KEREZSI György – KAJÁRI Balázs – TÚRI Norbert – KÖRÖSPARTI János – BOZÁN Csaba
Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ (NAIK) Öntözési és Vízgazdálkodási Kutatóintézet (ÖVKI) 5540 Szarvas, Anna-liget u. 35., e-mail: kerezsi.gyorgy@ovki.naik.hu
Bevezetés
A pilóta nélküli légijárművekkel (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) történő képalkotás hasznos segítséget jelenthet a mezőgazdasági táblán belül, vízgazdálkodási szempontból problémás területek felmérése és lehatárolása során. Lehetőséget teremt továbbá szennyezett helyek detektálására. A megfelelő időszakban végzett belvíz felmérés alkalmas arra, hogy az anomália tendenciákat kijelölje, különböző éveket összehasonlítson, vagy szatellit alapú monitorozást validáljon. A drónos rendszerekkel végzett légi fotogrammetriával nagy felbontású (szubdeciméteres) digitális terepmodellek alkothatók, amelyek új perspektívát jelentenek egy-egy mezőgazdasági táblán belüli vízelvezetés és tározás tervezéséhez. Erre alapozva nemcsak a káros víztöbblet hatásai küszöbölhetők ki, hanem a természetes csapadék jobb hatásfokú, helyben történő hasznosulása valósítható meg.
Irodalmi áttekintés
Magyarország (mintegy 7 millió 356 ezer hektárnyi) termőterületének jelentős része (5,3 millió ha) mezőgazdasági terület, amelynek optimális hasznosítása csak a termesztési igényeknek megfelelő és rendezett vízgazdálkodással valósítható meg (www.ksh.hu). Hazánk mezőgazdaságilag művelt területén kb. 1,9 millió hektárt veszélyeztet belvízelöntés (Pálfai, 2004). Hazánkban átlagosan évi 110 ezer ha-t borít belvíz (a rekord ~400 ezer ha kiterjedésű elöntés volt), amely csak a nyílt vizű elöntést jelenti. Az újabb irányelvek szerint a belvizek helyben tartása kiemelt cél ellenben a gyors elvezetéssel (hiszen ez a vízmérleg felborulásához, vízhiányhoz vezethet). A síkvidékek kiemeltebb (partosabb) hátsági területein sokszor lassítani kell a levezetést, amellyel a csapadék talajba szivárogtatásával a mélyebb területrészek mentesíthetők (Tamás, 2013). Síkvidéki területeken természetes állapotban összefüggő, a víz elvonulását biztosító, kifejezett mélyvonulatok nincsenek, bizonyos helyeken (pl. az eltemetett folyómedrek vonulatain) a mezo- vagy mikrodomborzati szinteltérések elegendők a csapadék gravitációs vezetéséhez. A szubdeciméteres geometriai pontosságú digitális magassági modell képzésével a terület vízrendezési terve el- vagy előkészíthető. A térinformatikai tervezés segítségével a csapadékhasznosulás elősegítése, a mélyebb fekvésű területekre tervezett felszíni tározással, ugyanakkor a káros víztöbblet levezetésével megoldható. Így lehetőségünk adódik egyrészt a talajban történő víztározás fokozására agrotechnikai beavatkozások alkalmazásával, az
112
aszályosabb időszakokban pedig a tározott belvíz alternatív vízforrásként felhasználásra kerülhet.
Anyag és módszer
A vizsgálat egy mezőgazdasági tábla UAS (Unmanned Aircraft System) rendszerrel történő digitális magassági modell alkotását és a terület mély pontjainak lehatárolását (alternatív vízvisszatartás lehetőségeinek vizsgálatát) mutatja be. A vizsgált mezőgazdasági tábla Szarvason a 75. számú Dögös-Kákafoki belvízrendszeren (2.10) belül található. Két blokként van nyilvántartva a terület. A nagyobb blokk 44,65 ha, a kisebb 7,59 ha. Az 1. ábra jobb alsó sarkában egy művelés alól kivett, 0,9 ha-os terület (tározó) látható, mely náddal benőtt. Ez a depresszió a terület legmélyebb térszíne, a táblán található eltemetett folyómeder maradványai is ebbe az irányba lejtenek.
1. ábra. A vizsgált terület átnézetes térképe (A), valamint a digitális magassági modell alapján lehatárolt relatív 100 méter alatti térszínek (B)
Figure 1. Overview layout of study area (A), and areas below relative 100 meters delineated by digital elevation model (B)
A vizsgálati terület a Békési-sík kistáj része, mely a Tiszántúl egyik legszárazabb térsége. Szarvas térségében az éves csapadék átlag 540 mm (max. 895 mm, min. 374 mm), amelyből a tenyészidőszakban átlagosan 285-300 mm (max. 538 mm, min. 165 mm) esik. A csapadék eloszlása az egyes évjáratokban, sőt éven belül is szeszélyesen alakul. Az ariditási index 1,3 érték körüli. A Szarvasi térség felszíne sík, az átlagos tengerszint feletti magasság 80,0-84,0 m közötti, K-Ny irányban enyhén lejt. A talajvíz sokéves közepes terep alatti mélysége a 4-8 méter. A mintaterületen szolonyeces réti talaj található, amelynek a vízgazdálkodási tulajdonságai kedvezőtlenek. Ez az ökológiai adottság a növények termesztése szempontjából jelentős, mivel nehezen elérhető vízforrást feltételez.
