Ocena zagrozen erozyjnych oraz charakterystyka jakosci wod przy zastosowaniu symulacji komputerowej

• Autorzy: Glinski P , Debicki R.

Warianty tytułu

EN

Estimation of erosion risk and water quality characteristics using computer simulation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy podjęto próbę zastosowania modeli erozyjno-hydrologicznych USLE i AGNPS do symulacji komputerowej zagrożeń erozyjnych oraz charakterystyki zanieczyszczeń wód powierzchniowych w zlewni rzeki Ciemięgi. W oparciu o dane z literatury dotyczące omawianej zlewni oraz badania własne gleb i wód rzeki Ciemięgi, wykonane w dwóch okresach hydrologiczno-wegetacyjnych roślin 1996 i 1997 roku, uzyskano dane wejściowe do modeli, uwzględniające istotne elementy glebowe i klimatyczne. Teren zlewni rzeki Ciemięgi z racji gleb lessowych i swego urzeźbienia, jest podatny na intensywne procesy erozyjne, które są jeszcze intensyfikowane rolniczym użytkowaniem terenu i mają istotny wpływ na jakość wód powierzchniowych. Zróżnicowanie zawartości oznaczonych makro- i mikroelementów na całej długości badanego odcinka rzeki świadczyły o nierównomiernym obciążeniu dorzecza działalnością gospodarczą. Uzyskane wyniki pozwoliły określić stopień zanieczyszczania wód rzeki makro- i mikroelementami. W badanym okresie oznaczone składniki chemiczne wód rzeki nie przekroczyły (poza fosforanami) wartości wskazujących na pogorszenie jakości wody. Dokonano symulacji komputerowej spływu i zmywu powierzchniowego, stwierdzając, że model USLE daje możliwość oszacowania i przewidywania strat masy glebowej w postaci materiału wyniesionego poza obszar zlewni w ciągu roku. Równanie USLE wykazuje wiele zalet, mimo że szereg danych wejściowych ma charakter jakościowy, a nie ilościowy. Symulacja komputerowa przy pomocy programu USLE obrazuje znaczący wpływ na intensywność erozji zarówno zasięgu upraw, jak też sposobu użytkowania zlewni. Program AGNPS, charakteryzujący ilości odpływu wody z powierzchni gleby w momencie wystąpienia opadu erozyjnego oraz stratę materiału glebowego, związków chemicznych, wykazał dużą czułość na intensywność deszczu. Należy stwierdzić, że badania i uzyskane wyniki pozwoliły w sposób kompleksowy oszacować zagrożenia wynikające z erozji wodnej na obszarze zlewni rzeki Ciemięgi w terenie lessowym, w której dominuje użytkowanie rolnicze. Zastosowana po raz pierwszy w zlewniach lessowych symulacja komputerowa w oparciu o model USLE i program AGNPS, zweryfikowana uzyskanymi własnymi danymi, dobrze szacuje zagrożenia erozyjne zlewni i zanieczyszczeń wód rzeki Ciemięgi. Może ona być wykorzystana do przewidywania zagrożeń wywołanych tymi procesami w innych urzeźbionych zlewniach użytkowanych rolniczo.

