Rekonstrukcja tempa migracji bocznej koryta rzeki Małej Panwi na podstawie datowań kłód i drzew

(1)

Rekonstrukcja tempa migracji bocznej koryta rzeki Ma³ej Panwi

na podstawie datowañ k³ód i drzew

Ireneusz Malik*

Reconstruction of lateral migration rate of the Ma³a Panew River bed based on Course Woody Debris and tree dating (SW Poland). Prz. Geol., 50: 454–457.

S u m m a r y. The flood plain of the meandering Ma³a Panew River is covered primarily with the tree genus Pinus sylvestris. During high discharges these trees fall into the river bed because of cutting its banks. The fallen trees (Course Woody Debris – CWD) enable to mea-sure the rate of bank erosion. The pines covering the flood plain were planted. They grow at equal distances from each other. When a tree falls into the river bed, information is obtained as for the extent of flood plain erosion. Construction of the local dendrochronological scale allows to date CWD in the river bed. If the age of CWD and the surface of eroded flood plain taken up by one fallen tree is known, the rate of lateral migration can be calculated. The results obtained from two sites were 0.05–0.15 m/one year.

The other way of reconstruction of lateral migration is dating of trees growing on varying in age levels of meandering bars. These lev-els are covered primarily with the tree genera Alnus glutinosa, Alnus incana. The oldest trees within every level give information about the minimum level age allowing to reconstruct the rate of lateral migration. The value obtained for two sites of the Ma³a Panew River was 0.47–1.07 m/one year.

Key words: meandering rivers, lateral migration, dendrochronological scale, tree rings, Course Woody Debris

K³ody i drzewa mog¹ byæ noœnikami informacji pale-ogeograficznych. W sprzyjaj¹cych warunkach k³ody ule-gaj¹ zagrzebaniu w aluwiach, a nastêpnie fosylizacji. Stanowi¹ one wtedy wartoœciowy materia³ do badañ radio-wêglowych i dendrochronologicznych (Kr¹piec, 1992). Wyniki tych badañ s¹ wykorzystywane do rekonstrukcji etapów formowania dolin (Kalicki & Kr¹piec, 1994).

Lasy i zagajniki nadrzeczne porastaj¹ce dno doliny lub terasy mog¹ byæ wskaŸnikiem wieku form rzeŸby fluwial-nej (Sigafoos & Hendricks, 1961; Sigafoos, 1964; Hupp, 1984). Coroczne przyrosty s³ojów pozwalaj¹ okreœliæ wiek drzew, co datuje porastane przez nie powierzchnie. Wiek najstarszych drzew porastaj¹cych jednolity genetycznie poziom wyznacza nie m³odszy ni¿ one pocz¹tek funkcjo-nowania tego poziomu. W rzekach meandruj¹cych z zara-staj¹cymi ³achami brzegowymi mo¿na okreœliæ minimalny wiek tych ³ach i na tej podstawie tempo migracji bocznej koryta.

Piaszczystodenna Ma³a Panew

przep³ywaj¹ca na odcinku ponad 20 km przez zwarty kompleks leœny, stanowi jeden z nielicz-nych w Europie Œrodkowej poligonów do badañ zmian przebiegu koryta rzecznego przez dato-wanie drzew i k³ód. Przep³ywa ona meandruj¹c przez Nizinê Œl¹sk¹, jej Ÿród³owy odcinek jest zlokalizowany na Wy¿ynie Œl¹skiej (ryc. 1). Rzeka ma ustrój gruntowo-deszczowo -œnie¿ny (Dynowska, 1971). Odwadnia ona obszar 2037 km2_{, jej d³ugoœæ wynosi 131 km.}

Teren badawczy zosta³ zlokalizowany w gór-nym odcinku rzeki, gdzie wyznaczono cztery stanowiska (ryc. 2).

