Wykład 1 - Diagnoza środowiska przyrodniczego PDF

Prof. Weckwerth Wykład 1 Diagnoza środowiska przyrodniczego 1. Mechanizmy funkcjonowania przyrody i jej zasoby 2. Główne elementy struktury przestrzennej środowiska przyrodniczego 3. Zagrożenia środowiska przyrodniczego wywołane antropopresją 4. Koncepcja ochrony 5. Potrzebne rozwiązania prawno-orga...

Prof. Weckwerth Wykład 1 Diagnoza środowiska przyrodniczego 1. Mechanizmy funkcjonowania przyrody i jej zasoby 2. Główne elementy struktury przestrzennej środowiska przyrodniczego 3. Zagrożenia środowiska przyrodniczego wywołane antropopresją 4. Koncepcja ochrony 5. Potrzebne rozwiązania prawno-organizacyjno-ekonomiczne AD 1. Czynniki abiotyczne Zasoby kopalin Warunki geologiczno-glebowe Ukształtowanie geomorfologiczne Wpływ uwarunkowań geomorfologicznych na zagospodarowanie terenu poprzez wyznaczanie granic możliwości eksploatacji powierzchni Rozpoznanie warunków przyrodniczych obejmuje analizę: -ukształtowania powierzchni (morfograficzno-morfologiczną, genetyczną i wiekową) -rozmieszczenia form geomorfologicznych -występowania procesów geodynamicznych Do najważniejszych obserwacji należą: -odczytywanie rzeźby i morfologii terenu -rozwój sieci hydrograficznej -ustalenie głębokości zwierciadła wód podziemnych -stwierdzenie procesów geologicznych -określenie stanu zagospodarowania terenu Źródła Mapy rzeźby terenu Mapy geomorfologiczne Kartowanie szczegółowe do zarządzania zasobami środowiska Zastosowanie map geomorfologicznych w planowaniu i rozwoju gospodarczym: 1. Użytkowanie terenu 2. Rolnictwo i leśnictwo (erozja) 3. Podziemne i powierzchniowe inwestycje inżynieryjne 4. Zasoby i eksploatacja zasobów naturalnych: badania geologiczne- kopanie i wydobycie- ocena szkód powydobywczych- rekultywacja kopalni- obszary ruchów masowych i subsydencji- wyznaczanie i tworzenie obszarów pod wysypiska odpadów Szczegółowa mapa geologiczna Polski w skali 1:50 000 Mapa geologiczno-gospodarcza Polski Mapa geośrodowiskowa Polski Warstwy tematyczne: -złoża kopalin -wody -zagrożenia powierzchni ziemi -warunki podłoża -ochrona środowiska 14.11.2023 Wietrzenie Degradacja podłoża i ochrona Dezintegracja materii skalnej, a z drugiej strony zmiany chemiczne Kwaśne deszcze- kras podziemny i powierzchniowy Wietrzenie biologiczne Front wietrzeniowy (miąższość pokrywy zwietrzelinowej na świecie) Wietrzenie większe w klimacie wilgotnym Skala wietrzenia (0-9) Zapobieganie procesom wietrzenia: -odpowiedni projekt - odpowiednia konserwacja - oczyszczanie (mycie, abrazja, czyszczenie mechaniczne lub chemiczne); - zabezpieczenie powierzchni (wypełnianie ubytków, poprawa kohezyjności materiału, zmniejszenie porowatości), - ochrona klimatyczna – np. zmniejszenie emisji zanieczyszczeń na danym obszarze Stoki: Degradacja, ochrona, rekultywacja Rozbryzg – działalność erozyjna kropel deszczu Spłukiwanie powierzchniowe – zmyw warstwowy Spłukiwanie linijne - > erozja wąwozowa Erozja wąwozowa Ruchy masowe (klasyfikacja i kryteria) -rodzaj skały lub gruntu w podłożu - mechanika i przyczyna ruchu - geometria zbocza i osuwiska - rodzaj materiału, kształt poślizgu, rozmieszczenie rumoszu po zakończeniu ruchu oraz wilgotność gruntu Rozmieszczenie osuwisk w Polsce: -Karpaty (94-95% osuwisk), - doliny rzeczne (ich zbocza) - wybrzeża klifowe Ochrona i rekultywacja – przyjmujemy nachylenia stoków Monitorowanie stoków podatnych na osuwiska Nachylenie zbocza (uproszczona ocena zagrożenia osuwiskowego wg kąta nachylenia zbocza) 15 zbocza mało stabilne Główne przyczyny osuwisk: -budowa geologiczna: + słaby i wrażliwy materiał +zwietrzały materiał +rozdrobniony i spękany materiał +zróżnicowanie przepuszczalności i sztywności materiału +orientacja nieciągłości +trzęsienia ziemi +wybuchy wulkanów -uwarunkowania geomorfologiczne +wypiętrzenia tektoniczne lub procesy wulkaniczne +rzeczne, morskie lub glacjalne erozje stopy zbioczy albo bocznych krawędzi brzegów +podziemna erozja – rozpuszczanie, płynięcie, sufozja +usuwanie roślinności +odtajanie i soliflukcja +przemarzanie i odmarzanie zwietrzeliny, gruntu +pęcznienie i kurczenie zwietrzeliny, gruntu +obciążanie skarp - intensywne i/lub długotrwałe opady atmosferyczne połączone z powodziami i wzmożoną erozją boczną rzek oraz gwałtowne topnienie pokrywy śnieżnej wczesnąwiosną. -działalność człowieka: +rozcinanie i podcinanie stoków +nadmierne obciążenie stoku przez wznoszone obiekty budowlane lub nasypy +obniżanie poziomu wód lub zbiorników +nawadnianie +oddziaływania dynamiczne: wibracje i wstrząsy powodowane przez prace ziemne i ruch pojazdów +górnictwo +pęknięcia rur kanalizacji wodnej +niewłaściwe projektowanie skarp +zmiana użytkowania terenu (np. wycinanie drzew na stokach, orka) – wpływa na zmiany obiegu wody w gruncie Morfologia i tektonika Kąt nachylenia powierzchni: -osuwiska istnieją lub tworzą się często na stokach o nachyleniu 9-14 stopni -mniej podatne są stoki o nachyleniu 15-25 stopni -podatność maleje przy nachyleniu większym w karpatach (budowa fliszowa) Opady: Osuwiska powstają i odżywają w latach mokrych i opadzie rocznym >1000mm Intensywność opadów mała ale długotrwała i ograniczona ewaporacja (niskie temperatury) Opady obniżają napięcie powierzchniowe, usunięcie powietrza z porów, zmniejszenie spójności; usunięcie spoiwa; zapoczątkowanie zmian wietrzeniowych; zwiększenie ciężaru właściwego gruntu; podniesienie się piezometrycznego poziomu wód gruntowych, zwiększenie ciśnienia porowego i zmniejszenie wytrzymałości na ścinanie. Określenie przyczyn i genezy ruchów masowych: Ruch zbocza wywołują procesy, które wpływają na: -wzrost naprężenia ścinającego -redukcja wytrzymałości na ścinanie Wzrost naprężenia (osłabienie lub dociążenie zbocza) -erozja wywołana działaniem rzeki, lodu, wietrzenia -osiadanie poprzedzające poślizg lub obryw -zjawiska wywołane działalnością człowieka -ciężar wody z opadów deszczu lub śniegu -budowa fundamentów, składowisk odpadów, budynków, nasypów Obniżenie wytrzymałości na ścinanie: -zmiana tekstury skał -osłabienie i niejednorodność strukturalna skał -reakcje fizyczne i chemiczne -zmiany sił międzycząsteczkowych -zmiany w szacie roślinnej Zakres rozpoznania zbocza i ruchu Celem jest dostarczenie szczegółowych danych dla modelu do obliczeń stateczności zbocza lub ułatwienie wyboru metody obliczeń Zakres badań: -określenie morfologii -rozpoznanie warunków geologicznych i hydrogeologicznych -zbadanie wytrzymałości skał i masywu. Stabilność