EN

In this paper an attempt was undertaken to apply erosion-hydrological models, i.e. USLE (Universal Soil Loss Equation) and AGNPS (Agricultural Non-Point Source Pollution) for estimation and computer simulation of erosion risks and surface water pollution characteristics in the Ciemięga river catchment. Basing on the available literature data, about the studied catchment area as well as on the authors research, performed in the vegetation and hydrological periods of the years 1996-1997, the input data were collected to run the above models. They included data on: catchment physiography, land use, climatic conditions, soil features and human induced environment impacts. The study area is typical for loessial rolling terrain of the Lublin Upland. It is very susceptible to erosion processes which are additionally accelerated by agricultural activities. All the above factors have significant influence on surface water quality. The results on the content of micro- and macroelements in the Ciemięga river water evidenced that chemical loads were irregularly distributed along the river course, depending on the intensity and type of land use and human activity. The amounts of chemical elements measured in water in the study periods did not exceed the critical loads, thus they were not harmful to the environment and water quality, except the level of phosphates. Computer simulation performed for surface runoff and soil loss showed that USLE gives reasonably good data to estimate and forecast erosion rates and risks within the catchment in the whole hydrological year. Therefore, it can be stated that USLE model is sensitive enough for this general characteristics, despite the fact that many input data to compute this equation are of qualitative (not quantitative) character. The USLE simulation showed that the erosion intensity in the study area was most significantly influenced by the crop and land use types. AGNPS programme, which allows to calculate and estimate the rate and amount of surface runoff, outflow, soil and chemical elements losses at the moment of rain occurrence (single event), showed high sensitivity to rainfall parameters. It should be stated that simulation data were in accordance with both the literature and authors' experimental data. They allowed for complex estimation of erosion risks in the study area, i.e. lossial river catchment where agriculture activity predominates. Finally, it can be concluded that both USLE and AGNPS models were used for the first time to calculate and estimate erosion rates in loessial basins in Polish conditions, and because the simulation data appeared to be reliable and were in accordance with experimental data available so-far, they can be recommended for further considerations in other basins.

Słowa kluczowe

PL

szata roslinna; gleby; erozja gleb; hydrologia; wody powierzchniowe; zlewnie rzek; rzeka Ciemiega; ocena jakosci; jakosc wody; czystosc wod; warunki klimatyczne; program USLE; symulacja komputerowa

EN

plant cover; soil; soil erosion; hydrology; surface water; river catchment; Ciemiega River; quality assessment; water quality; water purity; climate condition; USLE model; computer simulation

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Agrophysica
• Rocznik: 2000
• Tom: 36
• Opis fizyczny: s.1-88,rys.,tab.,wykr.,bibliogr.

Twórcy

autor

Glinski P

• Instytut Agrofizyki PAN, Lublin

autor

Debicki R.

