť litosféry aj atmosféry, v ktorej sa odohráva podstatná časť zmien ich fyzikálneho stavu, a to v rôznom pomere k ďalším abiotickým zložkám krajinného prostredia. Druhé vnímanie vody v prírode ,,mikroskopické“, sa zakladá na jej účasti v procese fotosyntézy, v ktorom predovšetkým zelené rastliny sú jedinými producentmi živej hmoty z anorganických látok pomocou pohlteného slnečného žiarenia. (ANTAL a kol., 2004) Podľa prírodnej klasifikácie sa voda delí na: a) povrchové - je to voda bystrín, potokov, riek, rybníkov, jazier, priehradných nádrží. Všeobecne povedané je to voda s ktorou sa stretávame na povrchu našej Zemi. Povrchová voda vzniká z atmosferickej a podzemnej vody. Podzemná voda jej dodáva tvrdosť, príjemný chlad a výbornú chuť. Atmosferická voda ju zmäkčuje, vnáša do nej

18

nečistoty a rozkolísava jej fyzikálne a chemické vlastnosti. Na povrchovú vodu pôsobí aj stav ovzdušia, s ktorým je v bezprostrednom styku, a oveľa viac než podzemná voda je vydaná napospas ľudskej činnosti. Býva mäkká alebo stredne tvrdá. (http://referaty.aktuality.sk /vytlac-referat-21899) b) podzemné - je voda, ktorá sa nachádza mimo zemského povrchu v horninovom prostredí, nespevnených sedimentoch, zvetralinovom pokryve a v pôde. Väčšina podzemnej vody pochádza z povrchu, kde voda vsakuje do zeme cez póry hornín, alebo cez pukliny, trhliny a skalné dutiny. Iba menšia časť podzemnej vody má pôvod z vnútra zeme. V poslednej dobe výrazne stúpa dôležitosť podzemnej vody, preto je niektorými považovaná za surovinu. Pri prenikaní rozličnými vrstvami zeme sa mení zloženie podzemnej vody. Obohacuje sa o minerálne látky a súčasne sa filtruje pretekaním cez piesok a štrk. Podzemná voda je prirodzeným zdrojom pitnej vody. (http://sk.wikipedia.org/wiki/Podzemná_voda) c) zrážkové - môže mať skupenstvo kvapalné alebo tuhé. Prechodom cez vrstvu vzduchu pohlcuje rôzne plynné, kvapalné a tuhé látky, ktoré sa v ovzduší nachádzajú. Môžu to byť látky prírodné (napr. kyslík, oxid uhličitý) alebo priemyselné produkty (napr. oxid siričitý, sulfán). Preto je zloženie zrážkovej vody v priemyselných oblastiach iné (kyslé dažde), ako v čistých prírodných lokalitách. (http://sk.wikipedia.org/wiki/Zražková_voda)

1.2.1 Vlastnosti vody Na správne pochopenie funkcie vody v prírode, interakčných vzťahov medzi vodou a pôdou, ako aj statiky a dynamiky vody v celom systéme pôda-voda-rastlina-atmosféra, je nevyhnutné poznať aspoň niektoré vlastnosti. Pre potreby sme opis vlastností vody rozdelili do dvoch tematických celkov: • základné fyzikálne vlastnosti vody – ide o najmä o tie vlastnosti, ktorými sa voda odlišuje od iných kvapalín. Vyplývajú predovšetkým z javu, že atómom kyslíka v jednej molekule vody a atómom vodíka v druhej molekule vody vzniká väzba. • Kapilárne javy – t. j. vlastnosť kvapalín na medzifázovom rozhraní kvapalina- plyn-tuhá látka. Ide o tie vlastnosti kvapalín, ktoré sú výsledkom pôsobenia medzimolekulových síl na medzifázovom rozhraní.

19

1.2.2 Infiltrácia Proces prenikania vody do pôdneho prostredia a to cez povrch pôdy. Tento proces má veľmi praktický význam, pretože je to infiltračná schopnosť pôdy, ktorá najviac ovplyvňuje prerozdelenie zrážok na povrchu pôdy. Infiltráciu môžeme rozdeliť na viac kritérií, z ktorých najvýznamnejšie sú tlakové pomery na povrchu pôdy pri infiltrácii a stability okrajových podmienok v priebehu infiltrácie. Podľa tlakových pomerov na povrchu rozlišujeme: a) tlakovú infiltráciu b) beztlakovú infiltráciu Podľa stability okrajových podmienok: a) stacionárnu infiltráciu b) nestacionárnu infiltráciu V prírode sa vyskytuje nestacionárna infiltrácia, ktorá v závislosti od vzťahu medzi infiltračnou schopnosťou pôdy a intenzitou dažďa, môže byť tlaková a beztlaková. Stacionárnu infiltráciu najľahšie dosiahneme v laboratórnych podmienkach. V prírodných podmienkach je jej výskyt zriedkavejší, pretože v prírodných podmienkach sú málokedy splnené všetky podmienky pre jej vznik. Pre prax je potrebné predovšetkým poznať: - maximálnu intenzitu - minimálnu intenzitu infiltrácie - infiltračnú kapacitu - priemernú intenzitu infiltrácie za určitú dobu trvania infiltrácie - zmenu intenzity infiltrácie počas jej trvania - čas od začiatku infiltrácie, kedy sa beztlaková infiltrácia zmení na tlakovú - hrúbku vrstvy infiltrovanej vody - hĺbku priesaku infiltrovanej vody do pôdneho profilu (ANTAL a kol., 2004)

1.2.3 Vsakovacia schopnosť pôdy Vsakovacia schopnosť pôdy charakterizuje tzv. infiltračná krivka pôdy :

, ti = ()tfv (1.1) kde vi,t – intenzita infiltrácie vody do pôdy v čase t od začiatku infiltrácie

20

t - čas od začiatku infiltrácie, pre ktorý určujeme intenzitu infiltrácie Priebeh infiltračnej krivky pôdy najčastejšie vyhodnotíme pomocou dvoch koncentrických valcov a automatického dávkovacieho zariadenia, vyjadruje s dostatočnou presnosťou niektorá s nasledujúcich empirických rovníc: a) Kosťjakovova rovnica:

−α ,, liti ⋅= tvv (1.2) b) Mezencevova rovnica:

−β ( ,,,, viliviti )⋅−+= tvvvv (1.3) c) Hortonova rovnica:

= + ( − vvvv ,0,,, viiviti )⋅ exp(− γ ⋅t) (1.4) kde vi,t – intenzita infiltrácie v čase t vi,1 – počiatočná intenzita infiltrácie pre Kosťjakovovu a Mezencevovu rovnicu, t. j. intenzita infiltrácie na konci prvej časovej jednotky vi,0 - počiatočná intenzita infiltrácie pre Hortonovu rovnicu, t. j. intenzita infiltrácie v čase t = 0 vi,v - ustálená intenzita infiltrácie t - čas od začiatku infiltrácie, pre ktorý určujeme intenzitu infiltrácie α,β,γ - exponenty, získané vyhodnotením vsakovacích pokusov (ANTAL, 1985)

1.2.4 Odtok zrážkovej vody Odtok charakterizuje tú časť zrážkovej vody, ktorá sa dostane do hydrografickej siete. Podľa spôsobu rozdeľujeme celkový odtok na tieto jeho zložky: 1. povrchový odtok- ktorý predstavuje tú časť celkového odtoku, ktorá odteká z povodia po povrchu terénu 2. podpovrchový odtok- nazývaný aj hypodermický odtok, predstavuje časť celkového odtoku, ktorá odteká z povodia pod povrchom terénu 3. podzemný odtok- nazývaný aj základný odtok, predstavuje časť celkového odtoku, ktorá odteká z povodia ako súčasť podzemnej vody

21

Najväčší význam má povrchový odtok z kvapalných zrážok, najmä vyvolaný tzv. prívalovým dažďom, t. j. dážď ktorý trvá krátku dobu a má vysokú intenzitu a plošný rozsah. (ANTAL, 1985)

1.2.5 Povrchový odtok

Pri povrchovom odtoku, pod ktorým rozumieme tú časť celkového odtoku ktorá odteká z povrchu terénu, sú dôležité najmä tieto charakteristiky: - rýchlosť povrchovo odtekajúcej vody - v [m. s-1] - tangenciálne napätie - τ [N. m-2] - výška povrchovo odtekajúcej vody - y [m] -3 - objem povrchového odtoku - Op [m ] 3 -1 -2 -1 -2 - špecifický povrchový odtok - qx [m .s .km ; l.s .km ]

- hydrogram - Qp = f [t] 3 -1 -1 - maximálny prietok - Qp,max [m .s ; l.s ] 3 -1 -2 -1 -2 - maximálny špecifický povrchový odtok - qmax [m .s .km ; l.s .km ] Podľa veľkosti povodia rozlišujeme: 1. veľké, rozhodujú regionálne dažde, patria sem povodia väčšie ako 50 až 100 km2 2. malé až stredné, rozhoduje stredná intenzita prívalových dažďov, patria sem menšie ako 50 až 100 km2, ale väčšie ako 1 až 2 km2 3. veľmi malé, rozhoduje najväčšia intenzita prívalových dažďov na ktorých sa neprejavuje retardácia odtoku, patria sem plochy menšie ako 1 km2. (ANTAL, 1990)

2.3.1 Vznik povrchového odtoku zrážkovej vody Pri vzťahu medzi intenzitou náhradného dažďa a charakteristikami vsakovacej krivky môžu nastať tri charakteristické prípady, pričom každý má iný vplyv na vznik a charakteristiky povrchového odtoku. 1. Intenzita náhradného dažďa sa rovná alebo je menšia ako ustálená intenzita infiltrácie, t.j.