Œrednia roczna suma opadów w badanym obszarze waha siê od 650–750 cm/rok. Koryto ma œrednio 10 m szerokoœci i do 2 m g³êbokoœci. Najczêstsze stany wody Ma³ej Panwi w bada-nym odcinku wynosz¹ 40–70 cm, zdarzaj¹ siê

jednak wezbrania, podczas których przekraczaj¹ one 300 cm. To w³aœnie podczas wezbrañ dochodzi do erozji brze-gu wklês³ego. W czasie opadania fali wezbraniowej mate-ria³ jest deponowany po wypuk³ej stronie koryta. W ten sposób koryto rzeki migruje bocznie. Pod wp³ywem migra-cji bocznej drzewa tworz¹ce las nadbrze¿ny s¹ obalane do koryta. Obalone drzewa zalegaj¹ w korycie jako k³ody modyfikuj¹c procesy erozji, transportu i sedymentacji (Gurnell & Sweet, 1998; Kaczka, 1999). K³ody s¹ tak¿e œwiadectwem czynnej erozji bocznej brzegu (Gurnell i in., 1995; Rachocki, 1978). Jako termin „k³oda” w pracy tej przyjêto uznawaæ fragmenty martwych drzew o d³ugoœci co najmniej 1 metra i œrednicy mierzonej w ich po³owach nie mniejszej ni¿ 10 cm (Van Sincle & Gregory, 1990).

Wiêkszoœæ k³ód zalegaj¹cych w korycie Ma³ej Panwi pochodzi z obalenia sosen. Na stanowisku numer 1 szeœæ powalonych sosen (Pinus sylvestris) zalega pod krawêdzi¹ erozyjn¹ brzegu wklês³ego (ryc. 3). Sosny te zosta³y

obalo-454

Przegl¹d Geologiczny, vol. 50, nr 5, 2002

*Wydzia³ Nauk o Ziemi, Uniwersytet Œl¹ski, ul. Bêdziñska 60, 41-200 Sosnowiec

O dra Tarnowskie Góry Pyskowice Lubliniec Opole Ma ³a Pane w Turawa Ozimek Zawadzkie Kalety Strzelce Opolskie Warszawa Katowice 23° 23° 54° 50° 50° 54° 19° 19° 15° 15° Od ra Tarnowskie Góry Pyskowice TEREN BADAÑ TEREN BADAÑ Lubliniec Opole Ma ³aPa new Turawa Ozimek Zawadzkie Krupski M³yn Krupski M³yn Kalety 400 400 Góra Œw. Anny Góra Œw. Anny 0 10 20 km Strzelce Opolskie A B WY¯YN_{A ŒL} ¥SK_A

NIZINA ŒL¥SKA

0 10 20 km

Ryc. 1. Lokalizacja terenu badañ; A — lokalizacja terenu badañ na tle regionalizacji Kondrackiego (1998), B — stopieñ zalesie-nia zlewni (ciemny kolor)

Fig. 1. Location of study area; A — location of study area (Kon-dracki, 1998), B — area covered with tress (dark colour)

(2)

ne w wyniku podcinania powierzchni poziomu tarasowe-go. Pas dostawy sosen (rozumiany jako brzeg erodowany poni¿ej którego zalegaj¹ k³ody) ma 18,3 m d³ugoœci. Sosny porastaj¹ce podcinan¹ powierzchniê zosta³y nasadzone przez cz³owieka i dlatego s¹ rozmieszczone wzglêdem sie-bie w podobnych odleg³oœciach. Mo¿na zatem wyznaczyæ przypuszczalny uk³ad drzew przed okresem ich obalania do koryta (ryc. 4). W celu okreœlenia tempa erozji bocznej istotna jest œrednia odleg³oœæ pomiêdzy drzewami pora-staj¹cymi podcinany poziom. Na stanowisku 1 wynosi ona odpowiednio 2,67 m i 4,47 m (ryc. 4). Znaj¹c te wielkoœci mo¿na obliczyæ jaka powierzchnia brzegu zosta³a wyero-dowana przy obaleniu jednego drzewa. Wartoœæ ta jest ilo-czynem po³owy obu odleg³oœci pomiêdzy drzewami. Dla badanego stanowiska powierzchnia ta wynosi 2,96 m2_.

Znaj¹c potencjaln¹ powierzchniê podcinanego brzegu potrzebn¹ do obalenia jednego drzewa oraz okreœlaj¹c wiek obalenia drzew zalegaj¹cych w korycie jako k³ody mo¿na okreœliæ tempo migracji bocznej koryta na badanym stano-wisku, w przypadku gdy k³ody tkwi¹ w pozycji in situ.

