GRUBY RUMOSZ DRZEWNY W CIEKACH GÓRSKICH — FORMY WYSTÊPOWANIA, WARUNKI DEPOZYCJI

Bart³omiej Wy¿ga¹, Ryszard J. Kaczka², Joanna Zawiejska³

GRUBY RUMOSZ DRZEWNY W CIEKACH GÓRSKICH — FORMY WYSTÊPOWANIA, WARUNKI DEPOZYCJI

I ZNACZENIE ŒRODOWISKOWE

Deponowane w ciekach drzewa i krzewy oraz ich wiêksze fragmenty okreœla siê jako gruby rumosz drzewny. Formami jego wystêpowania s¹: k³ody, krzewy i drzewa, zwa³y oraz karpy. Dostawa grubego rumoszu drzewnego do cieków górskich mo¿e byæ wynikiem naturalnego rozpadu obumar³ych drzew, lawin, sp³ywów gruzowych i osuwisk, powalenia przez wiatr, erozji brzegów koryt, gospodarki leœnej oraz œcinania nadrzecznych drzew przez bobry.

W Ÿródliskowych odcinkach cieków górskich depozycja grubego rumoszu drzewnego zachodzi w nieuporz¹dkowany sposób w miejscach dostawy powalonych drzew ze zboczy dolin. W potokach górskich drewno jest preferencyjnie przechwytywane w miejscach zwê¿eñ koryta, a charakterystyczn¹ form¹ jego nagromadzeñ s¹ tamy drzewne. Natomiast w rzekach górskich, o szerokoœci koryta wiêkszej od wysokoœci drzew porastaj¹cych jego brzegi, gruby rumosz drzewny jest deponowany w miejscach rozszerzania siê koryta i spadku zdolnoœci transportowej rzeki. Mobilnoœæ grubego rumoszu drzewnego zwiêksza siê wraz ze wzrostem wielkoœci cieku wskutek wzrostu kompetencji przep³ywów wezbra- niowych i zwiêkszania siê rozmiarów drewna mog¹cego zakotwiczaæ siê na obu brzegach koryta.

Deponowany w ciekach górskich gruby rumosz drzewny wywiera istotny wp³yw na ich morfologiê, na hydraulikê przep³ywów wezbraniowych oraz na zdolnoœæ cieków do akumulacji materia³u dennego, a w konsekwencji na natê¿enie jego transportu i charakter dna cieków. Drewno powalonych drzew pe³ni tak¿e istotne funkcje w kszta³towaniu eko- systemów cieków górskich, zwiêkszaj¹c w nich fizyczn¹ ró¿norodnoœæ siedlisk, tworz¹c siedliska, stanowi¹c pokarm dla wielu grup organizmów i zwiêkszaj¹c mo¿liwoœci zatrzy- mywania drobnej materii organicznej w ciekach. Korzystny wp³yw grubego rumoszu drzew- nego na funkcjonowanie geo- i ekosystemów cieków górskich powinien byæ uwzglêdniany w gospodarce wodnej prowadzonej w tych ciekach.

S³owa kluczowe: gruby rumosz drzewny, cieki górskie, depozycja drewna, geosystem, ekosystem

Key words: large woody debris, mountain streams, wood deposition, geosystem, eco- system

F O L I A G E O G R A P H I C A

S E R I E S G E O G R A P H I C A - P H Y S I C A Vol.  XXXIII–XXXIV 2002–2003 PL ISSN 0071-6715

WSTÊP

Drzewa lub ich fragmenty dostaj¹ siê do koryt cieków górskich w wy- niku naturalnego rozpadu obumar³ych drzew, szeregu procesów geo- morfologicznych (K e l l e r, S w a n s o n 1979), dzia³alnoœci cz³owieka oraz

œcinania nadrzecznych drzew przez bobry. Wraz z przerwaniem ³¹cz- noœci pomiêdzy korzeniami a gleb¹ w momencie przewrócenia siê drze- wa lub wraz z od³amaniem siê konarów i ga³êzi z rosn¹cych drzew, te drzewa lub ich fragmenty staj¹ siê specyficznymi klastami biogeniczne- go pochodzenia, które mog¹ nastêpnie w rzekach podlegaæ transportowi i depozycji, mechanicznej obróbce w czasie transportu i biochemiczne- mu rozk³adowi w stanie spoczynku. D³ugotrwa³e wycinanie nadrzecz- nych lasów w dolinach rzek zagospodarowanych obszarów Europy i Ame- ryki Pó³nocnej oraz zahamowanie lub spowolnienie erozji bocznej w wy- niku zabudowy regulacyjnej tych rzek znacz¹co ograniczy³y jednak w najm³odszym okresie historycznym dostawê drzew do ich koryt (P e t t s 1990). Ponadto, powalone drzewa by³y tu rutynowo usuwane z koryt w celu zapobie¿enia zmniejszeniu siê ich przepustowoœci dla wód wez- braniowych, unikniêcia uszkodzeñ mostów i pozyskania drewna opa³o- wego. W rezultacie, znaczenie powalonych drzew dla funkcjonowania geo- i ekosystemów rzecznych by³o do niedawna s³abo rozpoznane.