Bibliografia

• 1. Alonso C. V., Neibling W, H., Foster G. R.; Estimating sediment transport capacity in watershed modelling. Trans. AS Ali, 24, 1211-1220, 1226, 1981.
• 2. Banasik K. (ed.): Wykorzystanie uniwersalnego równania strat glebowych USLE do oceny ilości rumowiska unoszonego odpływającego z małych zlewni. Gospodarka Wodna, 3, 62-65, 1992,
• 3. Banasik K., Ignar K.: Comparison of DR-USLE SCGMO and AGNPS with two rainfall events. Mat, Konf., RSY-93. Wyd. SGGW, 195-200, 1993,
• 4. Boardman J., Ligneau L., Dc Roo A. P. J., Vandaele K.: Flooding of property by runoff from agricultural land in northwestern Europe. Geomorphology, 10, 183-196, 1994.
• 5. Bork H. R., Hensel H.: Computer-aided construction of soil erosion and deposition maps. Geol. Jahr., A104, 357-371, 1988.
• 6. Brzozowski M.: Zastosowanie metod GiS do modelowania procesów erozyjnych w zlewni rzeki Burzanki. Mat. Konf., SGGW, Warszawa, 117 125, 1998.
• 7. Brzozowski M., Pierzgalski E.: Zastosowanie modeli AGNPS do oceny procesów erozyjnych w basenie jeziora Drużno. Fragmenta Agronomica, 4B/98, 143-156, 1998.
• 8. Chudecki Z.: Próba oceny wpływu erozji gleb na straty składników pokarmowych roślin w terenie lessowym. Ann, UMCS, X, E, 1 47, 1956.
• 9. Częstochowska E.: Procesy denudacji w górnej części dorzecza Ciemięgi. Zakład Geografii Fizycznej UMCS, Lublin, 1976.
• 10. De Jong S. M.: An erosion model integrating remotely sensed data with GIS data: SEMMED, Applications of Reflective Remote Sensing for Land Degradation Studies in a Mediterranean Environment. Netheralnds Geographical Studies, 177. University of Utrecht, Utrecht, 75 94, 1994.
• 11. De Roo A. P. J.: Validation problems of hydrologie and soil erosion catchment models: examples from a Dutch erosion project. [In] Advances in Hillslopc Processes (cds. Anderson M.G., Brooks S.), John Wiley & Sons, 669 683, 1996.
• 12. De Roo A. P. J.: Modelling runoff and sediment transport in catchmant using GIS. Hydrol. Process., 12, 905 922, 199N.
• 13. De Roo A, P. J, Hazelhoff L., Burrough P. A.: Soil erosion modelling using ANSWERS and geographical information systems, Earth Surf. Process. Landf,, 14, 517-532, 1989.
• 14. De la Rosa J., Crompvoets F., Mayol J. A., Moreno F.: Land vulnerability evaluation and climate change impacts in Andalusia, Spain: soil erosion and contamination. Int. Agrophysics, 10, 225-238, 1996.
• 15. Dębicki R,: Natural and anthropogenic effects of floods and others disastrous events in Poland. Int. Agrophysics, 295-299, 1998.
• 16. Dębicki R„ Gliński P., Kuczyński A.: Spectrometric method for sediment concentration measurement in river waters. 6 ICA Proc., 6 ICA, 3, 421, 1997.
• 17. Dębicki R., Gliński P., Kuczyński A.: Seasonal dynamics of sediment in the river Ciemięga. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 436, 21-24, 1996.
• 18. Dębicki R., Rejman J,: Przewidywanie strat gleby w wyniku erozji wodnej. Problemy Agrofizyki, 59, 1990.
• 19. Gajewski J.: Procesy denudacji w zlewni Ciemięgi. Zakład Geografii Fizycznej, UMCS, Lublin, 1976.
• 20. Gawlik J., Guz T., Urban D.: Zróżnicowany charakter glebowo-wodny mokradłowej doliny Ciemięgi na Płaskowyżu Nałęczowskim. Mat. Konf. Nauk. „Woda jako czynnik warunkujący wielofunkcyjny i zrównoważony rozwój wsi i rolnictwa". PHARE-FAPA-IMUZ, Falenty, 198-207, 1997.
