Erozija tla

Studenti :Gušo Indira

Halimanović ImerKarahmetović Muris

Kobačić MarijaŠukalo Kenan

R. Prof. Dr. Musemić Rajfa

MAŠINSKI FAKULTET SARAJEVOKATEDRA ZA ENERGETIKU, PROCESNU TEHNIKU I

OKOLINSKO INŽENJERSTVOPredmet: MODELIRANJE PROCESA U OKOLINI

Sarajevo, februar 2013. godine

Sadržaj• Erozija tla• Glavni oblici erozije• Eolska erozija• Bujičasta erozija• Riječna erozija• Akumulacioni oblici• Karstna erozija• Uređenje bujice• Dijelovi i parametri bujičnog toka• Oblik bujičnog sliva i gustoća riječne mreže• Reljef bujičnog sliva• Kvantitativna analiza bujičnih tokova• Sistem za uređenje bujičnog toka• Primjena RUSLE metode• Model erozije tla – Primjena programa SIMILE• Mjere i aktivnosti u sanaciji erozije• Zaključak

Erozija tla• Erozija je prirodni proces pomicanja krutih tvari (zemlje, blata, kamena, itd.)

kroz utjecaj vjetra,vode, ili pomicanja koja su uvjetovana silom gravitacije. Proces je u nekim slučajevima povećan kroz ljudske aktivnosti. Rezultati erozije su produbljivanje korita rijeka, najpoznatiji primjer erozije je kanjon rijeke Colorado u SAD-u, zatim pomicanje obale mora kao najzamjetljiviji rezultati (voda je veća sila od vjetra za pomicanje zemlje, jer ono što radi vjetar u pustinje s pijeskom ne zovemo erozijom). Nakon prestanka djelovanja agensa erozije, materijal se taloži.

Erozija u kanjonu rijeke Colorado, SAD

Erozija tla• Osnovni izvori energije egzogenih sila su:

Toplota Svjetlost Zračenje od Sunca koje dospjeva na Zemlju

• Pod uticajem Sunca dolazi do različitog zagrijavanja vazduha, vode (mora, okeani, jezera, rijeka i dr.), kao i čvrste Zemljine kore.

• Toplota je uzrok insolacije odnosno zagrijavanja i hlađenja površine Zemlje, obrazovanja lednika i njihovog kretanja, kruženja vode u prirodi, kao i strujanja vazduha odnosno obrazovanje vjetrova.

• Dejstvo egzogenih sila je uslovljeno kako gravitacijom Zemlje tako i privlačnim silama Mjeseca i Sunca. Zemljina gravitacija izaziva kretanje vodenih tokova i lednika, pokretanje stijenskih masa sa visokih padina u podnožija planina.

• Dejstvom privlačnih sila Mjeseca i Sunca javljaju se plima i oseka na okeanima, morima i jezerima.

• Najčešći vid erozije predstavlja pomijeranje mase terena usled dejstva obilnih kiša ili zemljotresa pri čemu dolazi do odronjavanja zemljišta.

• Ovom vidu erozije su najpodložniji brdoviti tereni, odnosno područja pod nagibom terena koji je veći od 15°.

Glavni oblici erozija

• Eolska erozija – nastaje kao posljedica djelovanja vjetra ( karakteristično za regione sa čestim jakim vjetrovima,čija zemljišta su rastresita i nisu zaštičena gustim biljnim pokrivačem )

• Intezitet eolske erozije zavisi od slijedećih faktora: gustina biljnog pokrivača, eksponiranosti zemljišta vjetra, jačina i učestalost vjetra i osobina zemljišta.

• Primjer erozije su pješčane dine u Libijskoj pustinji čija visina doseže i do 200 metara.

Bujičasta erozija• Ovaj tip erozije nastaju pri mehaničkom radu

atmosferskim vodama• To je proces koji ima karakter spiranja

površinskih slojeva zemljišta.• Intezitet bujičaste erozije zavisi od : vrste i

gustine biljnog pokrivača, reljefskih uslova, karaktera klima, osobine zemljišta.

