Optimální prostorová struktura větrolamů

Ing. Josef Kučera

Doctoral thesis

Optimal spatial structure of windbreaks

Abstract:

Práce se zabývá problematikou větrné eroze na území ČR, která zejména v posledních obdobích vlivem změn klimatu nabírá na důležitosti. Hlavním cílem disertační práce byla komplexní analýza rizik působení větrné eroze na území České republiky, jak z pohledu půdních a klimatických charakteristik, tak z pohledu prostorové struktury větrolamů a jejich efektivity v rámci stávajících i navrhovaných prvků protierozní ochrany. Práce navazuje na dlouhodobé studium potenciálu rozvoje větrné eroze a metody prostorového vyjádření náchylnosti území k větrné erozi. Hlavním cílem disertační práce bylo vytvoření nové mapy potenciální ohroženosti zemědělské půdy větrnou erozí se zohledněním prostorového uspořádání stávajících vegetačních bariér a vlivu jejich ochranných zón. Mapa zohledňuje potenciální ohroženost zemědělské půdy větrnou erozí podle půdních a klimatických charakteristik. Z půdních charakteristik zohledňuje ohroženost jak lehkých, tak i těžkých půd. Z klimatických charakteristik mapa zohledňuje vliv povrchu půdy (přísušky), větrné podmínky a nepříznivé podmínky v zimním období, které ovlivňují ohroženost těžkých půd. Mapa také zohledňuje náchylnost zemědělských pozemků k větrné erozi na základě jejich délky ve směru převládajících erozně nebezpečných větrů. Dále mapa zohledňuje ochranné zóny vegetačních bariér ve směru převládajících erozně nebezpečných větrů. Druhá část práce byla zaměřena na hodnocení vlivu prostorové struktury větrolamů na míru jejich účinnosti. Pro hodnocení účinnosti větrolamů byly využity tři přístupy: (1) stanovení pevných zón dle charakteru vegetační bariéry, (2) stanovení ochranných zón s využitím optické porozity, dle regresní rovnice a (3) stanovení ochranných zón s využitím rovnice využívající optickou porozitu a výšku větrolamu. Práce byla také zaměřena na hodnocení optické porozity větrolamu, kdy byly využity tři různé metody vyhodnocení: (a) z fotografie reprezentativní části větrolamu, (b) porovnání větrolamu se vzorovými větrolamy z katalogu větrolamů, (c) stanovení hodnoty podle tabulky a stavu větrolamu. Poslední část práce byla zaměřena na implementaci výsledků do softwarových aplikací. První aplikace je modul Větrná eroze ve stolní aplikaci AtlasDMT. Druhá aplikace se jmenuje Řízení rizika větrné eroze. Jedná se o webovou aplikaci na Geoportálu VÚMOP. Obě aplikace obsahují nástroje pro podporu navrhování větrolamů.

Abstract:

The thesis deals with the issue of wind erosion in the Czech Republic, which has been gaining importance especially in recent periods due to climate change. The main objective of the dissertation was a comprehensive analysis of the risks of wind erosion in the Czech Republic, both in terms of soil and climatic characteristics, as well as in terms of the spatial structure of windbreaks and their effectiveness within the existing and proposed elements of erosion control. The work builds on a long-term study of the potential for wind erosion development and methods of spatial expression of the susceptibility of the territory to wind erosion. The main objective of the dissertation was to create a new map of potential vulnerability of agricultural land to wind erosion, taking into account the spatial arrangement of existing vegetation barriers and the influence of their protection zones. The map takes into account the potential vulnerability of agricultural land to wind erosion according to soil and climatic characteristics. Of the soil characteristics, it takes into account the vulnerability of both sand and clay soils. In terms of climatic characteristics, the map takes into account the influence of the soil surface (subsidence), wind conditions and unfavourable winter conditions, which affect the vulnerability of heavy soils. The map also takes into account the susceptibility of agricultural land to wind erosion based on its length in the direction of the prevailing erosion hazard winds. In addition, the map takes into account vegetation barrier protection zones in the direction of prevailing erosion hazard winds. The second part of the work was focused on the evaluation of the influence of the spatial structure of windbreaks on their efficiency level. Three approaches were used to evaluate the effectiveness of windbreaks: (1) determination of fixed zones according to the nature of the vegetation barrier, (2) determination of protection zones using optical porosity, according to a regression equation, and (3) determination of protection zones using an equation using optical porosity and windbreak height. The work also focused on the evaluation of the optical porosity of the wind tunnel, using three different methods of evaluation: (a) from a photograph of a representative part of windbreaks, (b) comparison of windbreaks with sample windbreaks from a catalogue of windbreaks, (c) determination of the value according to the table and the condition of windbreaks. The last part of the work focused on the implementation of the results into software applications. The first application is the Wind Erosion module in the AtlasDMT desktop application. The second application is called Wind Erosion Risk Management. It is a web application on the VÚMOP Geoportal. Both applications contain tools to support the design of windbreaks.

Keywords

větrná eroze, protierozní opatření, větrolam, zemědělská půda, ochrana půdy

Keywords

agricultural land, wind erosion, erosion control measures, windbreak, soil protection

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 6. 2023

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Jana Podhrázská, Ph.D.
• Reader: Miroslav Dumbrovský, CSc., prof. Ing., Bořivoj Šarapatka, externi, Zlatica Muchová, externi

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Doctoral programme / field:
Ecology and Environmental Protection / Applied and Landscape Ecology