stoku – równowaga graniczna -znany jest kształt i położenie powierzchni poślizgu -w przypadku różnej od prostoliniowej powierzchni poślizgu potencjalną bryłę osuwiskową dzieli się na bloki o ścianach pionowych -miarą stateczności jest wskaźnik stateczności Pokrywa glebowa: degradacja, ochrona, rekultywacja, renaturalizacja Degradacja fizyczna – strata masy gleby w wyniku procesów erozji Chemiczna – strata składników pokarmowych roślin, nagromadzenie się substancji szkodliwych oraz zakwaszenie i zasolenie gleby Biologiczna – zmniejszanie się zawartości substancji organicznej i niekorzystne zmiany w składzie mikroflory i mikrofauny glebowej, mikroorganizmy szkodliwe dla roślin. Stopień podatności gleb na procesy degradacyjne Bardzo podatne – gleby pyłowe, szczególnie lessy Silnie podatne – piaski luźne i rędziny kredowe Średnio podatne – żwiry i piaski gliniaste Słabo podatne – gliny lekkie i gliny średnie Odporne – gliny ciężkie, iły i gleby szkieletowe Globalne rozmiary degradacji gleb Pow w mln ha Wodna- Azja (1 miejsce na świecie) Wietrzna – Azja (2 miejsce na świecie) Chemiczna – Azja, Am. Południowa, Afryka Fizyczna – Europa Średnie roczne straty zmytej gleby w warunkach polskich zestawione z innymi dla kontynentów: 715 t/km2 – Afryka 76 t/km2 – Polska Degradacja gleb – pogorszenie właściwości chemicznych, fizycznych i biologicznych gleb oraz spadek ich aktywności biologicznej, które powodują zmniejszenie ilości oraz jakości pozyskiwanej biomasy roślin. Dewastacja gleb – całkowita utrata wartości użytkowych gleb. Strategia Tematyczna Ochrony gleb (zagrożenia): -pustynnienie -erozja -spadek zawartości materii organicznej -zanieczyszczenie gleby -zasklepianie gleby -zagęszczanie gleby -spadek różnorodności biol. -zasolenie -powodzie i osuwiska Ochrona: 1. Przeznaczenie gleb produktywnych na cele nierolnicze i nieleśne, wyłączenie z użytkowania 2. Procesy naturalnej degradacji intensyfikowane przez działalność człowieka: -erozja wodna i wietrzna -osuwiska -pustynnienie i stepowienie 3. Degradacja antropogeniczna: -geomechaniczna -hedrologiczna -chemiczna -inne - biologiczna, zanieczyszczenie mechaniczne Erozja – to niszczenie powierzchniowej warstwy gleby, polegające na dezintegracji jej struktury i mechanicznym przemieszczaniu cząstek glebowych pod wpływem działania sił wody lub wiatru Wodna- związana jest ze zmywaniem przez wodę cząstek gleby na terenach pochyłych, czemu towarzyszy powstawanie osadów deluwialnych i aluwialnych w miejscach położonych niżej. Zagrożenie erozją wodną: 1 słaba- częściowe zmywanie poziomu orno-próchnicznego 2 umiarkowana – zmywanie poziomu o-p miejscami złobienia poniżej 3 intensywna – erozje silniejsze 4. silna – niszczenie całego profilu gleby, miejscami podłoża 5. b. silna – niszczenie profilu gleby i podłoża, rozczłonkowanie się reliefu Czynniki zagrożenia erozją wodną -uwarunkowania geomorfologiczne – wielkość spadków terenu, długość stoków i inne -gatunek i rodzaj gleby -wielkość i intensywność opadów atmosferycznych Zapobieganie erozji wodnej Metody techniczne: -odpowiednie urządzanie działek i pól -budowa przeszkód i grobli zmniejszających prędkość spływu wody -budowa zbiorników retencyjnych, wałów, rowów, kanałów, drenowanie