≤ vi ,1, viS (1.5) bez ohľadu na trvanie zrážok, povrchový odtok dažďovej vody nevzniká.

22

2. intenzita náhradného dažďa je rovná alebo väčšia ako počiatočná intenzita infiltrácie, t.j.

≥ vi iS 0,2, (1.6) ak zanedbávame povrchovú retenciu dažďovej vody, povrchový odtok nastáva bezprostredne po začiatku dažďa.

3. intenzita náhradného dažďa je väčšia ako ustálená intenzita infiltrácie, ale ak je zároveň menšia ako počiatočná intenzita infiltrácie, t.j

Vi, 0 resp. vi, 1 > is, 3 > vi, v (1.7) Povrchový odtok nastane ak doba trvania náhradného dažďa je väčšia ako doba začiatku tvorenia kaluží (tp). (ANTAL, 1985)

1.2.6 Charakteristika povrchového odtoku Pre návrh protieróznych opatrení potrebujeme poznať najmä tieto charakteristiky povrchového odtoku: 1. objem povrchového odtoku z uvažovaného náhradného dažďa – W [m3]

2. výšku povrchového odtoku – HO,P [mm]

3 -1 3. N – ročný (alebo návrhový) prietok – QN [m . s ] 4. hydrogram povodňovej vlny vyvolanej uvažovaným náhradným dažďom, t.j. závislosť p = ()tfQ

Vzhľadom k tomu, že návrh protieróznych opatrení sa vo väčšine prípadov týka takých plôch, na ktorých neexistujú priame hydrologické pozorovania, musíme si vyššie uvedené charakteristiky povrchového odtoku určiť nepriamo, a to najčastejšie výpočtom. Charakteristiky povrchového odtoku sa pre potreby protieróznej ochrany pôdy najčastejšie určujú nasledovnými spôsobmi : - pomocou vzorcou intenzívneho typu (tzv. racionálna metóda) - pomocou kombinácie vzorcov genetického a intenzitného typu (tzv. Hrádkova metóda)

23

- pomocou odtokových kriviek (tzv. CN- metóda) - pomocou matematických modelov

Racionálna metóda pre výpočet Q100 je vyjadrená intenzitným vzorcom v tvare:

N 100 = qq S 100, ⋅ϕ (1.8) kde q100 – maximálny špecifický povrchový odtok s dobou opakovania N = 100 rokov, resp. s periodicitou p = 0,01 [m3 . s-1 . km-2]

3 -1 -2 qs,100 – výdatnosť náhradného dažďa s N = 100 rokov, resp. p = 0,01 [m . s . km ]

φN - (= q100/qS,100) náhradný (vrcholový) súčiniteľ povrchového odtoku, ktorý platí

v prípade, že td,k = tk bola odvodená na základe týchto zjednodušujúcich predpokladov:

1. doba trvania náhradného dažďa (td) sa rovná tzv. kritickej dobe trvania náhradného dažďa (td,k) a kritická doba trvania náhradného dažďa sa rovná tzv. dobe koncentrácie

(tk), t.j. :

, == ttt kkdd (1.9)

2. dažďom je zasiahnuté celé vyšetrované povodie

3. maximálny prietok (Q100), resp. maximálny špecifický povrchový odtok (q100) je vyvolaný náhradným dažďom o výdatnosť qs,100, resp. o intenzite is,100. F. Hrádek (1981), pri použití trojuholníkovej schematizácie skutočného tvaru hydrogramu povodňovej vlny a pri platnosti podmienok pre použitie intenzívneho vzorca, odvodnil pre výpočet q100, tzv. genetický vzorec intenzívneho typu v tvare:

2 ⋅ϕ ⋅ ⋅ ,100, ⋅ Stg pkdS Q100 = (1.10) ()1+ nt hk kde

φ – (= W100/S100) objemový súčiniteľa povrchového odtoku nh - (= tp/tv) súčiniteľ tvaru hydrogramu povodňovej vlny

3] S100 - (= qS,100 . td,k . Sp) množstvo (objem) uvažovaného náhradného dažďa [m tc - (= tv + tp = tk (1 + nh) trvanie povodňovej vlny [s] tv - (= tk) doba vzostupu povodňovej vlny [s]

24

Pre trojuholníkový tvar povodňovej vlny a pre td,k = tk platí, že : 2 ⋅ϕ φN = (1.11) 1+ nh CN – metóda je ďalšou metódou, ktorá sa používa na výpočet charakteristík povrchového odtoku. Vzhľadom k tomu že CN metóda bola odvodená na základe dlhoročných pozorovaní a analyzovaní zrážkovo odtokových vzťahov, najmä na poľnohospodársky využívaných povodiach, zohľadňuje CN- metóda, viac ako iné metódy vplyv poľnohospodárskej činnosti na charakteristiky povrchového odtoku. CN- metóda pri výpočte charakteristík povrchového odtoku zohľadňuje: 1. výšku návrhového (i konkrétneho) dažďa 2. infiltračné a drenážne vlastnosti pôd v povodí 3. hydrologické vlastnosti pôdneho krytu, a to pre: a) poľné osevné postupy b) pasienky c) stromové porasty 4. vlhkostný stav pôdy, charakterizovaný tzv. indexom predchádzajúcich zrážok 5. využívanie pôdy, smer obrábania pôdy, resp. vplyv protieróznych vsakovacích priekop a priehlbinových terás. (ANTAL, 1985)

1.2.7 Výpočet charakteristík povrchového odtoku

Hydraulika povrchového odtoku Pre povrchový odtok z elementárnej plochy, v závislosti od: - trvanie dažďa - doby koncentrácie povrchového odtoku - dĺžky svahu - priemer intenzity dažďa - priemer intenzity infiltrácie - charakteru povrchu pôdy - priemerného sklonu svahu

25

urobili A.N. KOSŤJAKOV (1960) a J. BENETIN (1972) nasledovnú analýzu hydrauliky povrchového odtoku.

Pre výpočet rýchlosti povrchovo odtekajúcej vody platí:

x ( is ) ⋅−⋅⋅= Ivixmv (1.12) kde:

-1 vx – rýchlosť povrchovo odtekajúcej vody vo vzdialenosti x (m) od rozvodnice [m.s ] m – (= 87/ γ) súčiniteľ charakterizujúci stav povrchu pôdy γ - hodnota súčiniteľa drsnosti podľa Bazina

-1 is – priemerná intenzita návrhového dažďa [m.s ]

-1 vi – priemerná intenzita infiltrácie [m.s ] I – sklon povrchu pôdy

Pre výpočet hrúbky povrchovo odtekajúcej vody

x yx (−⋅⋅= viI is ) (1.13) m yx – hrúbka povrchovo stekajúcej vody vo vzdialenosti x (m) od rozvodnice

Pre výpočet doby koncentrácie, t.j. doba za ktorú pritečie častica vody spadnutá v hydraulicky najvzdialenejšom bode povodia:

x T max, x 2 (−⋅⋅⋅= viI is ) (1.14) m

(ANTAL, 1990) Výpočet tangenciálneho napätia Vzhľadom k tomu, že povrchovo odtekajúca voda pôsobí na pôdne častice nie len rýchlosťou ale aj tangenciálnym napätím – τ, ktoré vzniká vplyvom rýchlostného gradientu.