W zachodniej czêœci Ameryki Pó³nocnej cieki najd³u¿ej zachowa³y swój naturalny charakter. W drugiej po³owie XIX w. powalone drzewa pokrywa³y 25–50% powierzchni dna potoków sp³ywaj¹cych z Gór Kaska- dowych i Nadbrze¿nych do Pacyfiku, a zatory utworzone z nap³awionych drzew uniemo¿liwia³y sp³yw po wiêkszych rzekach tego obszaru (S e d e l l i in. 1988). Od koñca XIX w. rozpoczêto tu usuwanie powalonych drzew z rzek, zmierzaj¹c do ich u¿eglownienia, zaœ w latach 50. i 60. XX w.

podjêto zakrojon¹ na szerok¹ skalê akcjê usuwania drewna z potoków górskich, której celem by³o usuniêcie przeszkód utrudniaj¹cych swobod- ny przep³yw na tar³o ryb ³ososiowatych. Usuniêcie drewna z cieków spowodowa³o jednak drastyczny spadek iloœci ryb (S e d e l l i in. 1988 i cytowane tam prace). W nastêpstwie tych niefortunnych dzia³añ cieki pó³nocnej Kaliforni, Oregonu i stanu Washington sta³y siê kolebk¹ badañ nad œrodowiskowym znaczeniem drewna w systemach rzecznych, któ- rych efektem by³a stopniowo narastaj¹ca od koñca lat 70. XX wieku liczba opracowañ naukowych. W polskiej literaturze geograficznej z za- kresu tej tematyki ukaza³o siê dotychczas zaledwie kilka prac poœwiê- conych depozycji i œrodowiskowemu znaczeniu k³ód œwierkowych w gór- nym biegu Kamienicy w Gorcach (K a c z k a 1999a, b) oraz w wybra- nych górskich potokach Europy Œrodkowej (K a c z k a 2002a, b).

Celem przedstawianego artyku³u jest zaznajomienie polskich czy- telników z zagadnieniami zwi¹zanymi z obecnoœci¹ drewna w ciekach

górskich. Zostan¹ w nim przedstawione formy wystêpowania drewna w ciekach, procesy powoduj¹ce dostawê drzew do cieków górskich i czyn- niki wp³ywaj¹ce na lokalizacjê depozycji drewna oraz jego stabilnoœæ w ciekach ró¿nej wielkoœci, zostanie tak¿e omówione znaczenie drewna dla funkcjonowania geo- i ekosystemów cieków górskich.

GRUBY RUMOSZ DRZEWNY I FORMY JEGO WYSTÊPOWANIA Krótki okres badañ nad rol¹ powalonych drzew w procesach fluwial- nych jest przyczyn¹ braku powszechnie przyjêtych terminów z tego zakresu zarówno w œwiatowej, jak i w polskiej literaturze geograficznej.

W terminologii angielskiej zdeponowane w ciekach drzewa i wiêksze ich fragmenty okreœla siê terminami: „coarse woody debris”, „large woody debris” lub „large organic debris”. Koncentracja dotychczasowych ba- dañ w wysokogórskich zlewniach poroœniêtych drzewami iglastymi po- wodowa³a, ¿e terminy te uto¿samiano do niedawna (np. L o f r o t h 1998) z k³odami, czyli pniami lub cylindrycznymi fragmentami pni, konarów i korzeni drzew. Przeprowadzone w ostatnich latach badania w wiêk- szych rzekach, maj¹cych brzegi poroœniête drzewami i krzewami liœcia- stymi, wskaza³y równie¿ na inne formy wystêpowania drewna w ciekach (T h é v e n e t i in. 1998).

Jako polski odpowiednik wymienionych powy¿ej angielskich okreœ- leñ zaproponowano termin „gruby rumosz drzewny (organiczny)”. Okre-

œla on zdeponowane w ciekach drzewa i krzewy oraz ich fragmenty o d³ugoœci wiêkszej od 1 m i œrednicy wiêkszej od 10 cm, lub o ca³ko- witej masie wiêkszej od 4 kg, a tak¿e ich agregaty.

Najczêstszymi formami wystêpowania grubego rumoszu drzewne- go s¹:

— k³ody (ang. „logs”, „trunks”) — bêd¹ce pojedynczymi pniami (fot.

1A) lub fragmentami pni, konarów i korzeni o d³ugoœci wiêkszej od 1 m i œrednicy, mierzonej w po³owie d³ugoœci, wiêkszej od 10 cm (fot. 1B);

— krzewy i drzewa (ang. „shrubs”, „whole trees”) — stanowi¹ce zde- ponowane w ciekach krzewy oraz drzewa z zachowan¹ koron¹ i czêsto tak¿e wi¹zk¹ korzeni, cechuj¹ce siê przestrzenn¹ struktur¹ (fot. 2A);

— zwa³y (ang. „jams”) — bêd¹ce ró¿norodnymi mieszaninami pni, ko- narów, ga³êzi i korzeni wraz z materia³em mineralnym i drobniej- szym materia³em organicznym (fot. 2B).

Ponadto, jeœli w nadrzecznych lasach by³a prowadzona wycinka drzew, wówczas boczna migracja rzeki bêdzie powodowaæ dostawê do jej

koryta karp, zwanych tak¿e pniakami (ang. „stumps”), sk³adaj¹cych siê z wi¹zki korzeni wraz z najni¿sz¹ czêœci¹ pnia pozosta³¹ po œciêciu drzewa (fot. 5 — œrodkowa czêœæ zdjêcia). Karpy mog¹ tak¿e powstawaæ w wyniku pozyskiwania zdeponowanych w cieku drzew i pozostawienia w korycie ich nieprzydatnych czêœci korzeniowych.

