Formy rzeźby fluwialnej

Procesy erozji, transportu i akumulacji rzecznej, determinowane takimi czynnikami jak budowa geologiczna, sytuacja hydrolo-giczna, pokrycie terenu etc., decydują o mor-fologii koryta i doliny rzecznej (ryc. 5.2).

Najczęściej w rzeźbie terenu dolin rzecznych wyróżnia się osobno formy erozyjne i aku-mulacyjne. Inny podział odnosi się do form korytowych i pozakorytowych. W niektórych publikacjach spotyka się też sformułowanie

„formy przykorytowe”, wskazujące ich miej-sce w strefie brzegowej. O ile wykształcenie form fluwialnych w obrębie dna doliny i jej zboczy niesie za sobą długoterminowy zapis zmian tendencji erozyjno-akumulacyjnych

[148]

cieku i co za tym idzie zmian środowisko-wych w zlewni, o tyle formy korytowe od-zwierciedlają aktualną równowagę dyna-miczną między wielkością przepływu i transportem rumowiska cieku. W warun-kach przepływów brzegowych i mniejszych, formy pozakorytowe nie tworzą się.

Ryc. 5.2. Schematyczna charakterystyka hydrolo-giczna zlewni i właściwości koryta rzecznego. Objaśnienia: 1 – częśd górna zlewni, 2 – częśd środkowa zlewni, 3 – częśd dolna zlewni, a – spadek zlewni, b – objętośd akumulowanego rumowi-ska rzecznego, c – przepływ wody, d – szerokośd koryta cieku, e – głębokośd koryta, f – średnia prędkośd przepływu, g – wielkośd ziaren materiału dennego.

Według: Church (1996)

Typowe kształty i charakterystyczne cechy koryt rzecznych służą klasyfikacji rzek, zawartych w każdym podręczniku do geomorfologii fluwialnej. Rozwinięte klasy-fikacje znaleźć można w popularnych książ-kach Schumma (1969), Morisavy (1985) lub Churcha (1996). Bardziej specjalistyczna publikacja Montgomery’ego i Buffingtona (1997) dotyczy samych koryt górskich, pu-blikacja Richardsona i Carlinga (2005) koryt skalnych, o dnie żłobionym w litym podłożu, a podręcznik Bakera i in. (1988) zajmuje się w ogólności odcinkami rzek noszącymi ślady modelowania powodziowego. W literaturze polskiej przegląd klasycznych podziałów rzek opublikowali Rachocki (1977) i w syn-tetycznym opracowaniu sedymentologicz-nym Zieliński (1998). W ujęciu rzek

gór-skich podobną pracę wykonał Radecki-Pawlik (2001). Zbiór metod służących typo-logii koryt przedstawili także Kaszowski i Krzemień (1986). Autorzy najczęściej wy-różniają rzeki żwirodenne i o dnie piaszczy-stym, rzeki jednokorytowe (także jednokory-towe wielonurjednokory-towe) i wielokoryjednokory-towe. Pod względem kształtu koryta w planie wydziela się koryta proste, kręte, meandrujące, ana-stomozujące, roztokowe i błądzące (ang.

wandering). Szerszą dyskusję nad kształtami koryt rzecznych wraz regionalnymi przykła-dami znaleźć można u Teisseyre’a (1991b, 1992). Cechy koryt rzecznych, w tym ich rozmiary i geometria, służyć mogą estymacji przepływów brzegowego lub powodziowego (Scheidegger 1974b, Wharton 1992, Heritage i in. 2003).

5.1.3.1. Formy korytowe

Do charakterystycznych cech każdego cieku naturalnego należy naprzemienne wy-stępowanie odcinków o mniejszej i większej prędkości przepływu wody. Badania trójwy-miarowego modelu zmian geometrii koryt meandrowych prowadzone przez Frothin-ghama i Rhoadsa (2003) potwierdzają, że największe zmiany prędkości przepływu występują powyżej wierzchołków i poniżej wierzchołków zakoli. Swoistą równowagę dynamiczną cieku odzwierciedla rozmiesz-czenie form korytowych. Zgodnie ze zmia-nami prędkości przepływu w korytach wy-stępuje układ naprzemiennych przegłębień i przemiałów (plos i szypotów), których od-ległości między sobą wynoszą z reguły tyle, co pięciokrotna szerokość koryta (ryc. 5.3).

Układ powstających form dennych zmienia się w zależności od cech struktural-nych rumowiska i prędkości przepływu wo-dy. Ich najbogatszy inwentarz cechuje duże rzeki o dnie aluwialnym, piaszczystym – są to podwodne zmarszczki, wydmy (diuny) ze zmarszczkami, wydmy (diuny) i antywydmy (antydiuny) (Gradziński i in. 1986). Fizyczny opis mechanizmu ich powstawania znajduje

[149]

się w polskojęzycznych tłumaczeniach pod-ręczników J.R.L. Allena (1977), P.A. Allena (2000) i innych pracach, np. klasycznych publikacjach Gradzińskiego (1973) czy Ka-rauńeva (1977).