26

CABLÍK, JŮVA (1963) odvodili pre výpočet jednoduchý vzťah, ktorý má tvar:

τ = γ ⋅ xvx ⋅ Iy (1.15) resp. s použitím rovnice dostaneme:

x γτ vx ()is ⋅−⋅⋅= Ivi (1.16) a

kde τx – tangenciálne napätie vo vzdialenosti x [m] od rozvodnice

γv – (= 9806,65) merná tiaž vody

x yx – ( (−⋅ vi is )) výška povrchovo odtekajúcej vody vo a

vzdialenosti x [m] od rozvodnice I – sklon povrchu pôdy (ANTAL, 1990)

1.2.8 Určovanie objemového odtokového súčiniteľa Presnosť určenie odtoku z prívalového dažďa s použitím súčiniteľa odtoku závisí predovšetkým od určenia správnej hodnoty súčiniteľa odtoku (φ), ktorý vyjadruje pomer medzi objemom povrchového odtoku Op a množstvom zrážok, t. j.

Op ϕ , PO = (1.18) S kde φ – odtokový súčiniteľ S – celkový objem vody zo zrážok spadnutých za uvažované obdobie na uvažovanú plochu [m3]

3 OP – objem povrchového odtoku za uvažované obdobie z uvažovanej plochy [m ]

Vzhľadom k tomu, že OP môže dosiahnuť maximálnu hodnotu S, t. j.

p,< SO (1.19) musí platiť i podmienka, že :

O < ϕ < 1 (1.20)

27

Hodnotu súčiniteľa odtoku ovplyvňujú najmä: geomorfologické, pôdne, geologické, sklonitostné a vegetačné pomery. Pre zjednodušenie určovania súčiniteľa odtoku sa často berú do úvahy len niektoré najdôležitejšie a najľahšie zistiteľné činiteľe. O. HÄRTEL (HOLLÝ, 1978) uvádza pre stanovenie súčiniteľa odtoku vzťah:

ϕ = ⋅ ⋅ ⋅ nnnn 4321 (1.21) kde φ – súčiniteľ odtoku

n1 – súčiniteľ vyjadrujúci vplyv dĺžky údolia zasiahnutého zrážkou

n2 – súčiniteľ vyjadrujúci vplyv zalesnenia údolia

n3 – súčiniteľ vyjadrujúci vplyv sklonitosti územia

n4 – súčiniteľ vyjadrujúci vplyv priepustnosti pôdy (ANTAL, 1990) A.N. KOSŤJAKOV stanovil na základe experimentov v poľných podmienkach súčinitele odtoku pre rôzne sklony pôdneho povrchu- pre rôznu priepustnosť pôd, ktoré sú zobrazené v tabuľke č. 1, pričom väčšie hodnoty odtokového súčiniteľa v jednotlivých rozmedziach pre jarné odtoky a menšie hodnoty pre odtoky letné. Tab. č. 1 Súčinitele odtoku podľa A. N. Kosťjakova (ANTAL, 1990)

Sklony zbernej oblasti

Pôdy zbernej oblasti Malé Stredné Veľké I < 0,01 I = 0,01 -0,05 I > 0,05

dobre priepustné 0,10 – 0,20 0,15 – 0,25 0,20 – 0,30

stredne priepustné 0,15 – 0,25 0,20 – 0,30 0,25 – 0,40

polopriepustné 0,20 – 0,30 0,25 – 0,45 0,35 – 0,60

slabopriepustné 0,25 – 0,40 0,30 – 0,60 0,50 – 0,75

premrznuté 0,35 – 0,60 0,40 – 0,75 0,80 – 0,95

1.2.9 Určovanie charakteristík navrhovaného dažďa pre potreby protieróznej ochrany pôdy Pokiaľ nepočítame charakteristiky povrchového odtoku pre konkrétny prívalový dážď ale potrebujeme poznať charakteristiky povrchového odtoku ako podklad pre navrhovanie napr. technických protieróznych opatrení, musíme určiť charakteristiky tzv. návrhových dažďov.

28

Náhradné dažde sú charakterizované: a) konštantnou intenzitou dažďa – id, počas celej doby trvania - td b) príslušnou periodicitou výskytu – p c) rovnakým účinkom na povodie, aký majú dažde skutočné

Závislosť medzi intenzitou, resp. výdatnosťou návrhového dažďa, dobou trvania a periodicitou výskytu pre konkrétnu okalitu, t.j. závislosť:

id,N, resp. qd,N = f (td,N, p, lokalita) vyjadruje tzv. čiara náhradných intenzít (výdatností) prívalového dažďa. (ANTAL, 1999) Pre potreby protieróznej ochrany pôdy autori doporučujú používať nasledovné hodnoty intenzity – id, trvanie –tz a periodicity prívalových dažďov: 1. CABLÍK, JŮVA (1963):

a) pre návrh prípustnej dĺžky svahu (Lp) a pre návrh šírky ochranného pásu pri pásovom pestovaní plodín (D) a pre návrh záchytných priekop:

−7 -1 is ⋅= 1097 (m . s )

td ≈= 6045 (min)

3200 s čomu podľa rovnice q = 675,0 n (1.22) ()(d bt 150⋅⋅+ p )

zodpovedá p = 0,1 až 0,2 b) pre návrh terás, a pre návrh retenčného priestoru kombinovaných vsakovacích priekop doporučujú títo autori uvažovať prívalové zržky s periodicitou: p = ≈ 02,001,0 pričom td a is doporučujú určovať skusmo.

29

2. DÝROVÁ, SOUKALOVÁ (1978): a) za maximálne hodnoty prívalového dažďa pre návrh protieróznych opatrení považujú dážď s : i ⋅= 10170 −7 (m . s-1) t = − 3015 (min) (1.23) s d ktorým hodnotám podľa rovnice (1.22) zodpovedá periodicita:

p ≈= 5,01,0 (1.24)

b) pre výpočet prípustnej dĺžky svahu (Lp) doporučujú uvažovať prívalový dážď s hodnotami: td −= 30203 (min) p = − 2,002,0 resp. väčšinou p = 1,0 (1.25)

čomu by podľa rovnice (1.22) zodpovedala:

-7 -7 is = 160 . 10 až 210 . 10 p = 1,0 (1.26)

-7 -7 is = 135 . 10 až 175 . 10 p = 2,0 (1.27)

c) pre návrh akumulačného priestoru kombinovaných vsakovacích priekop

p = 1 td = 60 (min) (1.28)

čomu podľa rovnice (1.1) zodpovedá

−7 -1 is ⋅= 1060 [m . s ] (1.29)

d) pre návrh retenčného priestoru kombinovanej vsakovacej priekopy:

p ≈= 05,001,0 td = ≈ 6010 (min) pričom konkrétnu hodnotu is a td je potrebné určiť skusmo tak, aby sa čo najviac priblížila ku skutočným hodnotám dvojice is a td v danej oblasti, ktoré získame z HMÚ alebo výpočtom. e, pre návrh terás doporučujú uvažovať dážď s :

p = ≈ 5,005,0 (1.30) bez toho, aby charakterizovali jeho ďalšie parametre. 3. HOLÝ (1978) uvádza, že obvyklá návrhová intenzita dažďa v protieróznej ochrane má hodnotu

−7 -1 Is ⋅= 10100 [m s ] (1.31)

30

4. ČISTÝ (1975) uvádza pre určenie zabezpečenosti protieróznej ochrany pôdy v závislosti od: - odvetia poľnohospodárskej výroby - situovania produkčných plôch - sklonu povrchu pôdy Tab. č. 2 Zabezpečenie protieróznej ochrany pôdy (ANTAL, 1985)

Odvetie poľ. Situovanie produkčných plôch, Prívalová zrážka

výroby Sklonitosť pôdneho povrchu Periodicita Trvanie (p) (min)

rastlinná výroba vzdialené od intravilánu v dotyku 0,20 30 s intravilánom resp. s objektom vyššieho radu 0,10 30

lúčna výroba bez špecifikácie 0,20 30 (pasienková)

špeciálna výroba I. kategória svahovej sklonitosti 0,20 15 (vinohrady, (0-10%)

ovocný sad) II. a III. kategória sklonitosti (10-45 %) 0,10 15

II. a III. kategória svahovej sklonitosti 0,05 15 v dotyku s intavilánom, resp. s objektom vyššieho radu

Ako vyplýva z vyššie uvedených údajov, jednoznačné pokyny ako určovať charakteristiky náhradných dažďov pre potreby protieróznej ochrany pôdy neexistujú. (ANTAL, 1985)

1.2.10 Kritické hodnoty hydraulických charakteristík povrchového odtoku zrážkovej vody po pôde V procese rozrušovania pôdy, jej premiestňovania a ukladania je najdôležitejším činiteľom zrážková voda a to najmä prívalové dažde. Časť vody steká po povrchu a po