Ga³êzie krzewów s¹ z regu³y cieñsze od 10 cm, a maksymalna roz- piêtoœæ karp czêsto nie przekracza 1 m. Pomimo tego, biomasa drewna tych form mo¿e byæ znaczna, zaœ ich ca³kowite rozmiary umo¿liwiaj¹ istotne oddzia³ywanie na przep³yw wody i rumowiska w ciekach. Przy przeciêtnej masie w³aœciwej nieroz³o¿onego drewna równej 0,5 t · m^–3 (H a r m o n i in. 1986), masa cylindrycznej k³ody o granicznych rozmia- rach 1 m d³ugoœci i 10 cm œrednicy wynosi niemal 4 kg. Dlatego te¿

przedstawiona powy¿ej definicja pozwala zaliczaæ do grubego rumoszu drzewnego formy o ca³kowitej masie wiêkszej od 4 kg, nawet jeœli d³u- goœæ lub œrednica tworz¹cych je elementów nie przekracza granicznych rozmiarów, odpowiednio, 1 m i 10 cm.

Poszczególne formy grubego rumoszu drzewnego ró¿ni¹ siê mas¹ drewna zawart¹ w ich okreœlonej objêtoœci. O ile obliczanie masy k³ód od dawna nie nastrêcza³o trudnoœci, to dopiero kilka lat temu opraco- wano metodykê szacowania masy innych form grubego rumoszu drzew- nego na podstawie pomiarów ich geometrii (T h é v e n e t i in. 1998).

Polega ona na okreœleniu statystycznych zale¿noœci pomiêdzy rozmiara- mi poszczególnych form rumoszu a ich mas¹, cechuj¹cych badany ciek.

W praktyce, mo¿liwe jest wykorzystywanie ustalonych gdzie indziej za- le¿noœci do okreœlania iloœci grubego rumoszu drzewnego zdeponowane- go w ciekach usytuowanych w podobnych warunkach fizycznogeogra- ficznych, w których zachodzi dostawa takich samych rodzajów drzew (G u r n e l l i in. 2000a, b).

Terminem stosowanym niekiedy w literaturze do okreœlenia zdepo- nowanych w ciekach powalonych drzew jest „obumar³e drewno” (ang.

„dead wood”). Terminu tego nie mo¿na jednak uwa¿aæ za synonim grubego rumoszu drzewnego, gdy¿ w przypadku niektórych drzew liœcia- stych, zw³aszcza topoli i wierzb, zarówno ca³e powalone drzewa, jak i ich po³amane fragmenty mog¹ w miejscu depozycji nie obumieraæ, lecz ukorzeniaæ siê i wypuszczaæ pêdy (G u r n e l l i in. 2000b).

Wreszcie, nale¿y wskazaæ na koniecznoœæ odró¿niania „obumar³ych drzew” (ang. „snags”) od grubego rumoszu drzewnego. Te pierwsze mog¹ przez d³u¿szy czas podlegaæ biochemicznemu rozk³adowi stoj¹c, dopiero jednak ich powalenie umo¿liwia w³¹czenie tych drzew do systemu rzecz- nego oraz ich transport fluwialny.

DOSTAWA GRUBEGO RUMOSZU DRZEWNEGO DO KORYT CIEKÓW GÓRSKICH

Drzewa obumieraj¹, osi¹gaj¹c maksymalny — dla danego siedliska oraz gatunku drzewa — wiek, a tak¿e na poszczególnych etapach rozwoju lasu, w wyniku konkurencji pomiêdzy blisko rosn¹cymi osobnikami.

Dostawê grubego rumoszu drzewnego do koryt, zwi¹zan¹ z naturaln¹

œmiertelnoœci¹ drzew, obserwowano przede wszystkim w zlewniach poro-

œniêtych pierwotnym starodrzewem (K e l l e r, T a l l y 1979; S e d e l l i in.

1988). Intensywna dostawa drewna do cieków mo¿e byæ tak¿e wynikiem zamierania ca³ych kompleksów leœnych (K a c z k a 2002a), wywo³anego zanieczyszczeniami przemys³owymi i atakowaniem os³abionych drzew przez paso¿ytnicze owady, jakie nast¹pi³o w ostatnich dziesiêcioleciach w nie- których górskich obszarach Europy.

Niezale¿nymi od uwarunkowañ autoekologicznych czynnikami powo- duj¹cymi dostawê grubego rumoszu drzewnego do koryt cieków górskich s¹: wiatr, lawiny, sp³ywy gruzowe, osuwiska, erozja brzegów koryt, œci- nanie nadrzecznych drzew przez bobry oraz gospodarka leœna. Dzia³anie niektórych z tych czynników mo¿e siê zaznaczaæ jedynie w pewnych odcinkach cieków, zw³aszcza w ich Ÿródliskowej czêœci, inne zaœ mog¹ byæ aktywne na ca³ej d³ugoœci cieków (K e l l e r, S w a n s o n 1979). Lawiny