Ryc. 5.3. Objaśnienia: 1 – charakterystyczne ele-menty koryta rzecznego w planie, na przekrojach zaznaczono strzałkami przeczny ruch wody, 2 – przekrój po-dłużny przez koryto rzeczne z uwypu-kleniem efektu odskoku hydraulicznego na odcinku plosa i zmian poziomu lu-stra wody, 3 – parametry morfome-tryczne koryta meandrowego, OD – oś doliny, L – długośd fali meandru, A – amplituda (rozpiętośd) meandru, b – szerokośd szyi meandru, λ – szerokośd zakola, h – wysokośd zakola, R – pro-mieo zakola meandru (wielkośd krzywi-zny zakola), B – szerokośd koryta, S – długośd zakola

Nagromadzenie aluwium, które wynu-rza się ponad lustro wody nazywane jest łachą lub odsypem. Formy te są stale kształ-towane przez rzekę i mogą przemieszczać się wzdłuż jej koryta. Wyjątek stanowią formy, jakie tworzą się i są aktywne wyłącznie pod-czas wysokich stanów wody. W sytuacji niskich przepływów może dojść do stabiliza-cji odsypów przez roślinność. Pod względem lokalizacji wydzielić można odsypy

zakolo-we (meandrozakolo-we), naprzemianległe, środko-we, powstałe przed przeszkodą lub za prze-szkodą. Wyróżnia się także odsypy roztoko-we i nieregularne. Odsypy mogą mieć prze-kroje płaskie, soczewkowe, z ostro ściętym krańcem od strony dystalnej lub ścięte na obu krańcach, mogą być także świeżo po rozmyciu (Radecki-Pawlik 2006). W obudo-wanych, sztucznie prostowanych korytach pospolite są z reguły odsypy środkowe, ce-chujące się lepszym wysortowaniem materia-łu od swoich odpowiedników w środowisku koryt naturalnych (Petts 1984).

Skala fluwialnych form akumulacyj-nych jest zróżnicowana. Do najmniejszych należeć mogą nagromadzenia pojedynczych otoczaków (ang. pebble cluster) (Teisseyre 1975, 1977a, Billi 1988, Giriat i in. 2008).

Największe z rozpoznanych we współcze-snym środowisku form powstawały podczas tzw. megapowodzi (Martini i in. 2002). Do takich epizodów zalicza się nagłe opróżnie-nie północnoamerykańskiego glacjalnego jeziora Missoula w schyłkowej fazie plejsto-cenu, kiedy przepływ fali powodziowej wy-nosił 2·10⁷ m³·s⁻¹ (5,5 tys. razy więcej niż przepływ Odry w lipcu 1997 r. we Wrocła-wiu) i sięgał poziomu 150 m ponad dno doli-ny. Pojedyncze transportowane otoczaki miały średnicę przekraczającą 20 m, a sedy-mentację transportowanych żwirów stwier-dzono w warstwie o miąższości 100–160 m, zalegającej w rowie ryftowym na dnie Pacy-fiku, oddalonym o 1000 km od ujścia rzeki Columbia (Baker 2002). Podobne zdarzenie dotyczyło jeziora Chuya w górach Ałtaj na południu Syberii, gdzie fala miała zbliżoną wartość przepływu, lecz sięgała na wysokość 400 m. Zachowane gigantyczne antywydmy mają tam do 20 m wysokości i 300 m długo-ści, a żwirowe odsypy wysokość nawet 120 m i długość do 5 km (Carling i in. 2002).

Wielkie paleopowodzie znane są także z obszaru Islandii, gdzie powstawały wsku-tek topnienia śniegu i lodowców pod wpły-wem procesów wulkanicznych. W północnej części lodowca Vatnajökull, między 2500 i 2000 lat temu, miał miejsce odpływ rzędu

[150]

0,7·10⁶ m³·s⁻¹ lub większy, tworzący wydmy wysokości 1–3 m i odsypy żwirowe 5 m wysokości (Waitt 2002). W czasach histo-rycznych podobne zdarzenia miały w pół-nocnej Islandii miejsce 12 października 1918 r. (przepływ szacowany na 1,5·10⁶ m³·s⁻¹) i 4–5 listopada 1996 (52 000 m³·s⁻¹).

W innych regionach świata megapowodzie dotknęły np. obszary północnej Syberii, czy depresję rzek Kuma i Manych, gdzie w póź-nym glacjale doszło do połączenia mórz Ka-spijskiego i Czarnego.

5.1.3.2. Formy pozakorytowe

Inwentarz form fluwialnych, jakie tworzą się w warunkach wezbraniowych poza korytem rzecznym, jest bogaty i mocno zróżnicowany pod względem skali w zależ-ności od typu rzek, budowy geologicznej i antropogenicznego przekształcenia zlewni.