• Imamo dvije vrste bujičastih erozija : • Normalna bujična erozija ( prisutna na

zemljištu koje se stalno nalazi pod gustim biljnih pokrivačem, a erozijom se nosima manje zemljišta nego što se obrazuje )

• Ubrzana bujična erozija ( odnosi više zemljišta nego što se obrazuje, razlog tome je manje gustoća biljnog pokrivača )

Riječna erozija• Nastaje geološkim radom riječnih tokova• Intezitet riječne erozije zavisi od : geološkog

sastava i strukture terena, nagiba riječnog korita, količina voda, količina i vrsta nošenog materijala, brzine riječnog toka.

• Strmiji nagib i veća količina vode pojačavaju rad rijeke. Riječna erozija je naročito pojačana ukoliko se nosi i vuče veća količina nošenog i vučenog materijala kao npr. kamenje, pjesak, mulj, gljina i drugo.

• Riječne doline predstavljaju udubljenja u reljefu koje se nalazi iznad riječnog korita. Zavisno od veličine riječne voline mogu biti klisure ( duge riječne doline ), kanjoni ( duboke riječne doline ) i sutjeske ( kratke riječne doline ).

• Riječne terase predstavljaju ostatke starog dolinskog dna koji je razoreno oživljavanjem riječne erozije. Prema načinu postanka riječnih terasa mogu biti: erozione riječne terase, akumulacione riječne terase i riječne terase složenog postanka.

Akumulacioni oblici• Nošeni materijal rijeke mogu prenositi na velika

rastojanja, deponovan u riječnom koritu ili na obalama rijeke. Tako nastali sedimenti predstavljaju aluvijum ili aluvijalne nanose koji obrazuju riječna ostrva – ade, riječne delte i aluvijalne ravni.

• Aluvijalne ravni predstavljaju zaravljana dna rečnih dolina. To su obale riječnog korita koje su izgrađene od riječnog nanosa. Aluvijalne ravni se najčešće javljaju u srednjim i donjim dijelovima riječnog korita. Pri visokom vodostaju rijeka se izliva iz korita, plavi riječnu dolinu, a na poplavljenom terene se taloži aluvijalni nanos

• Riječna ostrva - ade obrazuju se u riječnom koritu od krupnoznih frakcija riječnog nanosa odnosno frakcija pijeska i šljunka. Ada nastaje u riječnom toku, iza neke prepreke, gdje se riječni nanos taloži stvarajući sprud, koji se postepeno izdiže iznad vode. Ade se stvaraju i na ušćima dvaju rijeka, gdje se sudaraju njihove struje, a tok usporava. Mnoge rijeke na našim prostorima kao što su Dunav, Sava, Morava imaju veliki broj riječnih ostrva.

• Riječne delte nastaju sedimentacijom riječnog nanosa na ušću rijeke u more ili jezero, gdje rijeka usporava riječni tok, a zatim riječni tok prestaje. Riječne delte nastaju kao posljedica prestanka transportna riječne moći tekuće vode gdje se taloži sav donjeti materijal pri čemu se zasipa morski ili jezerski basen koji se postepeno pretvara u kopno, a rijeka se zbog velike količine nanijetog materijala račva u veći broj rukavaca. Riječne delte su izgrađene od najfinijih čestica pijeska, praha i gline koji se talože u vidu nagnutih slojeva velike debljine. Primjer je delta Nila čija debljina riječnog nanosa iznosi oko 700 m. Svake godine delte se značajno povećavaju. Delta Dunava se godišnje uvećava za oko 1 svake godine.

Karstna erozija• U terenima izgrađenim od karbonantnih stijena-

krečnjaka,dolomitičnih i laporovitih krečnjaka i dolomita,kao i stijena sa karbonantnim vezivom geološki rad vode sveden je na rastvaranje.

• Atmosferski talozi koji poniru kroz prsline i pukotine, rastvaraju kalcijum karbonat i povećavaju prvobitnu poroznost stijenaske mase.Kombinovani razarački rad atmosferskih, tekućih-površinskih i podzemnih voda, pod čijim neposrednim uticajem nastaju mnogi karakteristični geomorfološki fenomeni naziva se karstna erozija.