31

dosiahnutí tangenciálneho napätia začne rozrušovať pôdu a premiestňovať ju. Účinkom toho sa znehodnocuje pôdny fond, zhoršenie fyzikálnych a chemických vlastností pôdy. Zrážková voda pri erózii splachuje značné množstvo vrchnej humusovej pôdy, odhaľuje spodné vrstvy, čo zhoršuje úrodnosť. Mechanizmus eróznych procesov sa reguluje pôsobením a vzájomnou interakciou rôznych faktorov ( ANTAL, FÍDLER, 1989). Okrem klimatických faktorov, ovplyvňovať môžeme aj úpravou dĺžky svahu, vegetačného krytu a návrhom vhodných protieróznych opatrení (KLOPČEK, 1993). Prípustná dĺžka je definovaná (ANTAL, FÍDLER, 1989) ako vzdialenosť od rozvodnice, na ktorej sa povrchový plošný odtok mení na sústredený, čiže na ktorej sa plošná erózia mení na výmoľovú, resp. na ktorej erózia dosahuje hodnotu prístupnej intenzity erózie.Z toho vyplýva, že nie je jednoznačná. Vychádza sa z kritickej rýchlosti vv, kritického tangenciálneho napätia tk a z prístupnej intezity erózie. Drsnosť sa vyjadruje pomocou Bazinovho súčiniteľa drsnosti γ alebo Manningovho súčiniteľa drsnosti n. Údaje o drsnosti sú pomerne skromné. Napr. DÝROVÁ (1988) uvádza že hodnota je n=0,03 čo je vlastne rovný povrch (KLOPČEK. 1993).

Súčiniteľ drsnosti

Vplyv súčiniteľa drsnosti n na presnosť výpočtu h, vv a τk je podstatný. Ide o povrchový odtok dažďovej vody po pôde prebiehajúci v podmienkach ako pohyb vody v otvorenom koryte, v ktorom hĺbka vody prevyšuje nerovnosti v koryte a aj vegetáciu. Pri odtoku po pôde je výška nerovnosti zvyčajne väčšia ako hĺbka prúdiacej vody, občas sa tu môže vyskytnúť vegetácia v rôznom stupni vývoja. Vegetácia zvyšuje drsnosť toku. Priamo sa to prejavuje ochranou pôdy pred deštrukčným pôsobením dopadajúcich dažďových kvapiek a spomalovaným rýchlosti odtoku. Nepriamo, pôsobením na pôdne vlastnosti ako je pórovitosť a nepriepustnosť vrátane znižovania možnosti zanášania pórov jemnými časticami a mechanickým spevnením koreňovým systémom. Ochranný vplyv je priamo úmerný pokryvnosti a hustote porastu v dobe dažďa. Preto protieróznu ochranu predstavujú trávy a ďatelina. Bežné pestovanie širokoriadkových plodín (kukurica, okopaniny, sady a vinice) chránia pôdu nedostatočne. Tieto skutočnosti sa zobrazujú aj v tabuľkách súčinniteľa drsnosti n. Tabuľky nájdeme v niektorých učebniciach a literatúre. Vyjadrujú sa pomocou Bazinovho

32

súčiniteľa γ. Súčiniteľa sa používa v Bazinovom vzorci pre výpočet rýchlostného súčiniteľa C v Chézyho rovnici pre nevymieľajúcu rýchlosť vv.

87 ⋅ R C = (1.32) γ + R kde R= h. Keď porovnávame Chézyho rovnicu a Bazinovu rovnicu dostaneme

y ()γ + hh 5,0 n = (1.33) 87 ⋅ h 5,0 h sa pohybuje v rozsahu < h < 06.00 m. Z rôznych experimentov výskumnej práce (KLOPČEK,1993) sa dosiahli: a) Pri povrchovom odtoku dažďovej vody po pôde ide o prúdenie po dĺžke svahu, pri ktorom narastá prietok, hĺbka a rýchlosť. Na dĺžke svahu dosiahneme hodnotu ktorá zodpovedá kritickej hodnote profilovej rýchlosti vv a tangenciálneho napätia k. Po ich prekročení začína erózia. b) Povrchový odtok po pôde prebieha po rôznych nerovnostiach ktoré rôznym spôsobom ovplyvňuje hĺbku vody. Hĺbku h môžeme nahradiť s premenným prietokom po dĺžke, hĺbkou ktorá vzniká pri ustálenom rovnomernom prúdení. Máme na to dostatok rovníc. c) Rýchlosť povrchovej stekajúcej vody je funkciou hĺbky h, efektívneho priemeru zrna pôdy de, sklonom povrchu pôdy io a drsnosti povrchu n. Ani jedna z rovníc nezohľadňuje všetky tieto činitele, preto sme použili Chézyho a Knorozovovu rovnicu.

5,0 i o 5,0 + y v iRCv o ⋅=⋅⋅= h (1.34) n C –Chézyho rýchlostný súčiniteľ [m0,5.s-1] R –hydraulický polomer [m], približne R= h γ – Bazinov súčiniteľ drsnosti y – exponent n – súčiniteľ drsnosti S – prietoková plocha [m2] O – omočený obvod [m]

33

ρ – 1000 kg.m-3 – merná hmotnosť vody g – 9,81 m.s-1 – tiažové zrýchlenenie io – sklon terénu

8/1 05,0 100 ⋅⋅ dh e -1 vv = [cm.s ] (1.35) 5,7 + h 4/1 vv – rýchlosť povrchového odtoku h – hĺbka povrchového odtoku de – efektívny priemer zrna d) Spoločným riešením rovníc pre hodnotu exponenta y, dostaneme hĺbku h po ktorej prekročení vzniká erózia. Potom vyjadríme kritickú rýchlosť pomocou Chézyho rovnice pre jednotlivé hodnoty exponenta y. e) Pri použití hĺbky h sú vyšetrené kritické hodnoty tangenciálneho napätia pre exponenta y. f) Pri vysokých rýchlostiach vzniká bystrinné prúdenie, čo je pre nás nežiaduce. Potrebuje preto Froudeovo číslo menšie ako 1,0. g) Súčiniteľ drsnosti n ovplyvňuje rýchlosť a tangenciálne napätie. Máme tabuľky ktoré používame na výpočty vv a k, ktoré však majú malý rozsah. Nezahŕňajú vplyv vegetácie a jej rôzne stupne. S modelovou podobnosťou sme vypočítali hodnoty súčiniteľa drsnosti pre väčšinu vegetácie a jej rôzne stupne. h) Z m2 plochy odteká hodnota g. Na každom metri narastá povrchový odtok a hodnoty g. Je to časť zrážky ktorá sa nevyparí, nevsiakne a nie je zachytená vegetáciou. Tým narastá prietok, hĺbka i rýchlosť; v určitej diaľke od vrcholu sa dosiahne kritická rýchlosť.

34

2 Cieľ práce

Cieľom práce je vyriešiť charakteristiky povrchového odtoku v katastri Nitrianske Rudno, na základe vedeckej, odbornej a knižnej literatúry. V snahe dosiahnutia tohto cieľa bolo potrebné vypočítať charakteristiky návrhového dažďa, stanoviť intenzitu vsaku do pôdy, stanoviť drsnosti podľa Bazina, odvodiť sklon a dĺžku svahu s využitím topografických máp. Príprava a spracovanie priestorových dát vrátane výpočtu rýchlosti povrchového odtoku sa uskutočnilo v prostredí geograficko informačných systémov (GIS).

35

3 Metodika práce

3.1 Charakteristika územia

3.1.1 História a súčastnosť Obec Nitrianske Rudno leží v malebnej doline povodia rieky v nadmorskej výške 315 metrov. Názov prezrádza, že Nitrianske Rudno sa vyvinulo z baníckej osady. Najstaršia písomná správa o obci je z roku 1275. V roku 1348 vstupuje pod menom Rudno. Pôvodne patrila obec zemianskemu rodu Diviackovcov, v 16. storočí Ujfalušiovcov a neskôr, bez bližšieho určeného časového obdobia, rodu Rudnayovcov. Miestny obyvatelia boli chudobní a zaoberali sa predovšetkým poľnohospodárstvom, o čom svedčí aj časť obecného znaku. Dominantou obce je rímsko-katoícky kostol, ktorý bol v rokoch 1804-1816 postavený na mieste dreveného kostolíka zničeného požiarom. Kostol bol v roku 1991 zasvätený sv. Andrejovi- Svoradovi a Benediktovi. Pamätník obce pripomína návštevníkom Fraňa Madvu, ktorý bol významný národovec, chýrny liečiteľ a farár. Rodák zo Skalice sa venoval botanike, zbieraniu a výskumu liečivých rastlín, systematickému štúdiu odbornej lekárskej literatúry a svojimi liečebnými metódami sa stal vyhľadávaným ľudovým liečiteľom nielen doma, ale v celej strednej, južnej i východnej Európe. Dnes má obec 1985 obyvateľov. Budova obecného úradu patrí k medzivojnovým stavbám. Sídlil tu notársky úrad. Táto budova bola niekoľko krát zrekonštruovaná, rozsiahla modernizácia bola vykonaná v roku 2008. Obec je sídlom matričného úradu pre 7 obcí. Trojobvodové zdravotné stredisko s lekárňou a s ôsmimi lekármi slúži pre spádovú oblasť od Čavoja po Diviacku Novú Ves, čo je 11 obcí. Základná škola bola postavená v r. 1961, dnes je to moderná budova s počítačovými triedami a internetovou sieťou pre takmer 500 žiakov. Pri základnej škole bola v r. 1986 vybudovaná telocvičňa. Materskú škôlku v dnešnej dobe navštevuje 70 detí. Služby obyvateľom poskytujú súkromné firmy, ktoré sídlia a podnikajú na území obce. Obec Nitrianske Rudno sa zapája do tvorby projektov v rámci čerpania finančných prostriedkov z eurofondov. Na základe predložených projektov obec získala prostriedky a realizovala likvidáciu environmentálnej záťaže – skládka odpadu. V roku 2008 získali