• 21.Gliński P., Paszczyk J.: Water erosion hazard of soil in the river Wieprz basin. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 436, 39-48, 1998.
• 22.Govers G., Quine T, A,, Walling D. E.: The effects of water erosion and tillage movement on hillslope profile development: a comparison of field observations and model results. [In] Farm Land Erosion in Temperate Plains and Hills (cd. Wicherek S.). Elsevier, Amsterdam, 285 300.
• 23.Grunwald S., Frede H. C.: Application of AGNPS in German Watershed. Mat. Kont". Praga, 1997.
• 24.Jahn A.: Wyżyna Lubelska. Rzeźba i czwartorzęd. Prace Geograficzne PAN, 7, 1956.
• 25.Józefaciuk A.: Erozja gleby jako czynnik degradujący agroekosystemy. Wyd. IUNG, 5,31-34,1997.
• 26.Józefaciuk A,, Józefaciuk C.: Erozja agroekosystemów. PIOS, Biblioteka Monitoringu Środowiska, IUNG Puławy, 1995.
• 27.Kibler D. F.: Urban Stormwater Hydrology. Water Resources Monograph. 7, American Geographical Union, Washington, 1982,
• 28.Koc J., Procyk Z,, Szymczyk S.: Czynniki kształtujące jakość wód powierzchniowych obszarów wiejskich. Mat. Konf. Nauk. „Woda jako czynnik warunkujący wielofunkcyjny i zrównoważony rozwój wsi i rolnictwa", PHARE-FAPA-IMLIZ, Falenty, 222-229, 1997.
• 29.Kotowska U.: Oznaczanie form azotu przy użyciu analizatora HA star 5010 firmy TECATOR. Mat. IX Szkoły „Fizyka z elementami Agrofizyki", IA PAN, Lublin, 1997.
• 30.Kuraź V., Doleżal F.: Evaluation of soil physical condition with the use of CERESmodel permeameter and infiltrometer melods. Int. Agrophysics, 1 1, 43 KJi, 1997
• 31.Loveland P. J,: The ACCESS project: Agro-climatic change and European soil suitability - a spatially distributed soil, agro-climatic and soil hydrological model. Int. Agro- physics, 10, 145-154, 1996.
• 32.Łoza K,: Zarys budowy geologicznej doliny rzeki Ciemięgi na odcinku między Baszkami a Zawadowem. Proekologiczne zagospodarowanie rzeki Ciemięgi. Lub. Fund. Ochr. Środ. Nat., Mat. Konf. Nauk.-Techn., Lublin, 47-50, 1995,
• 33.Maruszczak H.: Rzeźba obszarów lessowych Wyżyny Lubelskiej Ann. UMCS, B, 15, 93-122, 1961.
• 34.Maruszczak H., Częstochowska E., Gajewski J.: Denudacja mechaniczna i chemiczna w dorzeczu Ciemięgi na Wyżynie Lubelskiej. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 222, 7 24, 1979.
• 35.Mazur Z., Orlik T., Patys S.: Procesy erozyjne w zlewni rzeki Ciemięgi. Ann. UMCS, XVI, E, 147-168, 1972.
• 36.Mąka A.: Wpływ zagospodarowania ziemi na jakość wód w urzeźbionej zlewni rzeki Ciemięgi, Wydz. Mat.-Przyrodn. KUL, Lublin, 1998.
• 37.Michalczyk Z,: Condition for the formation of outflow and its characteristics in river basins of the Lublin region. Int. Agrophysics, 12, 271 276, 1998.
• 38.Michalczyk Z,: Stosunki wodne dorzecza Ciemięgi. Proekologiczne zagospodarowanie zlewni rzeki Ciemięgi. Lub. Fund. Ochr. Środ. Nat,, Mat. Konf. Nauk.-Tech., Lublin, 25-36, 1995.
• 39.Michalczyk Z. (ed.): Źródła zachodniej części Wyżyny Lubelskiej. Wyd, UMCS, Lublin, 1993.
• 40.Michalczyk Z,, Chmiel S., Głowacki S., Zielińska B.: Ocena zasobów wodnych dorzecza Ciemięgi. Mat. Konf. „Efekty proekologiczne zagospodarowania zlewni rzeki Ciemięgi". AR Lublin, 21-36, 1997.
• 41.Mioduszewski W.: Reconstruction of retention capacity of small river basin of the Lublin region. Int. Agrophysics, 12, 259- 270, 1998.
