Modelling of vegetative filter strips in catchment scale erosion control

Abstract

Tämän työn tarkoituksena oli kehittää käytännöllinen menetelmä herkästi erodoituvien peltoalueiden kartoittamiseksi, eli niiden alueiden, jotka ovat optimaalisia paikkoja suojakaistoille. Samalla arvioitiin myös suojakaistojen tehokkuutta eroosion torjunnassa. Tutkimusalueiksi valittiin kaksi valuma-aluetta eri puolilta Suomea. Helposti erodoituvat alueet arvioitiin paikkatietojärjestelmällä yhdistämällä tiedot maalajista, maan käytöstä ja pellon kaltevuudesta. Suojakaistojen tehokkuutta arvioitiin ICECREAM-mallilla, joka on Suomen oloihin sovellettu versio CREAMS-mallista. Mallinnus tehtiin ilman suojakaistoja sekä lisäämällä peltoon 1 m, 3 m ja 15 m leveät suojakaistat. Ilman suojakaistoja tehtyjen malliajojen perusteella eroosion määrä riippuu lähinnä pellon kaltevuudesta. Maalajilla on suurempi vaikutus eroosion määrään kuin kasvilla. Suojakaistojen tehokkuudet vaihtelivat suuresti eri tilanteissa. Malliajojen tulokset yhdistettiin paikkatietojärjestelmään ja tulokseksi saatiin, että valuma-aluetasolla suojakaistojen teho eroosion vähentämisessä ojiin rajautuvilta pelloilta oli 50-89 %. Paikkatietojärjestelmään perustuvaa suojakaistojen paikan arviointia verrattiin kenttätutkimukseen, joka oli tehty toisella valuma-alueella. Molemmilla menetelmillä löydettiin ne alueet, joilta eroosio on suurinta, mutta menetelmien yhdistelmällä päästiin parhaaseen lopputulokseen.

The efficiency of vegetative filter strips to reduce erosion was assessed by simulation modelling in two catchments located in different parts of Finland. The areas of high erosion risk were identified by a Geographical Information System (GIS) combining digital spatial data of soil type, land use and field slopes. The efficiency of vegetative filter strips (VFS) was assessed by the ICECREAM model, a derivative of the CREAMS model which has been modified and adapted for Finnish conditions. The simulation runs were performed without the filter strips and with strips of 1 m, 3 m and 15 m width. Four soil types and two crops (spring barley, winter wheat) were studied. The model assessments for fields without VFS showed that the amount of erosion is clearly dominated by slope gradient. The soil texture had a greater impact on erosion than the crop. The impact of the VFS on erosion reduction was highly variable. These model results were scaled up by combining them to the digital spatial data. The simulated efficiency of the VFS in erosion control in the whole catchment varied from 50 to 89%. A GIS-based erosion risk map of the other study catchment and an identification carried out by manual study using topographical paper maps were evaluated and validated by ground truthing. Both methods were able to identify major erosion risk areas, i.e areas where VFS are particularly necessary. A combination of the GIS and the field method gives the best outcome.