36

finančné prostriedky a realizovali rekonštrukciu technológie ohrevu TÚV s využitím tepelného čerpadla a solárnych kolektorov v autocampingu a na vybudovanie náučného chodníka Vodná nádrž Nitrianske Rudno. (http://www.nitrianskerudno.sk/index.pxp?obec=t1)

Širšie vzťahy záujmového územia sú znázorňené v mape 1 v prílohe práce.

3.1.2 Geologické pomery

Obec Nitrianske Rudno je obklopená prekrásnou prírodnou panorámou, ktorú zo západnej časti vytvára Strážovské pohorie Nitrických vrchov, od severovýchodu pohorie Magury končiace impozantným vrchom Strážov. Rozprávkovú kulisu obce tvorí kompozícia ,,siluety spiaceho mnícha,, vytvorená z pohoria Rokoš. Územie pod Rokošom bolo vyhlásené za chránenú krajinnú oblasť. Geologickú stavbu tvoria predovšetkým tmavosivé vápence a dolomity stredného až vrchného triasu, v severnej časti pieskovce a vápnité ílovce (http://www.nitrianskerudno.sk).

Geologické pomery záujmového územia znazorňuje mapa 2 v prílohe práce.

3.1.3 Pedologické pomery

V záujmovom území sa nachádzajú pôdy ako fluvizeme, čiernice, pseudogleje, luvizeme, regozeme, kambizeme a rendziny.

Regozeme (RM): v starších klasifikáciách mačinové pôdy. Pôdotvorný substrát je teda tvorený eolickými a príbuznými sedimentami (viate piesky, spraše, polygenetické hliny), neogénnymi pieskami až ílmi a podobne. Veľmi časti sú tieto pôdy na miestach kde boli eróziou úplne odstránené pôvodné pôdy . Sú to pôdy menej úrodné Vhodnou plodinou pre pestovanie je raž a menej náročné kŕmne plodiny. Horizont je prevažne sorpčne nasýtený, hlinitej textúry, s nízkym obsahom humusu, s rôznym pH v závislosti od pôdotvorného substrátu.

37

Môže sa vyskytovať v subtypoch modálna, kultizemná, podzolová, pseudoglejová, glejová (BIELIK, ŠURINA, 2000).

Fluvizeme (FM): v starších klasifikáciách nivné pôdy. Ide o pôdu, ktorá je, alebo donedávna bola ovplyvňovaná záplavami a výrazným kolísaním hladiny podzemnej vody. Má svetlý humusový horizont. Horizont je sorpčne nasýtený, prevažne hlinitej textúri. Z klimatického hľadiska ide o azonálnu pôdu, lebo sa viaže na alúviá a náplavové kužele všetkých riečnych tokov. Využíva sa ako orná pôda, na zeleninárstvo, lúky, prípadne porast tvoria aj lužné lesy. Vhodná pre pestovanie pšenice, pokiaľ hladina podzemnej vody nie je vysoko. Podobne sú vhodné aj na pestovanie jačmeňa, ďateliny, konope a ľanu. Môže sa vyskytovať v subtypoch modálna, kultizemná, glejová, slanisková, slancová (BIELIK, ŠURINA, 2000).

Rendzina (RA): Pôda je prevažne plytká, hlinitá, so skeletnatosťou nad 30 %, v pedone do 60 cm od povrchu. Dominantným pôdotvorným procesom je akumulácia a stabilizácia humusu. . Za prítomnosti karbonátov v pôde nedochádza k zvetrávacím a translokačným procesom. Obsah a hrúbka humusu stúpajú s nadmorskou výškou. Poľnohospodárske využívanie rendzín je rôzne. Riadi sa podľa ich vlastností a to hlavne zrnitostného zloženia a hĺbky pôdneho profilu. Hlboké, textúrne ťažšie rendziny majú obvykle značnú lepkavosť a zlú priepustnosť pre vodu, čo vedie k nežiaducemu prevlhčovaniu pôdy. Na rendzinách sa pestujú ďatelinovy, ovocné stromy, trávnaté porasty, pasienky, lesy. Môže sa vyskytovať v subtypoch modálna, kultizemná, litozemná, kambizemná, organogénna, sutinová, rubifikovaná (BIELIK, ŠURINA, 2000).

Čiernica (ČA): v starších klasifikáciách lužná pôda. Vyvinutá na nekarbonátových aluviálnych sedimentoch teplejších oblastí. Vyskytuje sa prevažne v nivách vodných tokov, menej na pahorkatinách na miestach ovplyvnených vyššou hladinou podzemnej vody. Pôda je ovplyvnená dvoma pôdotvornými procesmi. Lužným pôdotvorným procesom pôsobiacim zhora a glejovým pôdotvorným procesom pôsobiacim zdola. Využíva sa na pestovanie cukrovej repy, konope, pšenice, kukurice, hrachu.

38

Môže sa vyskytovať v subtypoch modálna, kultizemná, černozemná, glejová, organozemná, slancová a slanisková (BIELIK, ŠURINA, 2000).

Luvizem (LM): v starších klasifikáciách illimerizovaná pôda. Vyvinutá na rôznych, prevažne nekarbonátových pôdotvorných substrátoch, v podmienkach premyvného vodnéhoo režimu, na zarovnaných reliéfoch v oblasti styku nížin s pahorkatinami až vrchovinami. Je ovplyvnená humídnejšou klímou, čo spôsobuje zvýšenú hĺbku tejto pôdy. Vznikla na polygenetických sedimentoch, eluviálnych a eluviálnodeluviálnych produktoch zvetrávania rôzneho pôvodu a veku na relatívne zarovnaných reliefoch, v pahorkatinách a kotlinách. Sú menej úrodné pôdy, aby poskytovali dobré úrody treba ich predovšetkým dobre vápniť a dostatočne hnojiť. Sú vhodné pre pestovanie raže, repky olejnej, konope, ďateliny a ak sú na spraši tak aj kukurice. Vhodné sú pre ľan, fazuľu a ďatelinu lúčnu. Môže sa vyskytovať v subtypoch modálna, kultizemná, podzolová, pseudoglejová a rubifikovaná (BIELIK, ŠURINA, 2000).

Pseudogleje (PG): v starších klasifikáciách oglejená pôda. Vznikajú na zamokrených plochách, najmä znížených, ktoré pre ťažkú nepriepustnú spodinu nemajú riadny odtok perkolujúcej vody. Pôdotvorný substrát tvoria úpätné svahoviny, zvrstvené terciérne a fluvioglaciálne sedimenty. Periodicky stagnujúca voda pri striedaní redukčných a oxidačných procesov v takomto horizonte vytvára pestrú ,,mramorovú,, vzorku farieb sivej a hrdzavohnedej. Sivá vzniká redukčnými procesmi, hrdzavohnedá oxidačnými procesmi. Textúrou ide o striedanie jemnejšieho a hrubšieho materiálu. Celý profil je sezónne výrazne prevlhčený v dôsledku nízkej priepustnosti B – horizontu pre vodu. Vyskytuje sa hlavne v kotlinách pod listnatými lesmi, s trvale trávnatými porastami, niekedy, hlavne po procesoch zúrodňovania, sa využíva ako orná pôda (BIELIK, ŠURINA, 2000). Môže sa vyskytovať v subtypoch modálny, kultyzemný, luvizemný, stagnoglejový, glejový, organozemný a rubifikovaný.