Metody fitomelioracyjne: -odpowiednie użytkowanie terenu poprzez wprowadzanie roślin ograniczających powierzchniowy spływ wody Metody agrotechniczne: -poprzeczno-stokowa uprawa roli -poprawa struktury gleby -poprzeczno-stokowy kierunek siewu i sadzenia roślin -odpowiedni dobór i następstwo roślin w płodozmianie -stosowanie traw i ich mieszanek z roślinami motylkowatymi -odpowiedni termin siewu Stan zakwaszenia gleb w Polsce 35% gleb uprawnych w Polsce – gleby kwaśne i silnie kwaśne 26% lekko kwaśne Odczyn gleb leśnych w Polsce jest bardziej kwaśny niż uprawnych Erozja eoliczna: Zakładanie i pielęgnowanie śródpolnych pasów zadrzewień i zakrzaczeń -stałe utrzymywanie gleby pod okrywą roślinną -przykrywanie na okres wczesnej wiosny materiałami mulczującymi powierzchnie gleb przeznaczone pod rośliny późnego siewu lub sadzenia (ziemniak, kukurydza). Czynniki zagrożenia erozją wietrzną: -rodzaj i gatunek gleby -czynniki geomorfologiczne i rzeźba terenu -siła wiatru -wilgotność gleby -rodzaj pokrywy roślinnej -sposób użytkowania terenu Pustynnienie (desertyfikacja) – naturalny lub antropogeniczny proces nieodwracalnych zmian gleby i roślinności na obszarach suchych, prowadzący w kierunku ich aridyzacji i zmniejszania produktywności biologicznej. Skutki: -zmiany klimatu -zanik wód podziemnych -wysychanie źródeł -kurczenie się jezior Itd. Pustynie pochłaniają rocznie prawie 6 mln ha Izolinia 200 mm rocznie – wyznacza granicą obszarów pustynnych (średnie roczne sumy opadów) 21.11.2023 PW Stepowienie - ubożenie w opady strefy umiarkowanej leśnej i lasostepowej przez nadmierną intensyfikację rolnictwa Czynniki sprzyjające stepowieniu: - pożary, obniżanie poziomu wód gruntowych - klimat - trwały wieloletni spadek ilości opadów - dominują tam biocenozy trawiaste Czynniki wpływające na zagrożenie erozją: - grupy gleb - rzeźba terenu - lesistość - rodzaj użytków rolnych Uniwersalne równanie strat glebowych pozwala USLE ocenić ilość masy gleby wyerodowanej w ciągu roku w zlewni, w wyniku działania spłukiwania powierzchniowego i liniowego określić miejsca zagrożone zidentyfikować czynniki odpowiedzialne z a erozję pomóc w podjęciu odpowiednich zabiegów Zagospodarowywanie stoków do budownictwa wiejskiego najkorzystniejsze są tereny o spadku do 16% (7o) dla terenów pod ośrodki produkcyjne do 8% w rolnictwie do 3o na gruntach 6-12o należy stosować zabiegi przeciwerozyjne  na gruntach powyżej 20% powinno się zalesiać korzystne jest zastąpienie uprawy płużnej uprawą bezorkową zaleca się głęboszowanie na terenach zagrożonych erozją wodną W dolinach spływowych stosuje się: przegrody piętrzące studnie chłonne kieszenie wodnopiaskowe Ważne jest stosowanie międzyplonów w celu zwiększenia udziału gleb z pokrywą roślinną w okresie jesienno-zimowym Koryta rzeczne i dna dolin: degradacja ochrona i rekultywacja Środki zaradcze przeciwko zamulaniu transfer rumowiska po dnie z wykorzystaniem prądów gęstościowych płukanie rumowiska wypompowywanie pogłębianie Podział równiny zalewowej: 1. przykorytowa strefa depozycji aluwiów 2. zewnętrzna strefa depozycji aluwiów Stan równowagi dynamicznej - stabilność dynamiczna koryta obliczana przez zależność Lane’a Ocena hydrodynamiczna koryta rzecznego Przebieg