Przy pomocy badañ dendrochronologicznych (Schwe-ingruber, 1988; Kr¹piec, 1995) okreœlono momenty powa³u poszczególnych drzew do koryta. W tym celu skonstruowano lokaln¹ skalê dendrochronologiczn¹ dla sosny obejmuj¹c¹ ostatnie 45 lat. Skalê opracowano w oparciu o sekwencje przyrostów rocznych 10 rdzeni pobra-nych z rosn¹cych w badapobra-nych odcinkach doliny Ma³ej

Pan-wi sosen. Poprzez uœrednienie pomierzonych s³ojów z poszczególnych lat, wyznaczono lokaln¹ skalê dendro-chronologiczn¹ dla górnego odcinka doliny Ma³ej Panwi.

Z 6 k³ód zalegaj¹cych in situ na stanowisku numer 1 pobrano kr¹¿ki do badañ. Skonstruowana uprzednio skala dendrochronologiczna sta³a siê wzorcem, do którego dopa-sowywano krzywe dendrochronologiczne uzyskane na podstawie kr¹¿ków pobranych z obalonych sosen. W bada-nym stanowisku numer 1 wydatowano w ten sposób 6 k³ód. Jak wynika z przeprowadzonych analiz dendrochronolo-gicznych drzewa te zosta³y obalone do koryta w roku 1993 i 1997. W 1993 r. do koryta dosta³y siê 2 k³ody, a wiêc powierzchniowa erozja brzegu, która przyczyni³a siê do

powalenia tych drzewa wynosi³a 5,94 m2_{. W 1997 r.}

zosta³y obalone do koryta 4 k³ody, czyli erozja powierzch-niowa brzegu wynios³a 11,84 m2_.

Znaj¹c rok obalenia najstarszego drzewa (1993 r.), mo¿na okreœliæ przybli¿one tempo migracji koryta na sta-nowisku numer 3 w latach 1993– 2000:

2,96 m2_{— powierzchnia erodowanego brzegu}

przypa-daj¹ca na powa³ jednego drzewa,

18,3 m — pas dostawy drzew do koryta (d³ugoœæ ero-dowanego brzegu),

1993r. — rok obalenia pierwszego drzewa. zatem:

2,96 m2_x_{6 k³ód = 17,64 m}2_{(suma powierzchni} cofane-go brzegu na badanym stanowisku),

18,3 m : 17,64 m2_{= 1,04 m (œrednia erozja brzegu w}

obrêbie pasa dostawy),

2000 rok – 1993 rok = 7 lat (okres który up³yn¹³ od powalenia pierwszego drzewa),

1,04 m : 7 lat = 0,15 m (roczne tempo erozji bocznej na badanym stanowisku).

Powy¿sza analiza wykaza³a, ¿e migracja boczna koryta Ma³ej Panwi na stanowisku 1 wynosi 0,15 m/rok.

455

Ryc. 3. K³ody zalegaj¹ce w korycie Ma³ej Panwi na stanowisku numer 1

Fig. 3. CWD lying in Ma³a Panew River bed in site 1 Pusta KuŸnica Kokotek Krywa³d Ma³a Panew obszar zalesiony forested area

³¹ki (w pobli¿u koryta rzeki wystêpuje w¹ski pas ³êgu (Alnus/Salix) meadow (near river bed - Alnus /Salix forest)

teren zabudowany built up area 0 250 500m 1 2 3 4 245 250 250 250 255 245

Ryc. 2. Stanowiska badawcze w dolinie Ma³ej Panwi (1–4)

Fig. 2. Reaserch sites in Ma³a Panew valley (1–4) 4

m 5,1 m 4,7 m 3,8 m 4,4 m 3,9 m 5,2 m 4,7 m 3,1 m 2,8m 1,6 m 3,5 m 1,9 m 2,1 m 2,8 m 2,5 m 2,0 m 1,6 m

sosny porastaj¹ce podcinany poziom terasowy pines overgrown eroded terrace level

przypuszczalny uk³ad sosen zalegaj¹cych obecnie w korycie rzeki jako k³ody presumable arrangement of pines which lying as CWD in the river bed