2018 októberében hajtottuk végre a drónos felvételezést a NAIK ÖVKI Trimble UX5 HP merevszárnyú drónjával. A drónon egy Sony Alpha 7R típusú mérőkamerával és 35
113
mm-es látószögű Voigtlander objektívvel, 36 megapixeles valós színes (RGB) felvételeket készítettünk. A Trimble Aerial Imaging szoftverben terveztük meg a repülést, és a felmérés során a Trimble Yuma 2 terepi tableten ugyanezzel a szoftverrel, valamint Google Maps-ról letölthető alaptérképpel követtük végig a felvételezést. A repülés 100 méter magasságban történt és a területről 830 db kép készült.
Az adatgyűjtés során keletkezett adatok feldolgozása
A digitális fotogrammetriai munkaállomáson először a Trimble Business Center (TBC) szoftverbe exportáltuk a tabletről a képeket és a JXL kiterjesztésű fájlt, amelyhez a T04 nyers metaadat fájl is kapcsolódik (ez tartalmazza a röppálya megtervezéséhez szükséges eseményjelzőkkel együtt a fedélzeti GNSS vevő adatait). Azután az antenna adatokat állítottuk be, amely Trimble UX5 HP Internal GNSS típust jelentett. A következő lépés a röppálya alapvonalának feldolgozása volt. Ezután mentettük a TBC projektet. Ennek eredményét, az UASMaster szoftverre vezettük át. A programban végezzük el a fotogrammetriai feldolgozást. A legfontosabb lépés ebben a programban a blokkok illesztése (block adjustment) volt, majd ezt követően TBC szoftverrel ortomozaikot, digitális felszínmodellt (DSM) és pontfelhőt állítottunk elő.
A digitális magasság modell (DEM) szerkesztés metodikája
A pontfelhő LAS kiterjesztésű adatát használtuk a digitális magassági modell előállításához. Ennek a feldolgozását az ArcGIS 10.4 szoftverrel végeztük. A vizsgálati területünkre közel 300 millió pont került feldolgozásra, melyből területi statisztikát számoltunk. Az ortofotó mozaikból készült LAS fájl abban is különbözik a lézerszkennelt LAS állománytól, hogy a visszatérési idejük alapján nem lehet szűrni a pontokat (Returns értékek egységesek). A fényképezéssel a teljes lefedett területről nyerünk információt, melynek sűrűsége a geometriai felbontás függvénye. A lézerszkennelt LAS fájlban tovább osztályozhatjuk a pontokat, esetünkben mivel magassági modellt képeztünk, csak egy osztályra van szükségünk. A pontok interpolációját távolsággal fordítottan arányos súlyozással (Inverse Distance Weighting) végeztük. A kimeneti raszter felbontásának értékét a LAS fájl pontjai közötti távolsággal (Ground sampling distance) adtuk meg, melynek eredményeként létrejött DEM raszter egy cellájának oldalmérete 0,04 méter, és természetesen minden cellához magassági érték is tartozik.
Eredmények és értékelésük
A drónos felvételezés feldolgozásának eredményeként létrehozott digitális magassági modell cellamérete 0,16 dm. A felvételezett terület 37,16 hektár volt. Az 1. ábra fekete színnel mutatja a terület relatíve alacsonyabban fekvő térszínét. Ennek összterülete 1,43 ha, térfogata 2970 m3. A felvételezés idején a nád levágására nem volt lehetőségünk, így a 0,9 ha területű medencéről a nád (kb. 1,5-2 m) magassági adatait tartalmazza a modell.
Ennek térbeli leválogatása további GIS műveleteket igényel. A medencén belüli fekete pontok jelzik a terület mély fekvését. Eredményeink alapján az általunk alkalmazott módszer felhasználható a mezőgazdasági területeken található, tározásra alkalmas terepi mélyedések detektálására.
114
Szarvas környékén a vizsgálataink során nagy számban találtunk hasonló terepi mélyedéseket. A 2. ábrán Szarvas körül egy 20 km átmérőjű területet jelöltünk ki és lehatároltuk a kisebb mélyfekvésű (medence jellegű) területeket, melyek száma 354 db.