Kambizem (KM): v starších klasifikáciách hnedá lesná pôda. Nachádzajú sa na vrchovinách i v pohoriach, na zvetralinách pevných nekarbonátových hornín. Pôdne

39

horizonty KM nižších polôh sú obyčajne svetlé, niekedy ťažko navzájom odlíšiteľné. So stúpajúcou nadmorskou výškou vplyvom slabšej mineralizácie a intenzívnejšieho zvetrávania v podmienkach drsnejšej klímy sú tmavšie a kontrastnejšie. Vzniká procesom sialitizácie na prevažne vyvretých zvetralinách, metamorfovaných a vulkanoklastických horninách, nekarbonátových sedimentoch paleogénu a neogénu, lokálne tiež na nespevnených sedimentoch. Úrodnosť tohto pôdneho typu je daná jeho vlastnosťami a miestom výskytu. Sú to pôdy stredne úrodné, vhodné len pre užší sortiment poľnohospodárskych plodín. Sú vhodné na pestovanie pšenice, jačmeňa, raže, lucerny, maku, cukrovej repy, zemiakom (BIELIK, ŠURINA, 2000).

Pedologické pomery záujmového územia sú znázornené v mape 3 v prílohe práce.

3.1.4 Hydrologické pomery

Na zadanom území preteká rieka Nitrica, známa aj ako Belanka. Je pravostranný prítok Nitri s dĺžkou 51,4 km a plochou povodia 319 km2. Pramení v Strážovských vrchoch pod hrebeňom medzi vrchmi Homôlka a Vápeč v nadmorskej výške cca 820 m n. m. Tečie najprv na juhovýchod k osade Stanáková, prelamuje sa cez vápencové územie a tvorí kaňon. Cez obec Valaská Belá tečie východným smerom, v obci priberá menšie prítoky z oboch strán a za obcou opäť tečie na juhovýchod až k osade Klin. Tu priberá z ľavej strany Jaseninu, ktorá spolu s prítokmi odvodňuje Kohútovú, Zliechovskú a Slávikovu dolinu, a tečie na juh. Vstupuje do Hornonitrianskej kotliny, rozdeľuje obec Liešťany na časti Lomnica a Dobročná, preteká celou obcou Liešťany, na území ktorej priberá Nevidziansky potok zľava a pod obcou Nitrica vteká do vodnej nádrže Nitrianske Rudno. Priamo do vodnej nádrže ústi z pravej strany potok Bystrica a pod priehradným múrom zľava Dlžinka a neskôr sprava Rudnianka. Ďalej oddeľuje obce Banky od Ješkovej Vsi, pri obci priberá pravostranný Diviacky potok, pod obcou sa koryto rozdeľuje na dve ramena. Rieka sa ďalej oblúkom stáča na západ a prerezáva sa Vestenickou bránou cez južný výbežok Strážovských vrchov do Nitrianskej pahorkatiny. Vo Vestenickej bráne preteká obcami Nitrica a Dolné Vestenice a oblúkom sa stáča opäť na juh do Nitranskej pahorkatiny. Pri obci Hradište tečie zachovalým lužným lesom, následne preteká obcou Skačany a južne od obce vytvára väčší ostrov s osadou Dolný mlyn. Napokon sa stáča na juhozápad, zľava

40

priberá ešte Kršteniansky potok a vteká do intravilánu mesta Partizánske, kde sa na jeho južnom okraji vlieva do Nitri. Nitrica je vrchovino- nížinným typom rieky (www.wikipedia.org/wiki/Nitrica_(rieka). Vodná nádrž Nitrianske Rudno s celkovým objemom 4,41 miliónov m3, je situovaná na hornom toku Nitrice nad obcami Nitrianske Rudno a Kostolná Ves. Priehradná hrádza je sypaná zemná s jadrom z dolomitických štrkov. Na päte návodného svahu je betónová clona, zasadená do zdravej skaly. Dĺžka koruny hrádze je 578 m, jej šírka je 10 m a výška nad terénom je 16 m. Dielo pozostáva z jedného komplexu. Vodná nádrž slúži pre potreby tepelnej elektrárne Nováky a NCHZ. V letných mesiacoch sa využíva na rekreačné účely pre našich i zahraničných turistov a je rajom pre športových rybárov.

3.1.5 Rastlinstvo

Celé okolie pokrývajú rozsiahle porasty bučín, ktoré sú tu klimaxovým spoločenstvom. Vtrúsený je javor horský, borovica lesná, a v najnižších polohách západnej časti dub zimný. Na výslnných vápencových bralách so skupinami duba zimného sa vyskytuje dub plstnatý, ktorý zasahuje až pod vrchol Rokoša. Pôvodná vrcholová bučina je však umelo nahradená vysadenými porastmi borovice lesnej a smrekovca opadavého. Floristicky predstavuje územie veľmi pestrú zmes druhov, podmienenú geologickým podkladom. Tieto podmienky umožňujú spoločný výskyt teplomilných i horských druhov, vrátane prvkov prealpínskych a dealpínskych, z ktorých teplomilné rastú na slnkom prehriatych dolomitových a vápencových skalách a vrcholových lúčkach a naopak – vysokohorské druhy hlbokými kaňonmi zostupujú až do nadmorskej výšky asi 400 metrov. Z horských až vysokohorských druhov je rozšírená veternica narcisokvetá, cesnak bledožltý, repíček repíkovitý, horček včasný karpatský, borovica lesná a dúška alpská. Napriek rozľahlosti územia, rôznorodosti klimatických, mikroklimatických a geologických vplyvov nie je až tak významná rôznorodosť biotopov. Nachádza sa tu podľa našich poznatkov 10 biotopov. V nich sa nachádzajú rastlinné druhy európskeho významu, z ktorých najvýznamnejší je výskyt jazýčkovca jadranského impozantnej orchidey, azda v najväčšej populácií na Slovensku. V xerotermných porastoch nachádzame poniklec, poniklec veľkokvetý a poniklec prostredný. Zo stavačových tu

41

môžeme nájsť kruštík tmavočervený, hmyzovník muchovitý, prilbovku bielu, prilbovku červenú, pastavač hlavatý, vemenník dvojlistý a hniezdovku hlístovú. Len na území Západných Karpát nájdete spolu rásť dub plstnatý a borovicu lesnú (http://www.nitrianskerudno.sk/index.pxp?obec=t4).

3.1.6 Živočíšstvo

V súvislosti s priehradou sa pozornosť venuje vodným živočíchom, rybolovnú hodnotu nádrže zvyšuje výskyt kapra, štuky a sumca. Nádrž a priľahlé mokrade sú vhodným životným prostredím pre vodné bezstavovce, najmä vážky, komáre, podenky, pošvatky a podobne. Priamo v nádrži je mimoriadne častý výskyt korýtka rybničného. Ozdobou lúk a znakom zdravého životného prostredia sú motýle. Z európskych významných druhov sú ohniváčik veľký a spriadač kostihojový viazané na vlhšie lúky, okraje lesných porastov. Na výslnných kamenitých stanovištiach sa vyskytujú jašterice, najkrajšia je jašterica zelená, ktorej samček je v čase rozmnožovania pestro sfarbený, ďalej jašterica bystrá a jašterica múrová. V odľahlých miestach hlboko v lesoch a skalách majú svoj domov šelmy, rys ostrovid a medveď hnedý, s ktorým je možné sa stretnúť iba veľmi vzácne. Na skalách a v jaskyniach majú domov netopiere, netopier brvitý, uchaňa čierna a podkovár malý. Na území Rokoša môžeme nájsť aj muflóna (http://www.nitrianskerudno.sk/index.pxp?obec=t5).

3.1.7 Lesné typy Dubová bučina Prevláda vo výške 400-600m n. m. V týchto miestach je prevaha buka, hrab, osika a lipa. V hospodárskych pňovinách prevládol dub, hrab a agát. Na určitých plochách zaujala borovica ktorá má schopnosť prirodzene sa obnovovať. Priznivejšie podmienky prostredia sa odrážajú vo fytocenóze. Diferenciáciu medzi nižším a vyšším stupňom určuje pomer duba a buka. V nižšom stupni prevládajú teplomilné druhy, ktoré vo vyšších stupňoch chýbajú alebo sa vyskytujú sporadicky. Pôvodné porasty tvorili dub a buk strednej až zhoršenej kvality. Vo vyšších stupňoch sa nachádzala bučina s primiešaným dubom zimným, brekyňou, lipou malolistou

42

borovicou prípadne smrekovcom. Zastúpenie melioračných drevín má v mladých porastoch (RANDUŠKA, VOREL, PLÍVA, 1986). Bučina Prevláda v nadmorskej výške 400-600m. Buk, dub, jedľa a iné dreviny vyklíčia pod opadom, ale korienky semenáčov nie sú schopné preniknúť cez vrstvu plstnatej hrabanky. Prirodzenej obnove sa darí až po presvetlení porastu. Niektoré typy sa vyznačujú vyhradeným jarným aspektom. Pôvodné porasty tvoril buk. V 3. vs prenikol dub, v 4. vs zas jedľa.Výskyt ďaľších drevín sa predpokladal v prechodných typoch, v ktorých je expanzívnosť buka menšia. Buk však naďalej zostane hlavná drevina, ráta sa s primiešaním borovice a smrekovca, vo vlhkejších oblastiach s primiešaním jedle a smreka. V 4.vs je veľmi produktívna skupina, v ktorej buk dosahuje rastové optimum a maximálnu výšku (RANDUŠKA, VOREL, PLÍVA, 1986).