Do szczególnych warunków przepływu poza głównym korytem należą mniejsza głębokość strumienia i wolniejszy z reguły przepływ, większa szorstkość podłoża i występowanie przeszkód terenowych. W wyniku erozji tworzyć się mogą nowe koryta poza głów-nym kanałem cieku: koryta przelewowe, czyli skróty wód powodziowych na cięci-wach zakoli, boczne, równoległe do koryta głównego koryta powodziowe²³, czy nowe koryto przejmujące funkcję starego podczas awulsji rzeki.

Akumulacja aluwium rzecznego poza korytem rzeki dokonuje się na powierzchni równi zalewowej, będącej niemal zawsze

23 Modelowym przykładem koryt bocznych są koryta typu Yazoo, biegnące na obszarze rozległej równi zalewowej na długim dystansie, równolegle do koryta głównego cieku, oddzielone od niego wyniesieniem wału przykorytowego (Ward 2004). Nazwa pochodzi od rzeki Yazoo w USA.

Meandrowy system koryt rzeki Yazoo i jej licz-nych dopływów przebiega wzdłuż rzeki Mississi-pi na dystansie 400 km z Memphis do Vicksburga – koryta cechują się niewielkim spadkiem po-dłużnym (11,4 cm·km⁻¹) i wykorzystują wspólną z Mississipi aluwialną powierzchnię równi zale-wowej o szerokości 34–150 km (Kolb i in. 1968).

najniższą terasą doliny. Szeroko stosowany podział na terasy zalewowe i nadzalewowe nie wydaje się przy tym właściwy. O pozio-mie wody decydują zpozio-mienne warunki hydro-logiczne, a nie kryterium morfologiczne i teoretycznie każda z teras lub jej fragmen-tów może być objęta zalewem.

Laboratoryjny eksperyment Bathursta (2002) potwierdza obserwacje, że w przy-padku koryta prostego osady pozakorytowe powstają po jego obydwu stronach w stosun-kowo regularnej formie (ang. berm) i wraz ze zwiększaniem prędkości przepływu rośnie szerokość pasa depozycji. W korytach mean-drowych depozycja zachodzi na całej po-wierzchni wewnętrznej zakoli (przy brzegach wypukłych). Największa depozycja dotyczy dolnej części zakola, tuż za zagięciem jego wierzchołka. Wyniki badań osadów pozako-rytowych aluwialnej rzeki Severn w Walii dowodzą także segregacji frakcjonalnej alu-wium wraz ze wzrostem odległości od brze-gu (Marriott 1992).

Wśród powstających form pozakory-towych wyróżnia się wały przykorytowe, wtórnie rozcinane krewasowo i powstające za nimi glify (stożki) krewasowe. Wały przykorytowe wznoszą się ponad normalny poziom rzeki, a ich dystalny do koryta grzbiet opada łagodnie w kierunku depresji, których poziom może znajdować się poniżej rzędnej rzeki i które pełnią funkcję basenów powodziowych. Schematyczny, uniwersalny w swojej wymowie przegląd form pozakory-towych rzek meandrujących, opracowany m.in. na podstawie interpretacji zdjęć lotni-czych dorzecza Warty i Parsęty, znajduje się w publikacjach Gonery i in. (1985) i Zwolińskiego (1992).

5.1.3.3. Przekształcenia morfologiczne wałów przeciwpowodziowych

Oddziaływanie wód wezbraniowych wpływa na przekształcenie form terenu stwo-rzonych przez człowieka. Na dynamiczne zmiany narażone są m.in. wały

przeciwpo-[151]

wodziowe, utrudniające rzece przystosowa-nie hydrauliczne koryta do warunków prze-pływu wielkiej wody. Większość ich uszko-dzeń powstaje w wyniku bezpośredniego rozmycia erozyjnego korpusu przez wodę przelewającą się przez koronę wałów. Roz-mycie takie w przypadku zwyczajnych grobli ziemnych następuje w bardzo krótkim czasie, zazwyczaj kilku-, kilkunastu minut. Pozosta-łe przypadki uszkodzeń powodowane są nadmiernym odkształceniem korpusu wału lub podłoża wywołanymi zjawiskami infil-tracyjnymi.

Do głównych rodzajów uszkodzeń wa-łów należą: zsuwy na skarpach, miejscowe deformacje, upłynnienie gruntu wraz z zsu-wem na skarpie, przebicie przez wkładki i podziemne kanały, zsuwy powodowane pęknięciami, zsuwy powodowane filtracją na styku starego i nowego wału lub na styku z podłożem oraz przebicia hydrauliczne w podłożu (Ochrona od powodzi...1997). Przy-czyną niepożądanych zjawisk infiltracyjnych w korpusie wałów mogą być gryzonie bytu-jące z reguły od strony nawodnej skarpy.

Wśród podziemnych nor wyróżnia się od góry strefę kserofitu (nory drążone przez susła lub dzikiego królika), strefę mezofitu (nornik, chomik), strefę higrofitu (nornik, kret) oraz strefę hydrofitu (karczownik, piż-mak, szczur wodny, wydra, bóbr).

5.2. Geomorfologia fluwialna