• Najvažnije morfološke pojave koje određuju karstnu eroziju su : škrape, vrtače, uvale, karstna polja na površini terena, kao i podzemni oblici ( jame i peći ).

Karstna erozija• Škrape- su uske i plitke, paralelne brazde na površini

karbonantnih stijena. Nastaju korozivnim djelovanjem vode i nemaju veći značaj u oblikovanju karsta. Širina i dubina škrapa iznosi od nekoliko cm do nekoliko dm.

• Vrtače-su ljevkasta, tanjirasta, čak bunarasta udubljenja u terenu. Dno je obloženo crvenicom ili glinom i crvenicom koja zaostaje pri rastvaranju krečnjaka. Veličina vrtača varira. Spajanjem više vrtača nastaju uvale. Izdužena udubljenja u karstnom terenu su do nekoliko km, dok je širina znatno manja.

• Karstna polja-su najveći i najznačajniji oblici u kršu. To su duboke depresije. Često predstavljaju terenske rovove ili oblike nastale erozionim dejstvom reka ponornica. U mnogim karstnim poljima se nalaze kupasta brežuljkasta uzvišenja krečnjačke prečage.

• Podzemni karstni oblici: jame i pećine nastaju hemijskim i mehaničkim radom površinskih i podzemnih voda. Jame ili ponori su pretežno vertikalna udubljenja ili proširene pukotine koje ponekad dosežu do nivoa podzemnih voda i povezuju površinski dio terena sa podzemnim vodenim tokovima-ponornicama.

• Pećine su podzemni karsni oblici. Različitog su oblika i dimenzija.• Holokarst-ljuti ili potpuni karst, stvara se na čistim krečnjacima i

velike je debljine, gdje su svi površinski i podzemni oblici potpuno razvijeni. Holokarst podsjeća na kamenitu i bezvodnu pustinju u kojoj su karstna polja jedine zelene površine.

• Merokarst-zeleni ili nepotpuni karst najbolje je razvijen na terenima od karbonantnih stijena manje debljine sa većim ili manjim sadržajem ne rastvornih materija. U karstu nema kraških polja, a pećine su rjeđe i manjih dimenzija.

Uređenje bujica• Uređenje bujica je uređenje bujičnog korita i pripadajućeg bujičnog sliva.

Bujice ili bujični tokovi su povremeni ili stalni prirodni vodotoci (jaruge, suhodoline, potoci i rječice), čija su slivna područja zahvaćena erozijskim procesima. Karakterizirane su naglim nadolascima poplavnih voda koje nastaju neposredno poslije jakih kiša ili ubrzanog topljenja snijega, kao i velikim količinama nanosa i razornom snagom toka.

• Prema uzroku erozije razlikuje se:– regionalna ili pluvijalna erozija, nastala djelovanjem kiše (usporena erozija) i

antropogenih faktora (ubrzana erozija),– fluvijalna erozija, nastala djelovanjem tekuće vode,– glacijalna erozija, nastala djelovanjem leda,– eolska erozija, nastala djelovanjem vjetra,– abrazija, erozija nastala djelovanjem valova i struja.

• U našim krajevima najzastupljenija su regionalna i fluvijalna erozija.

Uređenje bujica• Kod regionalne erozije se prema načinu kako erozija odnosi slojeve tla razlikuju:

– površinska erozija,– dubinska ili linearna erozija,– mješovita erozija (kombinacija površinske i dubinske erozije).

• Površinsku eroziju čine:– obična površinska erozija, s jednolikim odnošenjem površinskih čestica tla po cijelom slivu,– slojevita (laminarna) erozija, s odnošenjem tla u tankim slojevima (lamelama) različite

debljine,– raspadinska (osulinska) erozija, gdje se pored sitnijih čestica tla za vrijeme jakih kiša niz padinu

podjednako kotrljaju i krupniji stjenski odlomci.• Dubinsku eroziju sačinjavaju:

– brazdasta erozija,– jaružasta erozija,– mješovita jaružasto – piramidalna erozija,– urvinska erozija, koju sačinjavaju odroni, soliflukcije (manji urvinski pokreti termogenog

karaktera), popuzine (veća kretanja mase tla niz strme padine obala) i klizanja tla velikih razmjera (ruč – tereni),

– jaka erozija krša.• Mješovitu eroziju čine:

– površinska erozija s mjestimičnom pojavom manjih brazda i jaružica, – površinska erozija s mjestimičnom pojavom manjih površinskih klizanja tla i soliflukcijom,– erozija krša u početnom i srednjem stadiju,– površinska erozija karakterizirana manjim piramidalnim oblicima nastalim zbog

“bombardiranja” tla kišnim kapima (ako su takvi oblici u početnom stadiju).