œnie¿ne i sp³ywy gruzowe to procesy dzia³aj¹ce w obszarach wysokich gór o d³ugich, stromych stokach (w Polsce Tatry, Karkonosze i masyw Babiej Góry); mog¹ one dostarczaæ powalone i po³amane drzewa z partii stoków odleg³ych od koryta cieku (K e l l e r, S w a n s o n 1979). Powa³y drzew przez wiatr, erozja brzegów koryt i kêp oraz osuwiska i obrywy na podcinanych przez cieki zboczach dolin powoduj¹ dostawê drzew z blis- kiego s¹siedztwa cieków (R o b i s o n, B e s c h t a 1990a; Va n S i c k l e, G r e g o r y 1990) i mog¹ oddzia³ywaæ na ca³ej ich d³ugoœci. Dzia³alnoœæ wiatru i ruchów masowych odgrywa przy tym kluczow¹ rolê w dostawie drzew do cieków p³yn¹cych w¹skimi, zazwyczaj wciosowymi dolinami, natomiast tam, gdzie cieki maj¹ mo¿liwoœæ swobodnej migracji po dnie doliny, dominuj¹cego znaczenia nabiera erozja brzegów koryta (N a k a - m u r a, S w a n s o n 1994; F e t h e r s t o n i in. 1995). Eksploatacja nad- rzecznych lasów zazwyczaj wi¹¿e siê ze zrzucaniem do cieków nieprzy- datnych czêœci (ga³êzi, wierzcho³ków) œciêtych drzew; ponadto, czêsto wymaga ona wznoszenia drewnianych mostów i kaszycowych umocnieñ brzegów koryt, których niszczenie powoduje dostawê drewna do cieków.

Zasadniczo, gospodarka leœna prowadzi jednak do zmniejszenia natural- nej dostawy drzew do koryt cieków wskutek odm³adzania drzewostanu i zmian jego sk³adu gatunkowego (S e d e l l i in. 1988; B r a g g, K e r s h - n e r 1999). Wreszcie, bobry œcinaj¹ nadrzeczne drzewa, wykorzystuj¹c

je jako po¿ywienie oraz do budowy tam. Zamieszkuj¹ one cieki o niezbyt du¿ym spadku, których obszary zalewowe s¹ poroœniête lasem liœcias- tym (G u r n e l l 1998), zatem siedliska bobrów w ciekach górskich bêd¹ ograniczone do ich nisko po³o¿onych odcinków, gdzie klimat dna doliny sprzyja rozwojowi lasu liœciastego.

GRUBY RUMOSZ DRZEWNY W CIEKACH RÓ¯NEJ WIELKOŒCI Wraz ze wzrostem wielkoœci cieku zmieniaj¹ siê czynniki wp³ywaj¹ce na lokalizacjê depozycji grubego rumoszu drzewnego, dominuj¹ce formy jego nagromadzeñ i stabilnoœæ tych form (P i é g a y, G u r n e l l 1997), ulega tak¿e zmianie oddzia³ywanie rumoszu drzewnego na morfologiê cieku (N a k a m u r a, S w a n s o n 1993). W Ÿródliskowych odcinkach rzek, w ciekach pierwszego i drugiego rzêdu wed³ug klasyfikacji Strahlera, wiêkszoœæ powalonych drzew jest znacznie d³u¿sza od szerokoœci cieku, przewieszaj¹c siê ponad jego brzegami. Jeœli ciek taki p³ynie dnem doliny wciosowej, powalone drzewa mog¹ albo prze³amywaæ siê przy uderzeniu o przeciwleg³e zbocze, albo zawieszaæ siê na zboczach doliny, pozostaj¹c wysoko ponad korytem cieku a¿ do czasu, gdy spróchniawszy ulegn¹ prze³amaniu pod w³asnym ciê¿arem (N a k a m u r a, S w a n s o n 1993).

Nawet jeœli powalone drzewa dostan¹ siê bezpoœrednio na dno cieku, niewielka kompetencja jego przep³ywów wezbraniowych nie pozwala na ich przemieszczanie. Rozmieszczenie grubego rumoszu drzewnego w ta- kich ciekach jest zatem odzwierciedleniem miejsc dostawy drzew z brze- gów cieku i zboczy doliny oraz tempa rozk³adu drewna (G u r n e l l i in.

2000a).

W przypadku wiêkszych cieków, trzeciego i czwartego rzêdu, szero- koœæ dna ich dolin jest zbyt du¿a, by przewrócone drzewa mog³y oboma koñcami zawieszaæ siê wysoko ponad korytem i tylko czêœæ powalonych drzew mo¿e siêgaæ przeciwleg³ego brzegu koryta. Ciê¿ar tych wiêkszych drzew oraz d³ugoœæ, pozwalaj¹ca na zakotwiczenie na obu brzegach cieku, uniemo¿liwiaj¹ ich transport w czasie wezbrañ. Natomiast drzewa krót- sze od szerokoœci cieku oraz fragmenty po³amanych drzew mog¹ byæ przenoszone w dó³ cieku i s¹ deponowane wzd³u¿ brzegów koryta i na szczytach ³ach lub ulegaj¹ zatrzymaniu na przeszkodach, jakimi s¹ przegradzaj¹ce koryto wiêksze powalone drzewa, g³azy i ³awice skalne oraz przewê¿enia koryta (P i é g a y, G u r n e l l 1997; G u r n e l l i in.

2000a). Preferencyjne zatrzymywanie grubego rumoszu drzewnego w miej- scach zwê¿eñ koryta stanowi charakterystyczn¹ cechê takich cieków.