zmian morfodynamicznych wymaga określenia: - oporów przepływu - charakterystyki pokrywy dna szorstkiego - kształtu ziarna i charakteru zjawisk związanych z przejściem wód wezbraniowych Ocena parametryczna zmia morfodynamicznych pozwala na: - scharakteryzowanie odcinków profilu podłużnego cieku z przewagą transportu rumowiska - odcinków o równowadze dostawy i odprowadzania - odcinków o przerwie akumulacji - wybór właściwej regulacji cieku lub deregulacji na podstawie analizy równowagi hydrodynamicznej Regulacje rzek i potoków - zespół wzajemnie współdziałających budowli kształtujących układ przepływu wody w rzece w celu poprawy warunków hydraulicznych przepływu wody ruchu rumowiska i pochodu lodu. Znikanie elementów budowli hydrotechnicznych doprowadza do dewastacji koryta 28.11.2023 PW Cele i zasady regulacji koryt rzecznych: ochrona przeciwpowodziowa ochrona infrastruktury przed erozją rzeczną zmiana stosunków wodnych na terenach przyległych umożliwienie poboru i zrzutu wody renaturyzacja Rodzaje i systemy regulacji: 1. ochrona stoków i zabudowa potoków górskich 2. obudowa właściwego koryta dla niskich, średnich i wysokich stanów wody 3. ochrona przeciwpowodziowa Regulacja systematyczna - obejmuje cały bieg cieku Wyróżnia się 3 rodzaje regulacji rzek: poprzeczne (ostrogi: prostopadłe, zaprądowe, podprądowe, łamane, T) podłużne (tamy równoległe do kierunku przepływu, przetamowania, opaski, umocnienia brzegu, kierownice) mieszane Budowle i prace regulacyjne: wyrównanie podłużnego spadku regulacyjnego projektowanie krzywizny łuków umocnienia brzegów i dna koryta zapory przeciwrumowiskowe progi i stopnie budowle regulacyjne (poprzeczne i podłużne) budowle przepuszczalne zabudowa starorzeczy zbiorniki retencyjne wały ochronne, mosty i przepusty Degradacja geomechaniczna gleb polega na częściowym lub całkowitym zniszczeniu powierzchni gruntu. Niekorzystne zmiany krajobrazu i litosfery Zwałowiska - hałdy zewnętrzne i wewnętrzne W Polsce wydobywa się około 400 mln ton surowców skalnych Oddziaływanie górnictwa surowców skalnych na środowisko: przekształcenia rzeźby terenu dewastacja i degradacja gleb zmiany stosunków wodnych zmiany jakości wód i powietrza zmiany lokalnego mikroklimatu Przekształcenia rzeźby terenu:  - powstawanie nowych form: usypiska, zwałowiska, wyrobiska, odsłonięcia - lokalne dominanty krajobrazowe Klasyfikacja terenów rekultywowanych z uwzględnieniem rzeźby terenu: 1. W odniesieniu do wysokości obiektów: niskie, średniowysokie, wysokie, bardzo wysokie 2. W odniesieniu do nachylenia stoków: S1 pochyłe, S2 bardzo strome, S3 urwiste Geometria obiektów - typy wyrobisk: - wgłębne - stokowo-wgłębne - stokowe - wierzchowinowe - wierzchowinowo-wgłębne Działania naprawcze podejmowane w ramach rekultywacji obszarów przekształconych działalnością górniczą: - Rewaloryzacja krajobrazu - odnowa i podniesienie wartości - rekonstrukcja krajobrazu - wtapianie w otoczenie - konserwacja krajobrazu - kreacja krajobrazu - kształtowanie nowych form rzeźby terenu oceny właściwości gruntów podlegających rekultywacji: badania mineralogiczne badania właściwości fizycznych badania właściwości chemicznych Przydatność do rekultywacji - 4 klasy: A) >75 LB B) 50-75 LB C) 20-50 LB D)