A 2. ábrán 2,5D-ben láthatjuk, hogy a medence és az eltemetett meder között van egy magasabb terület, amit nyíllal jelöltünk meg. Ez az 1-1,5 méteres szintkülönbség arra éppen elég, hogy a belvizes időszakban (pl. fagyott talajállapot utáni gyors olvadáskor) a víz lefolyását a medencébe megakadályozza. Ennek eredményeként az eltemetett mederben gyűlik össze és a termesztett kultúrákban kárt tesz.
2. ábra. Az eltemetett folyómeder és a kistározó közötti szintkülönbség (A), Szarvas körzetében található kisebb mélyfekvésű, medence jellegű területek (B)
Figure 2. Elevation difference between dead riverbed and small reservoir (A), lower-lying, basin-like areas around Szarvas city (B)
Következtetések
A belvízvédelem hagyományos módja a gyors levezetés. A terület vízgazdálkodása szempontjából ez a megoldás semmiképp sem ideális. Síkvidéki területeken a mezőgazdasági földhasználatból származó tápanyag terhelés jelentős lehet a befogadókban, ott ahol intenzív belvízelvezetés történik. Ez az egyik oka annak, hogy a belvizeknek az adott területen való visszatartása miért fontos feladat. A másik ok az, hogy a belvizek gyors levezetése esetén az aszályos időszakban a terület vízpótlása csak külön infrastruktúra segítségével lehet megoldani. A belvizek visszatartásával (mederbeni, természetes vagy létesített vizes élőhelyeken, talajban történő tározással) és hasznosításával a vízhiányos időszakok hossza csökkenthető. A víz visszatartása történhet művelési ág váltással, vagy agrotechnikai módszerek helyes megválasztásával és oly módon is, hogy a mélyebb fekvésű területekről korlátozzák az elfolyást. Ezeknek a területeknek az ökológiai szolgáltatásai is megváltoznak, hiszen a vízborítottság miatt fokozatosan vizes élőhellyé alakulnak, amennyiben biztosítjuk az időszakos vízellátáson túl a folyamatos utánpótlást. Az intézkedés tehát természetvédelmi célokat is szolgál. A helyben tározott többletvíz felhasználásakor a vízminőségi kérdésekre vonatkozó intézkedések is előtérbe kerülnek. Az okszerű belvízgazdálkodáshoz elengedhetetlen
115
lesz a pontszerű és diffúz szennyező források felderítése és lehetséges lokalizálása, hiszen vízminőség-kárelhárítási beavatkozásokat lehetőség szerint el kell kerülni.
Mélyreható kutatásokat igényel a szennyezések kizárásának, a tározott víz kezelésének (pl. létesített vizes élőhelyeken) és a szükség szerinti vízfrissítés-vízpótlás megoldásának kérdése.
Összefoglalás
Dolgozatunkban arra törekedtünk, hogy bemutassuk a mélyfekvésű területek légi fotogrammetria segítségével történő lehatárolásának módszertanát, mellyel hozzájárulhatunk a belvizek visszatartásának megvalósításához (alternatív vízvisszatartás). Ehhez az egyik leginkább kézenfekvő megoldás a belvizek helyben tartása vagy a vonalas létesítmények mentén és/vagy a területen (pl. tározás, talajba szivárogtatás stb.). 2018 októberében hajtottuk végre a felvételezést a NAIK ÖVKI Trimble UX5 HP merevszárnyú drónjával. Leválogattuk a relatív 100 méter alatti területeket, és meghatároztuk a kiterjedését és térfogatát. Szarvas 20 kilométeres körzetében lehatároltuk a hasonló adottságú medencéket, tározókat (több mint 350 db található). A vizsgálatainkhoz alkalmazott dróntechnika lokális vizsgálatokra kitűnően alkalmas, ugyanis viszonylag gyorsan be lehet repülni a területet. Az eredményeink alapján látható, hogy a bemutatott módszertan alkalmas a mélyfekvésű területek lehatárolására és lokális szinten gyors és megbízható megoldást ad a vízvisszatartási lehetőségek felméréséhez és tervezéséhez. A digitális magassági modell alapadatként szolgálhat a terület hidrológiai modellezéséhez.
Kulcsszavak: légifelvételezés, digitális domborzati modell, víztározás, belvíz Köszönetnyilvánítás
A kutatás a „Mezőgazdasági vízgazdálkodás fejlesztését (öntözéses gazdálkodás, belvízgazdálkodás, földhasználat racionalizálás) célzó kutatások” c. Agrárminisztérium által finanszírozott O14230 sz. projekt támogatásával készült.
Irodalom
Pálfai I.: 2004. Belvizek és aszályok Magyarországon: hidrológiai tanulmányok. Budapest, Közlekedési dokumentációs Kft., 99 p.
Tamás J.: 2013. Gazdálkodás belvizes és aszályos területeken. Budapest, Nemzeti Agrárgazdasági Kamara, Szaktudás Kiadó Ház, (ISBN 978-615-5224-39-3) 103 p.
116