• 42.Misztal M,, Smal H,: Wpływ rolniczego użytkowania gleby na skład chemiczny wód gruntowych. Mat. Konf. „Geologiczne aspekty ochrony środowiska". Wyd, AGH, Kraków, 235 239, 1991.
• 43.Mitchell J. K., Bingner R. L.: Validation of AGNPS for small watersheds, Runoff and Sediment Yield Modelling. Proc. Int. Symp., RSY 93, Warsaw, 187 193, 1993.
• 44.Moore I. D., Burch G. J.: Sediment transport capacity of sheet and rill flow: Application of unit stream power theory Water Resources Research, 22, 1350 1360, 1986.
• 45.Moore I, D., Burch G, J,: Modelling erosion and deposition: topographic effects. Trans. ASAE, 29, 1624-1640, 1986.
• 46.Moore I. D,, O'Louglin E. M,, Burch G, J.: A counter-based topographic model for hydrological and ecological applications. Earth Processes Landforms, 13, 305-320, 1998.
• 47.Olejnik J.: Modelowe badanie struktury bilansu cieplnego i wodnego zlewni w obecnych i przyszłych warunkach klimatycznych. Rocz. AR Poznań, Rozprawy Nauk., 268, Poznań, 1996,
• 48.Orlik T.: Szybkość infiltracji wody w nalessowym terenie falistym. Zesz. Probl, Post, Nauk Roln., 222, 79-89, 1979.
• 49.Orlik T., Jóźwiakowski K.: Charakterystyka małych zbiorników wody w dolinie Ciemięgi. Mat, Konf, „Efekty proekologiczne zagospodarowania zlewni rzeki Ciemięgi". AR Lubin, 49-55, 1997.
• 50.Orlik T,, Węgorek T,: Zagrożenie erozyjne w zlewni rzeki Ciemięgi i koncepcja przeciwdziałania. Mat. Konf. „Proekologiczne zagospodarowanie zlewni rzeki Ciemięgi". LFOŚN, Lublin, 51 64, 1995.
• 51.Ozga-Zielińska M,, Brzeziński J.: Charakterystyki i modele zlewni oraz małych obszarów. Hydrologia Stosowana, PWN, Warszawa, 287-320, 1994.
• 52.Paszczyk J,: Monitoring the environment of agricultural basins by means of computer programmes. Int. Agrophysics, 299-304, 1998.
• 53.Pawłowski L., Kozak Z.: Chemiczne zagrożenie środowiska w Polsce. Wyd, UMCS, Lublin, 1984.
• 54.Pawłowski M., Lipiec J., Dębicki R.: Computer-aided penetrometer system for measuring soil strength. Polish J. Soil Sci., 29, 1, 1-7, 1996.
• 55.Podlaszewski Z., Karaś A.: Jakość wód zlewni rzeki Ciemięgi. Mat. Konf. „Efekty proekologiczne zagospodarowania zlewni rzeki Ciemięgi", AR Lubin, 37 43, 1997.
• 56.Pondel H,, Terelak H.: Skład chemiczny wód drenarskich jako podstawa oceny strat składników mineralnych wymywanych do wód gruntowych. Pam. Puławski, 75, 149-169, 1981,
• 57.Raport o stanie środowiska Województwa Lubelskiego za rok 1994, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Lublin, 1995.
• 58.Rejman J., Link M.: Symulacje opadów deszczu do badań erozyjnych. Mat. VII Szkoły„Fizyka z elementami agrofizyki". IA PAN, Lublin, 1995.
• 59.Rejman J,, Usowicz B,, Dębicki R.: Zastosowanie modelu USLE do prognozowania natężenia erozji wodnej. Fragmenta Agronomica, 4/A, 98, 231-243, 1998.
• 60.Rode M„ Frede H. G.: Modification of AGNPS for agricultural land and climate conditions in central Germany. J. Environ. Qual., 26, 45-51, 1997.
• 61.Solarska J.: Migracja obszarowa składników pokarmowych w zlewniach rolniczych i leśnych na Pojezierzu Mazurskim. Erozja gleb i jej zapobieganie. Wyd. AR Lublin, 241-252, 1991.
• 62.Somorowska U.; Zastosowanie modelu AGNPS do oceny jakości odpływu ze zlewni użytkowanej rolniczo (na przykładzie zlewni Bełdówki). [w:] Wodno-bilansowe kryteria kształtowania siedlisk w krajobrazie rolniczym. Wyd. SGGW, 132-145, 1998,
• 63.Stigliani W. M.: Chemical Time Bombs. Environment, 33, 1991.