œrednia=4,47m mean=4,47m œrednia= 2,67 m mean= 2,67 m 0 5 10m k³ody CWD

}

kierunek przep³ywu flow direction

Ryc. 4. Przypuszczalny uk³ad powalonych w czasie epizodów erozyjnych sosen zalegaj¹cych obecnie w korycie rzeki jako k³ody

Fig. 4. Inferred arrangement of fallen pines (CWD in the river bed) during erosional episodes

(3)

Na stanowisku numer 2 stwierdzono wystêpowanie w korycie na odcinku 47,5 m a¿ 12 k³ód. Pozycja k³ód wzglê-dem koryta oraz brak obróbki zwi¹zanej z transportem rzecznym i czêsto obecnoœæ kory œwiadczy o ich pozycji in

situ. Przemawia za tym tak¿e bardzo silnie podciêcie brze

-gu na badanym stanowisku. Pas dostawy drzew ma d³ugoœæ 47,5 m. Drzewa porastaj¹ce erodowany poziom w przeci-wieñstwie do poprzednio analizowanego stanowiska s¹ oddalone od siebie w nieregularnych odstêpach. W odleg³oœci 5 m od erodowanego brzegu koryta na d³ugoœci 47,5 m roœnie 27 drzew. Zatem teoretycznie na ka¿de obalone drzewo przy-pada œrednio 8,8 m2_{erodowanej powierzchni:}

47,5 m x 5 m = 237,5 m2

237,5 m : 27 drzew = 8,8 m2

Najstarsze drzewo zalegaj¹ce w postaci k³ody na stano-wisku numer 2 zosta³o powalone w 1991 r. Zatem œrednie tempo erozji bocznej w ci¹gu ostatnich 9 lat wynosi³o:

8,8 m2 _{x 12 = 105,6 m}2 47,5 m2_{: 105m}2_{= 0,45m}2 2000 rok – 1991 = 9 lat 0,45 m2 _{: 9 lat = 0,05 m}

Migracja boczna na badanym stanowisku w ci¹gu ostatnich 10 lat postêpowa³a z szybkoœci¹ 0,05 m/rok.

Na stanowisku numer 3 zlokalizowano zbudowan¹ z trzech poziomów ³achê meandrow¹ (ryc. 5). Poszczególne poziomy powsta³y w efekcie sukcesywnego cofania wklês³ego brzegu rzeki i jednoczesnej akumulacji mate-ria³u w obrêbie brzegu wypuk³ego. Brzeg wklês³y jest spo-jony systemem korzeniowym olch, co decyduje o du¿ej odpornoœci tego brzegu na erozjê boczn¹ i jednoczeœnie

powoduje nasilanie erozji dna. St¹d prawdopodobnie wynika du¿e nachylenie ³achy meandrowej, bêd¹ce œwia-dectwem erozji wg³êbnej rzeki. Poszczególne poziomy s¹ wed³ug autora efektem odcinania kêp olch z wklês³ego brzegu. Ka¿de odciêcie fragmentu brzegu i byæ mo¿e utworzenie wyspy wykszta³ci³o krawêdŸ w obrêbie brzegu wypuk³ego (ryc. 6). Wiek najm³odszego poziomu ³achy meandrowej (A) mo¿na okreœliæ na co najmniej 26 lat, takiego wieku jest najstarsza olcha porastaj¹ca ten poziom, ale obserwuj¹c tempo kolonizacji ³ach brzegowych mo¿na przypuszczaæ, ¿e jest on co najmniej o 3 lata starszy. Naj-starsza olcha porastaj¹ca wy¿szy poziom ³achy meandro-wej (B) ma 38 lat. Z kolei najwy¿szy poziom ³achy meandrowej (C) ma co najmniej 45 lat. Z mapy 1 : 25 000 z 1912 r. (Me$tischblatt...) wynika, ¿e poziomy A, B i C (ryc. 6) ³achy meandrowej nie istnia³y przed tym rokiem.