Dijelovi bujičnog toka• Skladno karakteru i stepenu zahvaćenosti erozijskim procesima

moguće je bujični tok podijeliti na tri dijela:• prikupište (gornji tok),• grlo bujice (srednji tok),• čunj (donji tok, naplavina).

Dijelovi bujičnog toka1 - granica bujičnog sliva; 2 - erozijski lijevak; 3 - uska dolina; 4 – staro korito; 5 – nizvodni vodotok

Parametri bujičnog toka• Radi utvrđivanja stanja i prognoziranja razvoja

erozijskih procesa na nekom bujičnom slivu potrebno je provesti analizu slijedećih faktora:

• oblika bujičnog sliva i gustoće mreže,• reljefa bujičnog sliva,• geološko – petrografskih uvjeta,• vegetacijskog pokrivača,• razvijenosti erozije na slivu,• klimatskih uvjeta,• utjecaja ljudskog rada.

Oblik bujičnog sliva i gustoća riječne mreže

• Oblik bujičnog sliva karakteriziran je faktorom oblika sliva, Rf. Za naše prilike vrijednost ovog parametra definira se izrazom:

Gdje su:Osl - duljina vododijelnice, km, L - duljina glavnog vodotoka (od ušća do krajnje

tačke vododijelnice), km.

Oblik bujičnog sliva i gustoća riječne mreže

• Gustoća riječne mreže, Du [km ]. • Za Du < 0.5 [km ] se smatra da je gustoća riječne mreže

slaba. Srednju gustoću hidrografske mreže predstavlja vrijednost, Du = 0.5 do 1.0 [km ], jaku, Du = 1.0 do 2.0 [km ], i vrlo jaku Du > 2.0 [km ].

Osnovni oblici i vrste bujičnih slivova ( prema Apolovu)•glavno grananje korita u gornjem toku; (b) glavno grananje korita u srednjem toku; (c) glavno grananje korita u

donjem toku; (d) ravnomjerno grananje korita kroz cijeli sliv

Reljef bujičnog sliva• Za potpuniju analizu reljefa bujičnog sliva uobičajeno je odrediti:

– srednju (nadmorsku) visinu sliva,– srednji pad sliva,– srednju visinsku razliku sliva,– potencijal slijevanja u vrijeme jakih kiša,– potencijalnu brzinu slijevanja velikih voda u vrijeme jakih kiša,– koeficijent erozijske energije reljefa,– geomorfološko – erozijski koeficijent sliva.

• Srednja visinska razlika sliva, Δhsl [m], određuje se prema izrazu:

– gdje je hu [m n.m.] (nadmorska) visina ušća ili dna profila za koji se računa srednja visinska razlika.• Potencijal slijevanja u vrijeme jakih kiša, [m km / s], definiran je izrazom:

– gdje su nove oznake:– g - ubrzanje polja sile teže, [m ],– A - površina bujičnog sliva, [ km ].

• Potencijalna brzina slijevanja velikih voda u vrijeme jakih kiša, [m/s km], izračunava se iz izraza:

• Koeficijent erozijske energije reljefa, [m ], dobije se prema izrazu Silvestrova:

Kvantitativna analiza bujičnog toka

• Kao rezultat inženjerskog nastojanja da se priroda bujičnih tokova odredi kvantitativnim pokazateljima, pomoću stalnih i karakterističnih parametara bujičnog toka, definiran je kvantitativni indeks bujičnosti sliva i prirodnog vodotoka:

