RESEARCH PAPER
Estimation of erosion risk and water quality characteristics using computer simulation
 
More details
Hide details
1
Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego, Polska Akademia Nauk, ul. Doświadczalna 4, 20-290 Lublin 27, Poland
Publication date: 2020-05-27
 
Acta Agroph. 2000, (36), 3–88
KEYWORDS
ABSTRACT
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.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Ocena zagrożeń erozyjnych oraz charakterystyka jakości wód przy zastosowaniu symulacji komputerowej
zlewnia lessowa, erozja wodna, równanie USLE, model AGNPS, symulacja komputerowa
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.
eISSN:2300-6730
ISSN:1234-4125