Przegradzaj¹ce koryto pojedyncze drzewa lub nagromadzenia drzew stanowi¹ przeszkodê dla przep³ywu wody i materia³u dennego w cieku i s¹ okreœlane jako tamy drzewne (ang. „debris dams”). W zale¿noœci od

charakteru oddzia³ywania tamy na przep³yw wody i rumowiska skalne- go w cieku K.J. G r e g o r y i in. (1985) wyró¿nili:

— „tamy czêœciowe” (ang. „partial dams”), przegradzaj¹ce jedynie czêœæ szerokoœci cieku;

— „tamy zupe³ne” (ang. „complete dams”), przegradzaj¹ce ca³¹ szero- koœæ cieku, lecz nie powoduj¹ce akumulacji materia³u dennego za tam¹ i uformowania siê widocznego przy niskich i œrednich sta- nach za³omu w profilu pod³u¿nym cieku; oraz

— „tamy aktywne” (ang. „active dams”), na których nastêpuje zatrzy- mywanie materia³u dennego i dochodzi do uformowania siê progu.

Tamy drzewne s¹ dynamicznymi formami korytowymi. Wiêkszoœæ tam jest szybko formowana, a przy kolejnych wezbraniach mo¿e zostaæ znisz- czona lub ulec zmianie w inny typ tamy, przy czym najbardziej nie- trwa³e s¹ tamy czêœciowe (G r e g o r y i in. 1985; P i é g a y, G u r n e l l 1997). Jeœli jednak drzewo, na którym formuje siê tama, jest dobrze zakotwiczone na obu brzegach koryta, wówczas tama mo¿e pozostawaæ w danym miejscu cieku przez czas potrzebny do rozk³adu tego drzewa.

Z up³ywem czasu gruboœæ i wysokoœæ tam aktywnych mo¿e siê zwiêk- szaæ w wyniku przechwytywania rumoszu drzewnego w czasie kolejnych wezbrañ i, w rezultacie, tamy takie mog¹ siê sk³adaæ z wielu ró¿nowie- kowych elementów (K a c z k a 2002a). W potokach Gór Nadbrze¿nych w pó³nocno-zachodniej Kaliforni, gdzie najwiêksze tamy formowa³y siê na pniach sekwoi o œrednicy siêgaj¹cej 3 m, wiek najstarszych k³ód przekracza³ 200 lat (K e l l e r i in. 1995). Natomiast w Kamienicy w Gor- cach, gdzie tamy drzewne s¹ zbudowane z k³ód œwierkowych, czas obu- marcia najstarszych elementów wspó³czesnych tam siêga ponad 50 lat wstecz (K a c z k a 2002a). Tamy utworzone z wielu k³ód mog¹ osi¹gaæ znaczn¹ wysokoœæ; w potokach Gór Kaskadowych w Oregonie obserwo- wano tamy o wysokoœci przekraczaj¹cej 3 m (N a k a m u r a, S w a n s o n 1993), natomiast w Potoku Waksmundzkim w Tatrach najwy¿sza tama mia³a wysokoœæ 1,8 m (K a c z k a 2002a).

Akumulacja materia³u dennego po dopr¹dowej stronie tam aktyw- nych wymusza agradacjê w korycie na odcinku od kilku do kilkudzie- siêciu metrów i prowadzi do uformowania siê charakterystycznego, scho- dowego profilu pod³u¿nego potoku (ryc. 1, fot. 3) (K e l l e r i in. 1995;

K a c z k a 1999b). Poziomy zasiêg strefy agradacji powy¿ej tamy jest uza- le¿niony od jej rozmiarów (C h u r c h 1992) oraz spadku cieku. Tamom aktywnym i uformowanym na nich progom organicznym (ang. „organic steps”, „log steps”) towarzysz¹ przeg³êbienia (R o b i s o n, B e s c h t a 1990b; T h o m p s o n 1995). Najczêœciej maj¹ one postaæ kot³ów ewor- syjnych (ang. „plunge pools”) (fot. 3), niekiedy wystêpuj¹ tak¿e g³êbsze baseny wody na zapleczu tamy (ang. „dammed pools”) (fot. 4).

Ryc. 1. Schodowy profil pod³u¿ny potoku górskiego przegrodzonego tamami aktywnymi na przyk³adzie wycinka górnego biegu Kamienicy Fig. 1. Stepped longitudinal profile of a mountain stream resulting from the

occurrence of debris dams as shown for a section of the upper course of Kamienica Stream. 1 — active dam, 2 — plunge pool, 3 — bedrock step

Zaobserwowano, ¿e przeciêtna odleg³oœæ pomiêdzy kolejnymi progami zwiêksza siê wraz ze wzrostem wielkoœci (szerokoœci) potoków górskich (B i l b y, Wa r d 1989; Wo h l i in. 1997). Tendencja ta najprawdopodob- niej odzwierciedla zwiêkszanie siê mobilnoœci grubego rumoszu drzewne- go wraz ze wzrostem wielkoœci cieku (Wo h l i in. 1997) wskutek zwiêk- szania siê d³ugoœci k³ód mog¹cych zakotwiczaæ siê na obu brzegach koryta oraz wzrostu przep³ywów wezbraniowych wraz z przyrostem po- wierzchni zlewni. Zwiêkszanie siê mobilnoœci grubego rumoszu drzewne- go wraz ze wzrostem wielkoœci cieku znajduje tak¿e odzwierciedlenie w zmianach dominuj¹cej orientacji k³ód wzglêdem biegu cieku (R i c h - m o n d, F a u s c h 1995; K a c z k a 1999a). Na przyk³ad, w Ÿródliskowym odcinku Kamienicy (ryc. 2 — odcinek K₁) zdecydowanie przewa¿aj¹ k³ody u³o¿one prostopadle do biegu potoku, zawieszone ponad jego brzegami lub tworz¹ce tamy drzewne w korycie. Natomiast dalej od Ÿróde³ Kamie- nicy (ryc. 2 — odcinek K₂) dominuje pod³u¿na i ukoœna orientacja k³ód;

tamy drzewne s¹ tu nieliczne, a wiêkszoœæ powalonych drzew by³a trans- portowana i zosta³a zdeponowana na ³achach i brzegach koryta (K a c z - k a 2002a).