Oznacza to, ¿e mo¿na w przybli¿eniu okreœliæ okres tworzenia poszczególnych poziomów ³achy meandrowej. Przeprowadzona analiza pozwala stwierdziæ, ¿e poziom C powsta³ w okresie 1912–1951, wiek poziomu B jest

zwi¹zany z okresem 1951–1958, poziom A powsta³

pomiêdzy 1958 a 1970 r. Je¿eli za³o¿yæ, ¿e poziomy A, B, C tworzy³y siê w etapach, co sugeruje zró¿nicowany wiek drzew i oddzielenie poziomów wyraŸnymi krawêdziami, to znaj¹c maksymaln¹ szerokoœæ poszczególnych

pozio-456

Poziomy Wiek najstarszego drzewa_{porastaj¹cego poziom} Okres powstania poziomu Maks. szerokoœæ_poziomu Min. tempo migracji_bocznej

Poziom A 26 lat

1999 r. — 26 lat (wiek drzewa) – 3 lata (min. wiek poziomu nie poroœniêtego przez olchy) = 1970 r. Poziom powsta³ pomiêdzy 1958–1970

czyli ma co najmniej 12 lat

6 m 6 m : 12 lat =_{0,5 m/ rok}

Poziom B 38 lat

czyli ma co najmniej 7 lat

7,5 m 7,5 m : 7 lat =_{1,07 m / rok}

Poziom C 45 lat

1999 r. — 45 lat (wiek drzewa) – 3 lata (min. wiek poziomu nie poroœniêtego przez olchy) = 1951 r.

Poziom powsta³ pomiêdzy 1912–1951 6,5 m

Tab.1. Minimalne tempo migracji bocznej koryta Ma³ej Panwi na stanowisku 3 Table 1. Rate of minimal lateral migration of the Ma³a Panew River bed at site 3

koryto Ma³ej Panwi (1983) Ma³a Panew river bed (1983) koryto Ma³ej Panwi (1912) Ma³a Panew river bed (1912)

0 10 20 m

0 10 20 30 40 50 (m) 60

1 2

26 lat 38 lat 45 lat

(m)

α

β

α β

Ryc. 6. Ró¿nowiekowe poziomy ³achy meandrowej na stanowi-sku 3

Ryc. 6. Varying in age levels of meandering bar at site 3 Ryc. 5. Poziomy ³achy meandrowej na stanowisku numer 3

(4)

mów mo¿na wyznaczyæ minimalne tempo migracji bocz-nej koryta na 0,5–1,07 m/rok (tab. 1).

Czas powstawania kolejnych poziomów ³ach meandro-wych pokrywa siê w przybli¿eniu z przebiegiem maksy-malnych wezbrañ nw korycie Ma³ej Panwi mierzonych w posterunku w Krupskim M³ynie. Lata 1953–1957, a wiêc okres w którym dosz³o prawdopodobnie do powstania poziomów B i C to czas, w którym amplitudy stanów wody w Ma³ej Panwi by³y szczególnie du¿e. Podobnie wysokie amplitudy odnotowano w latach 1966–1968, co byæ mo¿e spowodowa³o powstanie poziomu A.

Na stanowisku numer 4 dwa najni¿sze poziomy ³achy meandrowej (poziom A i B) s¹ porastane przez drzewa o ró¿nym wieku. Wiek najstarszego drzewa w obrêbie pozio-mu A wynosi 24 lata. Najstarsze drzewo porastaj¹ce poziom B ma 46 lat (ryc. 7). Tabela 2 przedstawia minimal-ne tempo migracji boczminimal-nej koryta w badanym odcinku wynosz¹ce 0,48 m/rok.

Tempo migracji bocznej wyznaczone za pomoc¹ wieku i iloœci k³ód zalegaj¹cych pod wklês³ym brzegiem (0,05– 0,15 m/rok) jest znacznie mniejsze od tempa migracji

bocznej wyznaczonego na podstawie wieku drzew pora-staj¹cych ³achy meandrowe (0,47–1,07 m/rok). Szybsze tempo migracji bocznej wyznaczone dla stanowisk 3 i 4 wynika prawdopodobnie z ni¿szej wysokoœci podciêæ ero-zyjnych stwierdzonych w tych stanowiskach. Jednak otrzymane wyniki dotycz¹ w szczególnoœci analizowanych stanowisk i nale¿y je traktowaæ z du¿¹ ostro¿noœci¹ jako wskaŸnik œredniego tempa migracji koryta Ma³ej Panwi w badanych odcinakach.