Svi parametri koji figuriraju u ovom izrazu već su prije tumačeni, s napomenom da je radi dimenzionirane ispravnosti izraza potrebno srednju visinsku razliku sliva uvrstiti u kilometrima. Ako je izračunata vrijednost indeksa bujičnosti ispod 0,1 onda promatrani sliv i njegovo korito nemaju osobine bujičnog toka. Ako je ta vrijednost od 0,1 do 0,4 onda se radi o slabo izraženim bujičnim tokovima; ako je ona od 0,4 do 0,7 onda se podrazumijeva tokovi osrednjeg bujičnog karaktera; ako je ona od 0,7 do 1,0 onda se radi o vrlo izrazitim bujičnim tokovima, a ako je ta vrijednost veća od 1,0 onda je u pitanju fenomen pretjerano izraženog (ekscesivnog) bujičnog toka

Sistem za uređenje bujičnog toka

• Teorijska osnova za projektiranje sustava pregrada sadržana je u pojmu pada izjednačenja, Iiz, koji je definiran empirijskim izrazom:

gdje su:ρn - gustoća mase bujičnog nanosa, [kg m-3],

Kf - koeficijent trenja, koji se obično uzima s vrijednošću 0.76, bn - najdulja dimenzija zrna

nanosa, [m],Kb - koeficijent bujičnosti vode, [m3 kg-1], definiran izrazom:

Primjena RUSLE metode• Istraživanje o eroziji tla i njenim utjecajem na poljoprivredne produktivnosti je započeo u 1930.

Nekoliko faktora je uvedeno u jednačinu za rani gubitak tla, u kojoj je nagib i praksa uzeta u obzir. To je prpoznato da jednačina za gubitak tla mogu imati veliku vrijednost za poljoprivredno planiranje i jednačina „pojasa kukuruzu“ može se prilagoditi za ostale regije.

• Uz dodatna istraživanja, eksperimenti, podaci i resursi su postali dostupni pri čemu je došlo do razvoja RUSLE ili Revised Universal Soil Loss Equation ( univerzalna revidirana jednačina gubitka tla ). RUSLE je uveo izmjene u isoerodent karti, vremeski promjenljivi faktor pristupa za erodibilnost tla, a pristup podfaktora za upravljanje faktorom.

• A = R * K * LS * C * P• A – procjena prosječnog gubitka tla u tonama po godišnjem hektru• R – količina oborina • K - faktor erodibilnost tla• L – faktor dužine padine• S – faktor znatnih nagiba• C – faktor upravljanja• P – faktor potpore.

• Drugi faktor za tla se zove „ Vrijednost T „ koji služi za „ Dopušteni gubitak tla“. • Tolerantni gubitak tla ( T ) je maksimalni iznos gubitka tla u tonama po hektru godišnje, koja se može

tolerirati i dalje dopušta visoku razinu produktivnosti usjeva pri čemu će biti ekonomičan i na neodređeno vrijeme.

• Njegova vrijednost kreće od 1 do 5. Ove vrijednosti predstavljaju tolerantne tone tla po hektru gubitka godišenje, gdje raste hrana, stočna hrana i vlaknaste biljke.

Primjena RUSLE metode – Poljoprivredno zemljište

• Prvo definisimo lokalitet za koji vršimo ispitivanje erozije tla. Za ovaj primjer uzeli smo Ottawa kao državu za ispitivanje erozije tla.

Nakon odabira države, vršimo odabir parametara kao što je nagib, dužina nagiba, vrsta zemljišta i površine. Nakon toga vršimo odabir žitarica u godini i vrstu ophođenje prema njima.

Na kraju je izračunat gubitak zemljišta za ovo područje i gubitak žitarica.

Primjena RUSLE metode – Izgradnja građevina

Vršimo odabir mjesta gdje ćemo izvršiti izgradnju građevina za zaštitu od erozije tla.

Nakon toga vrši se odabir parametara kao u predhodnom slučaju osim što je dodatak tip materijala od kojeg ćemo graditi građevinu.

Na kraju dobivamo rezultate koje smo zahtjevali ako primjenimo predhodne parametre nad tim područjem. Imamo izračunatu toleranciju gubitka tla,izračunati gubitak tla i potencijalni gubitak tla.