W ciekach pi¹tego i wy¿szych rzêdów, maj¹cych ju¿ charakter rzek górskich, drzewa podmyte na jednym z brzegów nie siêgaj¹ koronami przeciwleg³ego brzegu, a kompetencja przep³ywów wezbraniowych jest wystarczaj¹ca do transportu wszystkich lub wiêkszoœci drzew powalo- nych do koryta (P i é g a y, G u r n e l l 1997; G u r n e l l i in. 2000a). Do- tychczas przeprowadzono bardzo niewiele badañ nad depozycj¹ drewna w rzekach górskich o szerokoœci koryta wiêkszej od 20 m. W alpejskiej rzece Drôme we Francji zaobserwowano (P i é g a y i in. 1999), ¿e wiêk- sze iloœci grubego rumoszu drzewnego s¹ deponowane poni¿ej miejsc ero- zji zalesionych brzegów rzeki, w odcinkach z szerokim korytem i w od- cinkach zawieraj¹cych zadrzewione kêpy. Natomiast badania przepro-

próg skalny (3) tama aktywna (1)

kocio³ eworsyjny (2) kocio³

eworsyjny (2)

kocio³ eworsyjny (2)

5 15 20 25 30 m

0 1 2 3

4m tama aktywna (1)

tama aktywna (1)

Ryc. 2. Orientacja k³ód (=) wzglêdem biegu cieku w badanych odcinkach górnego bie- gu Kamienicy. Odcinek K₁ — ciek 1–3 rzêdu, 0–2,2 km od Ÿróde³, odcinek K₂ — ciek

4 rzêdu, 3,6–8,5 km od Ÿróde³

Fig. 2. Orientation of logs (=) in relation to stream course in the investigated reaches of Kamienica Stream. Reach K1 — 1–3-order stream, 0–2.2 km from the source,

reach K2 — 4-order stream, 3.6–8.5 km from the source

bieg rzeki

α

α



&

$

"

`  `!

!`"

"`#

#`$

$`%

%`&

&`'

'`

`

` 

 `!

!`"

"

`#

#`

$

$`

%

%`

&

&`'

'` 

` 

` 

` ! 

 " !`

"

 ` #

` $ #

 $

 ` %

` & %

 &

 ` '

`! '

`! !

  ! ` ! !! `!

`!!

!"

!"`!# !#`!$ `



&

$

"

`  `!

!`"

"`#

#`$

$`%

%`&

&`'

'`

`

` 

 `!

!`"

"`#

#`$

$`%

%`

&

&`'

'` 

` 

` 

` ! 

 " !`

"

 ` #

` $ #

 $

 ` %

` & %

 &

 ` '

`! '

`! !

  ! ` ! !! `!

`!!

!"

!"`!# !#`!$ `

K 

K

K

wadzone we w³oskiej rzece Tagliamento wykaza³y, ¿e iloœci drewna zdeponowanego w nieporoœniêtych roœlinnoœci¹ obszarach koryta s¹ w odcinkach wielonurtowych kilkakrotnie wiêksze ni¿ w odcinkach jed- nonurtowych oraz, ¿e powierzchnie zadrzewionych kêp mog¹ gromadziæ wielokrotnie wiêcej rumoszu drzewnego ni¿ obszary koryta nieporoœniête roœlinnoœci¹ (G u r n e l l i in. 2000a, b). W obu tych rzekach szczegó³o- we obserwacje terenowe przeprowadzono jednak¿e w niewielu odcinkach ich koryt.

Interesuj¹cych wniosków o uwarunkowaniach depozycji grubego rumoszu drzewnego w rzece górskiej dostarczy³y badania przeprowadzo- ne po wezbraniu z lipca 2001 roku w 17-kilometrowym odcinku Czar- nego Dunajca w obrêbie Kotliny Orawsko-Nowotarskiej, w którym nie otrzymuje on ¿adnych znacz¹cych dop³ywów, a szerokoœæ i morfologia jego koryta s¹ bardzo zró¿nicowane (Z a w i e j s k a, W y ¿ g a 2002). Dla 89 segmentów rzeki, o d³ugoœci oko³o 100 m, ustalono masê zdepono- wanego drewna oraz masê drewna przypadaj¹c¹ na jednostkê powierzchni koryta, pomierzono d³ugoœæ podcinanych, zalesionych brzegów oraz spa- dek i pe³nokorytow¹ szerokoœæ rzeki i wreszcie obliczono jednostkow¹ moc strumienia w czasie kulminacji wezbrania, okreœlaj¹c¹ maksymal- n¹ zdolnoœæ transportow¹ rzeki (ryc. 3). Okaza³o siê, ¿e ³adunki zdepo- nowanego drewna s¹ wprost proporcjonalne do d³ugoœci erodowanych brzegów oraz szerokoœci rzeki, a odwrotnie proporcjonalne do jednostko- wej mocy strumienia w czasie kulminacji wezbrania. Najwiêksze iloœci drewna (maksymalnie do 33 t · ha^–1 powierzchni koryta) by³y depono- wane w szerokich, wielonurtowych (fot. 5) lub wielokorytowych segmen- tach rzeki. Niewielka zdolnoœæ transportowa rzeki sprzyja³a deponowa- niu drewna przynoszonego z wy¿szych odcinków, a znaczna d³ugoœæ podcinanych brzegów rzeki i brzegów zalesionych kêp umo¿liwia³a du¿¹ lokaln¹ dostawê drzew do koryta (ryc. 3). W w¹skich, jednonurtowych segmentach rzeki o uregulowanym lub skalnym korycie by³y natomiast deponowane bardzo ma³e iloœci drewna. Du¿a zdolnoœæ transportowa rzeki nie sprzyja³a zatrzymywaniu tu drewna przynoszonego z wy¿szych odcinków, a efektem wiêkszej odpornoœci brzegów na erozjê i ma³ej krêtoœci nurtu w tych segmentach by³a ma³a d³ugoœæ podcinanych brze- gów i niewielka dostawa drzew do koryta (ryc. 3).