• 64.Svetlosanov V., Knisel W. G,: European and United Stales case studies in application of the CREAMS model. Luxenburg, Austria, 1982. 65 65.Szczepaniak Z., Olak M.: Projekt budowy zbiorników wodnych w dolinie rzeki Ciemięgi. Mat. Konf, „Efekty proekologicznego zagospodarowania zlewni rzeki Ciemięgi". Wyd. AR Lublin, 65-84, 1997,
• 66. Szpakowska B,, Życzyńska-Bloniak I: Transport składników mineralnych wodami gruntowymi w zależności od charakteru ekosystemu. Mat. Kont". „Geologiczne aspekty ochrony środowiska". Wyd. AGH Kraków, 250- 254, 1991.
• 67. Schwertmann U., Vogl W., Kainz M.: Bodenerosion durch Was ser. Vorhersage des Abtrages und Sewertung von Gegenmasstiahmen. Stuttgart, 64, 1987.
• 68. Schwertmann U.: Soil erosion: extent, prediction and protection in Bavaria, [in] Soil Erosion in the European Comunity (cds. Chisci G., Morgan R.P.C.), Balkena, 185-200, 1986.
• 69. Świątek R.: Odpływ w dorzeczu Ciemięgi w latach 1971 1972. Biul. LTN, 19, Geogr. 1, 29 33, 1977.
• 70. Swiderska-Bróż M.: Zanieczyszczenia wód podziemnych - problem z ich uzdatnieniem. Mat. Konf. „Geologiczne aspekty ochrony środowiska". AGH, Kraków, 255-259, 1991,
• 71. Turski R., Uziak S, Zawadzki S.: Środowisko przyrodnicze Lubelszczyzny, Gleby Wyd. LTN, Lublin, 1993.
• 72. Turski R., Paluszek J.: Nowe aspekty wpływu erozji na brunatnoziemne gleby wytworzone z lessu, Rocz. Nauk. AR Poznań, CCLXV1, 1994.
• 73. Turski R., Paluszek J., Słowińska-Jurkiewicz A.: Wpływ erozji na fizyczne właściwości gleb wytworzonych z lessu. Roczn, Glebozn., 38(1), 37 49, 1987.
• 74. Turski R., Słowińska-Jurkiewicz A., Paluszek J., Dębicki R.: Natural aspects of a new approach to erosion of loess soils in Poland. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln., 400, 39 44, 1993.
• 75. Urban D.: Metale ciężkie w osadach doliny Ciemięgi. Mat. Konf. Nauk, „Gleby i klimat Lubelszczyzny". Lublin, Wyd. LTN, 33-35, 1995,
• 76. Urban D.: Walory florystyczne i faunistyczne zlewni Ciemięgi, Mat. Konf. Nauk. „Proekologiczne zagospodarowanie zlewni rzeki Ciemięgi". LFOSN, Lublin, 9 24, 1995.
• 77. Viessman W,, Jr., Knapp J. W., Levis G, L., Harbangh T. E,: Introduction to Hydrology. IEP, New York, 1972,
• 78. Walczak R. T., Gliński J., Sławiński C., Lamorski K.: Agrophysical methods of water retention control in the rural areas. Int. Agrophysics, 277- 285, 1998.
• 79. Williams J. R: The physical components of the EPIC model, [in] Soil Erosion and Conservation (cds. El-Swaify S.A., Moldenhauer W.C , Lo A.). SCS, Ankey, 272-284, 1985,
• 80. Wimmer B., Rampazzo N., Blum W. E. H.: Influence of soil structural parameters on hydraulic function for soil-water balance modelling, Int. Agrophysics, 11-129, 1997.
• 81. Wischmeier W. H. Smith D. D.; Predicting Rainfall Erosion Losses. A Guide to Conservation Planning. Agric. Handbook, 573 USDA-ARS USA, 1978.
• 82. Witkowska-Walczak B.: Water retention in soil of natural structure unstabilized and stabilized with a synthetic agent. Polish J. Soil Sci., 17, 31-36, 1984.
• 83. Witkowski D.: Składniki nawozowe w dwóch małych zlewniach o zróżnicowanych właściwościach glebowo-rolniczych. Roczn. Glebozn., 48, 3/4, 23-36, 1957.
• 84. Young R. A.: Users Guide. AGNPS. MPCA, USA, 1991.
• 85. Ziemnicki S., Łoś M, J,: Zabezpieczenie przed erozją dolnego odcinka Ciemięgi. Zesz. Probl. Posl. Nauk Roln,, 222, 189-209, 1979.