Jedľová bučina Optimum rozšírenia je v nadmorskej výške 700-900m. Premena opadu je veľmi dobrá, vplyvom chladnej klími sa hromadí nadložený humus. Je tu kratšie vegetačné obdobie, vyššia vlhkosť vzduchu. Sú to zhoršené podmienky pre buk, ale za to vhodné pre jedľu a smrek. Uplatňujú sa tu vysoké byliny a paprade, ktoré znášajú zatienenie. Zastúpenie buka,jedle a smreka je rovnocenné. Vo vyššom stupni klesá výskyt buka a jedľe, a smrek získava prevahu. Pôvodné porasty boli buk, jedľa a smrek s primiešanými cennými listnáčmi. Jedľa a smrek dosahujú maximum svojho vzrastu. Buk a cenné listnáče plnia hospodársku ako aj stabilizačnú a melioračnú funkciu (RANDUŠKA, VOREL, PLÍVA, 1986).

Lipová bučina Pôvodné porasty tvorili bučiny s primiešanou jedľou a cennými listnáčmi ako lipa, javor mliečny, horský a brest horský. Prirodzená obnova buka je veľmi dobrá, cenných listnáčov dobrá ale ihličnanov slabá. Smrek postihuje hniloba. Skupina má na rozlohu malý hospodársky význam (RANDUŠKA, VOREL, PLÍVA, 1986).

43

Lipová javorina Prevláda v 400-700 m n. m. Je tu zastúpenie buka a cenných listnáčov. Pôdne a klimatické podmienky umožňujú rozvoj drevinovej zložky, v ktorej dominujú nitrofilné a heminitrofilné druhy. Hojne zastúpené sú bučinové druhy, paprade a niektoré trávovité druhy. V pôvodných lesoch prevládal buk nad cennými listnáčmi., ako lipa malolistá, lipa veľkolistá, javor mliečny, hrab. V nižších polohách sa nachádzal miestami dub zimný a vo vyšších brest horský, vtrúsená bolo aj jedľa. Prirodzená obnova je tu možná (RANDUŠKA, VOREL, PLÍVA, 1986).

Dealpínska borina Prevláda v 400-600 m n. m. Nachádzajú sa tu predovšetkým druhy vegetačného pásma poniklecových borových lesostepí a druhy skalných juhoeurópskych a juhovýchodoeurópskych stepí. Sú tu aj pásy duba plstnatého, s dealpínskymi a prealpínskymi druhmi. Predovšetkým sa tu ale vyskytujú trávovité porasty. V pôvodných porastoch prevládala borovica, s primiešaným dubom zimným, hrabom a brezou, vo vyššom stupni buk a smrekovec (RANDUŠKA, VOREL, PLÍVA, 1986).

Dealpínska dubová bučina Prevláda v nadmorskej výške 400-600m. Nachádzajú sa tu bučinové druhy a niektoré teplomilné mezofyty. Pôvodné porasty tvoril buk s primiešaným dubom zimným a hrabom, vtrúsene sa vyskytovala borovica, brekyňa, mukyňa, javor poľný, z krov drieň (RANDUŠKA, VOREL, PLÍVA, 1986). Vápencová bučina Prevláda v 600-1000m n. m. Z porastov sa tu darí trávovitým rastlinám, ale aj bučinovým druhom a druhom horských polôh. Dobré podmienky tu má buk, vo vlhších podmienkach pomenej smrek a jedľa. V pôvodnom zložení prevládal buk nižšieho vzrastu. V nižších polohách bol primiešaný aj dub zimný a borovica a smrekovec. Z ďalších drevín tu boli javor, lipa, brekyňa, hrab, mukyňa. Charakteristický je aj tis. Prirodzená obnova listnáčov je dobrá, ihličnanov slabá. (RANDRUŠKA, VOREL, PLÍVA, 1986)

44

4 Výsledky

4.1 Charakteristika návrhového dažďa

Urcikánov vzorec:

K qd 100, = a (1.36) (),Nd + Bt qd,100- výdatnosť náhradného prívalového dažďa s periodicitou výskytu p=0,01 t. j. pravdepodobnosť výskytu 1-krát za 100 rokov [m3.s-1.km-2] td,N- trvanie náhradného prívalového dažďa [min] td,N= 30 min K, B, a- miestne parameter

Stanovenie intenzity návrhového dažďa Najbližšia stanica sa nachádza v nadmorskej výške 346 m n. m., ktorého miestne parameter pedstavujú: K= 395,3 a=0,857 B= 2,73

Pre dobu trvania prívalového dažďa td,N= 30 min, bola zistená intenzita návrhového 3 -1 -2 -1 dažďa qd,100= 24,16058 m .s .km (= 0,00002416058 m.s ). Stanovenie intenzity vsaku do pôdy Tab. č.3 Intenzity vsaku (ŠÚTOR, GOMBOŠ, ŠTEKAUEROVÁ, 2006).

Pôdny druh vsakovacia intenzita [m.s-1] 1 ľahké 0,0000130 2 stredne ťažké 0,0000026 3 ťažké 0,0000014 4 veľmi ťažké 0,0000002 5 stredne ťažké pôdy- ľahké 0,0000041

Priemernú intenzitu vsaku do pôdy sme stanovili na základe pôdnych druhov v sedemmiestnom kódovaní bonitovaných pôdnoekologických jednotiek. V tabuľke č. 3 uvádzame priemerné (vyrovnané) hodnoty vsaku, boli ziskané z výskumnej štúdie Ústavu hydrológie Slovenskej akadémie vied. Na koľko hodnoty vsaku nepochádzajú priamo s nášho záujmového územia, môžeme ich považovať iba za orientačné (ŠÚTOR, GOMBOŠ, ŠTEKAUEROVÁ, 2006).

45

Stanovenie drsnosti Pre tento účel sme využívali súčiniteľe drsnosti podľa Bazina uvedené v tabuľke č. 4. Jednotlivé hodnoty drsnosti sme priraďovali k mapovaným jednotkám súčasnej krajinnéj štruktúry, ktoré boli získané z Centrálnej priestorovej databázy (CPÚ), Topografického ústavu v Banskej Bystrici.

Tab. č. 4 Hodnoty súčiniteľ drsnosti podľa Bazina (Antal, 1985, Hrádek, Kuřík, 2001)

Stav povrchu pôdy Charakteristika povrchu γ

nízka drobná tráva 3- 4

Lúky vysoká tráva 4- 8

hustá tráva 8- 10

Pastviny silno spásané, zo znakom erózie 2- 4

spásané, v riedkom lese 3- 5

Pole širokoriadkové plodiny, orba po vrstevniciach 8- 12

Úzkoriadkové plodiny 6- 8

holý povrch, skala 1

holina, devastovaný povrch bez porastu 1- 2

Úhor zoraná po spáde 2

zoraná s urovnaným povrchom 3,5

hrboľatá pôda 8- 15

Rákosie zarastené rákosím 4

Mach zarastené machom 5- 6

trávna zeleň a mladé lesné porasty, devastovaný povrch 4- 8

silno poškodené lesné porasty, devastovaný povrch 4- 6

Lesy čiastočne poškodené lesné porasty 6- 8

zdravé lesné porasty, ostrovčeky humusu 8- 10

zdravé lesné porasty, dobrá vrstva humusu 12- 16

hustý kríkový porast 8- 12

46

Stanovenie sklonu a dĺžky svahu Z digitálneho modelu reliéfu (vyhotoveného z vrstevníc topografických máp v mierke 1:10 000) boli odvodené sklonové pomery v percentách, pričom následne boli pre potreby výpočtu prepočítané do relatívnych jednotiek [m.m-1]. Pre stanovenie vzdialenosti každého bodu od rozvodnice sa vyhotovila mapa svahových dĺžok, pričom boli brané do úvahy reálne zastúpene bariery prerušujúce povrchový odtok. Následný výpočet rýhlosti povrchového odtoku sme previedli na poľnohospodárskej pôde záujmového územia a následne ho priestorovo uvádzame v mape 9 v prílohe tejto práce. Z mapy vyplýva že rýchlosť povrchového odtoku sa pohybuje v rozpätí 0 až 0,71 m.s-1. Pričom vyššie rýchlosti vykazujú orné pôdy charakterizované s nižšou hodnotou drsnosti. Orné pôdy boli charakterizované v stave zoranom po spade aby sme dosiahli najhorší možný prípad ohrozenia územia povrchovým odtokom. Priaznivejšia je situácia v stabilnejších častiach poľnohospodárskej krajiny ako sú trvalé kultúry, trvalo trávne porasty a nelesná dreviná vegetácia. Hodnoty rýchlosti ktoré sme dosiahli západne od vodnej nádrže sú skreslené, nakoľko dĺžka svahu bola počítaná od hranice k. ú., pričom táto hranica nepredstavuje reálnu barieru. Je nutné v tejto časti k. ú. rátať s cudzími vodami pričom k tomuto účelu bude potrebná analýza prírodných podmienok susedného katastrálneho územia Kostolná Ves.