Obserwacje w Czarnym Dunajcu wykaza³y, ¿e drewno mo¿e byæ transportowane na znaczne odleg³oœci w w¹skich, prostych odcinkach rzeki górskiej, w których brak jest miejsc pozwalaj¹cych na zakotwicza- nie siê p³yn¹cego drewna i gdzie si³a transportowa rzeki jest znaczna.

Na daleki transport wskazuje znaczne rozdrobnienie i du¿y stopieñ zniszczenia drewna zdeponowanego w miejscach pierwszych rozszerzeñ koryta poni¿ej takich odcinków oraz niemal ca³kowity brak Ÿróde³ dosta-

Ryc. 3. Rozk³ad morfometrycznych i hydraulicznych parametrów oraz iloœci zdepono- wanego drewna dla 89 stumetrowych segmentów Czarnego Dunajca

Fig. 3. Morphometric and hydraulic parametres of the Czarny Dunajec and the amount of stored wood shown for eighty-nine, 100-m long, investigated sections

of the river Odleg³oœæ — Distance [km]

Channel gradient [m/m]

Elevation [m a.s.l.]Total wood storage [t]Channel width [m]Unit stream power [W/m2s]Eroded banks length [m]Unit wood storage [t/ha]

wy drewna (podcinanych brzegów) w w¹skich, prostych odcinkach rzeki.

Depozycji znacznych iloœci grubego rumoszu drzewnego w rzece górskiej sprzyja natomiast obecnoœæ miejsc umo¿liwiaj¹cych zakotwiczanie siê p³yn¹cego drewna (P i é g a y i in. 1999; G u r n e l l i in. 2000a, b; Z a - w i e j s k a, W y ¿ g a 2002). Nale¿¹ do nich: czo³owe partie ³ach œródko- rytowych, op³ywane przez rozdzielaj¹cy siê nurt (fot. 6); szczytowe partie

³ach meandrowych, gdzie g³êbokoœæ wody w czasie wezbrañ jest stosun- kowo ma³a; brzegi, a zw³aszcza czo³owe partie kêp (fot. 2B); oraz w¹skie koryta przelewowe, w których mo¿e dochodziæ do formowania siê tam drzewnych, analogicznych do tych powstaj¹cych w w¹skich potokach górskich. Wiêksze rzeki górskie mo¿e zatem cechowaæ du¿e zró¿nicowa- nie iloœci drewna zdeponowanego w ich poszczególnych odcinkach (zob.

ryc. 3), odzwierciedlaj¹ce zró¿nicowanie morfologii koryt (P i é g a y, G u r - n e l l 1997).

Porównanie iloœci grubego rumoszu drzewnego obecnego w alpej- skiej rzece Drôme z oszacowan¹ dla dwudziestoletniego okresu wielko-

œci¹ dostawy do niej drewna z nadrzecznych lasów wskazuje na krótki, kilkuletni czas pozostawania rumoszu drzewnego w szerokiej rzece gór- skiej (P i é g a y i in. 1999). Najprawdopodobniej jest to ³¹cznym wyni- kiem:

1) du¿ej mobilnoœci drewna w takich rzekach, u³atwiaj¹cej jego od- prowadzanie w dó³ biegu (P i é g a y i in. 1999);

2) wynoszenia drewna w czasie wezbrañ do obszarów zalewowych, gdzie podlega ono szybkiemu rozk³adowi w warunkach subaeralnych;

3) szybkiego rozk³adu drewna drzew liœciastych (S e d e l l i in. 1988), g³ównie dostarczanych do wiêkszych rzek;

4) pozyskiwania drewna na opa³ z ³atwo dostêpnych koryt wiêk- szych rzek.

Podsumowuj¹c, nale¿y stwierdziæ, i¿ w Ÿródliskowych odcinkach cie- ków górskich depozycja grubego rumoszu drzewnego zachodzi w nieupo- rz¹dkowany sposób w miejscach dostawy powalonych drzew z brzegów cieków oraz zboczy dolin. W potokach górskich drewno jest preferencyj- nie przechwytywane w miejscach zwê¿eñ koryta, a charakterystyczn¹ form¹ jego nagromadzeñ s¹ tamy drzewne. Natomiast w rzekach gór- skich o szerokoœci koryta wiêkszej od wysokoœci drzew porastaj¹cych jego brzegi gruby rumosz drzewny jest zwykle deponowany w miejscach rozszerzania siê koryta i spadku zdolnoœci transportowej rzeki, zw³asz- cza przy obecnoœci form korytowych i roœlinnoœci umo¿liwiaj¹cych za- kotwiczanie siê sp³ywaj¹cego drewna.