Literatura

DYNOWSKA I. 1971 — Typy re¿imów rzecznych w Polsce. Zesz. Nauk. UJ, 268: 5–155.

GURNELL A. M. & SWEET R. 1998—The distribution of large woody debris acumulations and pools in relation to woodland stream management in a small, low-gradient stream. Earth Surface Processes and Landforms, 22: 1101–1121.

GURNELL A. M., GREGORY K.J. & PETTS G.E. 1995 — The role of coarse woody debris in forest aquatic habitats: implications for management. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosys-tems, 5: 143–166.

HUPP C. R. 1984 — Dendrogeomorphic evidence of debris flow frequ-ency and magnitude at Mount Shasta. California. Environ. Geol. Water Sc., 6: 121–128.

KACZKA R. J. 1999 — The role of coarse woody debris in fluvival processes during the flood of the july 1997, Kamienica £¹cka valley. Beskidy mountains. Poland. Stud. Geomorph. Carpatho-Balcanica, 33: 119–129.

KONDRACKI J. 1998 — Geografia regionalna Polski. PWN. KALICKI T. & KR¥PIEC M. 1994 — Problemy datowañ form i alu-wiów metod¹ dendrochronologiczn¹ na przyk³adzie doliny Wis³y ko³o Krakowa. Zesz. Nauk. Polit. Œl., 1229: 173–189.

KR¥PIEC M. 1992 — Skale dendrochronologiczne póŸnego holocenu po³udn iowej i centralnej Polski. Kwart. AGH, Geol., 18: 37–120. KR¥PIEC M. 1995 — Metodyka badañ dendrochronologicznych. [W:] E. Mycielska-Dowgia³³o & J. Rutkowski (red.). Badania osadów czwartorzêdowych. Wydz. Geograf. Stud. Reg. Warszawa: 318–328.

Me$tischblatt 3202.1923 Tworg. Konigl. Preuss.

RACHOCKI A. 1978 — Wp³yw roœlinnoœci na ukszta³towanie koryt i brzegów rzek. Prz. Geograf, 50: 469—479.

SCHWEINGRUBER F.M. 1988 — Tree rings. Basies and applications of dendrochronology. Kluwer. Dodrecht.

SIGAFOOS R.S. 1964 — Botanical evidence of floods and flood-plain deposition. U.S. Geol. Surv. Profess. Pap., 485-A: 1–33.

SIGAFOOS R.S. & HENDRICKS E. L. 1961 — Botanical evidence of the modern history Nisqually glacier. Washington, Geol. Profes. Pap.m 397-A:20–28.

VAN SICKLE J. & GREGORY S. V. 1990 — Modeling inputs of large woody debris to streams from falling trees. Canad. Jour. Forest Res., 20: 1593–1601.

457

Poziomy Wiek najstarszego_drzewa Okres powstania poziomu Szerokoœæ poziomu w_{najszerszym miejscu} Minimalne tempo migracji_bocznej

Poziom A 24 lat

1999 r. — 24 lat (wiek drzewa) – 3 lata (min. wiek poziomu nie poroœniêtego przez olchy) = 1972 r. Poziom powsta³ pomiêdzy 1950–1972, czyli ma co najmniej 22 lat

10,5 m 10,5 : 22 lata =0,47 m/ rok

Poziom B 46 lat

8,5 m

Tab. 2. Minimalne tempo migracji bocznej koryta Ma³ej Panwi na stanowisku 4 Table 2. Rate of minimal lateral migration of the Ma³a Panew River bed at site 4

24 lata 46 lat

koryto Ma³ej Panwi (1983) Ma³a Panew river bed (1983) koryto Ma³ej Panwi (1912) Ma³a Panew river bed (1912)

α β 1 (m)

α

β 0 20 40 m 0 10 20 30 40 50 (m) 60

Ryc. 7. Ró¿nowiekowe poziomy ³achy meandrowej na stanowi-sku numer 4