-1 x ( is ) ⋅−⋅⋅= Ivixmv [m.s ] (1.37)

-1 vx – rýchlosť povrchovo odtekajúcej vody vo vzdialenosti x (m) od rozvodnice [m.s ] m – súčiniteľ charakterizujúci stav povrchu pôdy

-1 is – priemerná intenzita návrhového dažďa [m.s ]

-1 vi – priemerná intenzita infiltrácie [m.s ] I – sklon povrchu pôdy

Rýchlosť povrchového odtoku znázorňuje mapa 9 v prílohe práce.

47

Záver

Problematika povrchového odtoku je veľmi úzko spojená s využívaním pôdy (poľnohospodárskej a lesnej) kvôli ktorému sme sa úvodom našej práce zaoberali popisom pôdy ako takej, funkciami, zložením, degradáciou a podobne. Jednou z mnohých foriem degradácie je erózia pôdy, v rámci ktorej dochádza transportu erodovaných sedimentov práve prostredníctvom povrchového odtoku. Preto v ďalšej časti sa venujeme predovšetkým charakteristikám povrchového odtoku ako napr. výška, rýchlosť, objem povrchového odtoku, ale i prietok či doba koncentrácie. Špecifický význam má drsnosť povrchu pôdy pretože pri povrchovom odtoku je výška nerovností obyčajne väčšia ako hĺbka prúdiacej vody. Hodnoty súčiniteľa drsnosti sú pomerne skromné a mnoho krát nemáme dizpozícii hodnoty ktoré by vyjadrovali zmenu drsnosti pôdy v priebehu roka. Pre záujmové územie Nitrianske Rudno sme popísali prírodné podmienky, kedže krajina je s hľadiska prvotnej krajinnej štruktúry jej využívania územia veľmi rôznorodá. Následne sme pristúpili k výpočtu intenzity návrhového dažďa a stanovili sme súčiniteľa drsnosti pre jednotlivé prvky súčastnej krajinnej štruktúri podľa Bazina. Pre intenzitu vsaku zrážky do pôdy sa využili výsledky výskumu ÚH SAV, kedže nie sú presne z nášho územie brali sme ich iba za orientačné. Z vytvoreného digitálneho modelu reliéfu sa odvodili sklonové pomery a dĺžka svahu pričom boli brané do úvahy reálne zastúpené bariery. Nakoniec sa výpočítala rýchlosť povrchového odtoku ktorá je v rozpätí od 0 po 0,71 a nachádza sa v mape 9 v prílohe práce. Záverom práce je konštatovanie, že stanovené ciele boli splnené.

48

Zoznam použitej literatúry

Antal, J. 1985. Ochrana pôdy a lesotechnické meliorácie II. 1.vydanie Príroda, 1985 Antal, J. 1990. Ochrana a zúrodňovanie pôdy. 1.vydanie Nitra: SPU, 1990 ISBN 80- 85175-57-6 Antal, J. 1999. Agrohydrológia. 2.vyd. Nitra: SPU, 1999. ISBN 80-7137-610-8 Antal, J. 2008. Agrohydrológia. 4.vyd. Nitra: SPU, 2008. ISBN 978-80-552-0099-6 Barančíková a kolektív. 2010. Filtračná a transportná funkcia pôdy. Bratislava. ISBN 978-80-89128-66-2 Bedrna, Z. a kolektív. 1989. Pôdne režimy. Bratislava: Veda, 1989 Benetin, J. 1972. Závlahy I. ES VŠP Nitra 1972 Bielik, P., Šrina, B. 2000. Malý atlas pôd Slovenska VÚP a OP: Bratislava ISBN 80- 85361-59-0 Fulajtár, E., Janský, L. 2001. Vodná erózia pôdy a protierózna ochrana, Výskumný ústav pôdoznalectva a ochrany pôdy v Bratislave 2001 Hanes, J. a kolektív. 1997. Pedológia. 2. upravené vydanie Nitra: SPU, 1997. ISBN 80- 7137-390-7 Hrádek, F., Kuřík, P. 2001. Maximální odtok z povodí. Česká zemědělská univerzita v Prahe 2001. ISBN 80-213-0782-X Hronec, J., Bedrna,Z. 2005. Enviromentálna pedológia. vyd. SPU Nitra a Výskumný ústav pôdoznalectva a ochrany pôdy Bratislava 2005. ISBN 80-8069-501-6 Hruška, L., Skládal, V. 1997. Rostlinná výroba. In Eds. Stehlík V., Trantírek J., Naučný slovník zemědelský. Praha, Ústav vědeckotechnických informácií ve státním zemědelském nakladatelství. 1.vydanie 1977 ISBN 07-011-77-04/11 Kinnell, P. I. A. 2005. Raindrop impact induce erosion processes and prediction. Hydrological Processes 19 http://members.ozemail.com.au/~pkinnell/RIIEPP.pdf Klopček, Anton a kolektív. 1993. Kritické hodnoty hydraulických charakteristík povrchového odtoku zrážkovej vody po pôde. Nitra, 1993 Randuška, D., Voprel, J., Plíva, K. 1986. Fytocenológia a lesnícka typológia. 1.vydanie Bratislava: Príroda 1986

49

Šútor, J., Gomboš, M., Štekauerová, V. Hydrofyzikálne vlastnosti pôd nížinných oblastí. Bratislava: STU, 2006 ISBN 80-227-2568-4 Trhan, Rastislav. 1991. Analýza vplyvu charakteristík umelého dažďa na povrchový odtok a odnos pôdy: diplomová práca. Nitra: SPU, 1991 Várallyay, G., 1994 Soil managment and enviromental relationship in central and eastern Europe. Agrokémia és Talajtán 1994 Zachar, B. 1970. Erózia pôdy Bratislava, Vydavateľstvo SAV 1970 Zaujec, Anton. 2002. Pedológia. Nitra: SPU, 2002. ISBN 80-8069-090-1 http://referaty.aktuality.sk/Povrchova-voda/referat-21899 http://sk.wikipedia.org/wiki/Podzemn%C3%A1_voda http://sk.wikipedia.org/wiki/Zr%C3%A1%C5%BEkov%C3%A1_voda www.wikipedia.org/wiki/Podzemna_voda http://sk.wikipedia.org/wiki/Pôda http://www.mineraly.sk/files/lol/401-500/499_pody_sr_1.htm www.uniag.sk/SKOLA/www.zahr./tvorba/poda.doc http://cbks.cz/SbornikPolana07/pdf/Antal_Surda.pdf http://www.fpv.umb.sk/~vzdchem/KEGA/TUR/PODA/Poda04.htm http://referaty.aktuality.sk/vytlac_referat-21899 http://sk.wikipedia.org/wiki/Podzemná_poda http://sk.wikipedia.org/wiki/Zrážková_voda

50

Prílohy

Mapa 1: Širšie vzťahy Mapa 2 : Geologické pomery Mapa 3 : Pedologické pomery Mapa 4: Nadmorské výšky Mapa 5: Sklon reliéfu Mapa 6: Smer povrchového odtoku Mapa 7: Svahové dĺžky Mapa 8: Súčasná krajinná štruktúra Mapa 9: Rýchlosť povrchového odtoku

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

Obr.1 Pohľad na pohorie Rokoš ,,spiaci mních“ (Jakubisová, 2011)

Obr. 2 Pohľad na obec a okolitú krajinu (www.nitrianskerudno.sk)

61

Obr. 3 Prítok do vodnej nádrže (Jakubisová, 2011)

Obr. 4 Bezpečnostný priepad v nádrži Nitrianske Rudno (Jakubisová, 2011)

62