Model erozije tlaPrimjena programa SIMILE

• Cilj modela je da saznamo nešto više, o ralativnoj važnosti klime, konfiguracije zemljišta i biljnih faktora za eroziju tla. Konkretno simuliraćemo eroziju ispiranjem tla. E, erozija ispiranjem, promjenjiva u prostoru i vremenu koja se može napraviti na osnovu odnošenja vodom, Q, protok vode preko zemljišta, promjenjiva u prostoru i vremenu, S, gradijent nagiba promjenjiva u prostoru a konstanta u vremenu, V, vegetacijski pokrivač, varijabla stanja u prostoru i vremenu i K, erozivnost, varijabla promjenljiva u prostoru, konstanta u vremenu zemljištai tri parametra, m, n i i.

• Gdje su:

– E = erozija

– k = erozivnost zemljišta

– Q = protok vode preko zemljišta

– m = koeficijent protočne snage (1.66)

– S = tangenta nagiba

– n = konstanta nagiba (2.0)

– V = vegetacijski pokrivač (%)

– i = eksponencijalna funkcija vegetacijske erozije (bezdimenzionalna).

Balans mase za model erozije tla

• Akumulacija u kontrolnom volumenu = input mase – output mase

Za t = 0

k – erozivnost zemljišta 0,2

Q – protok vode preko zemljišta 100

m – koeficijent protočne snage 1,66

i – eksponencijalna funkcija vegetacijske erozije -0,77

S – tangenta nagiba 0,5

V – vegetacijski pokrivač (%) 30

n – konstanta nagiba 2,0

– debljina zemljišta mm 10 000

Vrijednosti parametara za simulaciju u SIMILE

k – erozivnost zemljišta 0,2

Q – protok vode preko zemljišta (mm/mjesecu) 100m – koeficijent protočne snage 1,66

i – eksponencijalna funkcija vegetacijske erozije -0,77S – tangenta nagiba ( 1/mm) 0,5

V – vegetacijski pokrivač (%) 30n – konstanta nagiba 2,0

Lo – debljina zemljišta mm 10 000

Mjere i aktivnosti u sanacije erozije• Kao što nepravilan način korištenje zemljišta može izazvati

intenziviranje erozije, tako isto je moguće promjenom načina korištenja ublažiti intezitet erozije. Kako na mnogim mjestima nije moguće ublažiti eroziju promjenom načina korištenja zemljišta, razvijeni su brojne metode i postupci za sanaciju erozionih procesa. Sanacija erozionih procesa se ostvaruje kombinacijom radova za sanaciju erozije na površini zemljišta, putem raznovrsnih bioloških i biotehničkih radova i radova za sanaciju korita bujičnih tokova kombinacijom tehničkih i biotehničkih radova.

• Posebna grupa antierozionih mjera je skup administrativnih mjera koje se propisuju u vidu obaveza korisnicima zemljišta o antierozionom načinu gazdovanja zemljištom. Ove mjere se tretiraju kao neinvesticione, jer tropškovi njihovog sprovođenja nisu veliki i padaju na teret korisnika zemljišta, a samo u malo dijelu troškova učestvuju državno organizacione jedinice, u dijelu planiranja, sprovođenja i kontrole izvršenja.

Zaključak

• Erozija zemljišta je prirodni fenomen prisutan na cjelokupnoj površini zemljišta, na čiji intenzitet direktan uticaj imaju ljudske aktivnosti i to kako u negativnom tako i u pozitivnom smislu .

• Borba sa erozijom i bujičnim tokovima je posebna stručna oblast koja je doživjela ekspanziju tokom posljednjih sto godina.Sanacija erozijom oštećenih zemljišta vrši se kombinacijom tehničkih i biotehničkih radova, ali i posebnim vidom borbe sa erozijom.

• Administrativne antierozione mjere primjenjuju se samo na onim područjima koja su prethodno proglašena ”erozionim područjem”. Takvo područje na kojem su erozioni procesi u labilnoj ravnoteži i nepravilno korišćenje može prouzrokovati naglo intenziviranje erozionih procesa.

• Zbog toga je neophodno identifikovati eroziona područja. To je složen posao koji zahtjeva analitičku obradu brojnih podataka na određenim prostorima.