W miarê wzrostu wielkoœci cieków zwiêksza siê mobilnoœæ grubego rumoszu drzewnego, maleje natomiast przeciêtny czas zalegania drewna w danym miejscu (odcinku) koryta. Wzrostowi wielkoœci cieków górskich

towarzysz¹ tak¿e istotne zmiany charakteru deponowanego w nich ru- moszu drzewnego. W wysoko po³o¿onych odcinkach cieków górskich ich brzegi s¹ z regu³y poroœniête drzewami iglastymi, cechuj¹cymi siê kon- centracj¹ biomasy drewna w pojedynczym pniu. W rezultacie, dominu- j¹c¹ form¹ grubego rumoszu drzewnego w Ÿródliskowych odcinkach tych cieków s¹ k³ody, natomiast w wiêkszych potokach górskich oprócz po- jedynczych k³ód mog¹ tak¿e wystêpowaæ zwa³y. W ni¿ej po³o¿onych od- cinkach cieków górskich strefy klimatu umiarkowanego ich brzegi s¹ poroœniête krzewami i drzewami liœciastymi, zatem dominuj¹cymi tu for- mami grubego rumoszu drzewnego s¹ krzewy i drzewa oraz utworzone w wyniku ich agregacji zwa³y.

Wreszcie, wraz ze wzrostem wielkoœci cieków maleje iloœæ drewna przypadaj¹ca na jednostkê powierzchni ich koryta (Va n n o t e i in. 1980;

F e t h e r s t o n i in. 1995). Na przyk³ad, w Ÿródliskowym odcinku Ka- mienicy, o œredniej szerokoœci 5 m, iloœæ zdeponowanego drewna wyno- si³a 146 t · ha^–1 powierzchni koryta. W odleg³oœci kilku kilometrów od

Ÿróde³, gdzie szerokoœæ potoku wynosi³a oko³o 16 m, stwierdzono 18 t drewna na 1 ha powierzchni koryta. Natomiast w badanym odcinku Czarnego Dunajca, o œredniej szerokoœci 52 m, na 1 ha powierzchni rzeki przypada³o œrednio oko³o 8 t drewna. Zmniejszanie siê jednostko- wych ³adunków drewna jest wynikiem wzrostu szerokoœci cieków, elimi- nacji zboczy dolin jako Ÿróde³ dostawy powalonych drzew w przypadku wiêkszych cieków p³yn¹cych p³askodennymi dolinami oraz wynoszenia w czasie wezbrañ znacznej czêœci dostarczonego do takich cieków drew- na do ich obszarów zalewowych.

WP£YW GRUBEGO RUMOSZU DRZEWNEGO NA FUNKCJONOWANIE GEOSYSTEMÓW CIEKÓW GÓRSKICH

Gruby rumosz drzewny wywiera istotny wp³yw na funkcjonowanie geo- systemów cieków górskich (G u r n e l l i in. 1995). Przegradzanie mniej- szych cieków tamami drzewnymi prowadzi do powstania schodowego profilu pod³u¿nego koryt (ryc. 1), z uk³adem progów i towarzysz¹cych im kot³ów eworsyjnych (fot. 3) (K e l l e r i in. 1995; K a c z k a 1999b). Umo¿- liwiaj¹ one maksymalizowanie oporów przep³ywu i efektywne rozprasza- nie energii wód wezbraniowych (Wo h l i in. 1997). W odcinku powy¿ej progu, o zmniejszonym spadku, woda p³ynie z mniejsz¹ prêdkoœci¹ ni¿

w korycie o jednostajnym nachyleniu dna, natomiast energia kinetycz- na wody spadaj¹cej z progu jest rozpraszana w wirach formuj¹cych siê u podnó¿a progu. Skalê rozpraszania energii potoków górskich, zwi¹za- nego z progami utworzonymi na tamach drzewnych, obrazuje dokonu- j¹ca siê na tych progach sumaryczna zmiana wysokoœci dna koryt. Na

przyk³ad, w dop³ywach Redwood Creek w pó³nocno-zachodniej Kaliforni (cieki 2–3 rzêdu) wynosi ona od kilku do ponad 50% ca³kowitej ró¿nicy wysokoœci wzd³u¿ ich koryt (K e l l e r i in. 1995).

W rzekach górskich drzewa powalone do koryta mog¹ powodowaæ kierowanie nurtu w stronê przeciwleg³ego brzegu i jego erozjê (N a k a - m u r a, S w a n s o n 1993), przyczyniaj¹c siê do wzrostu krêtoœci rzeki.

Z kolei, depozycja drzew i du¿ych zwa³ów w obrêbie koryta powoduje dzielenie siê nurtu i powstanie ¿wirowych odsypów (A b b e, M o n t g o - m e r y 1996), co mo¿e prowadziæ do erozji brzegów rzeki i wzrostu sze- rokoœci jej koryta. Hydrauliczn¹ konsekwencj¹ zwiêkszenia siê krêtoœci i szerokoœci rzeki oraz powstania wielonurtowego uk³adu koryta jest natomiast wzrost oporów przep³ywu i zmniejszenie siê œredniej prêdko-

œci przy danym natê¿eniu przep³ywu. Zdeponowany w korycie rzeki górskiej gruby rumosz drzewny umo¿liwia efektywne rozpraszanie ener- gii wód wezbraniowych (G i ppe l 1995) nawet, gdy nie powoduje on bezpoœrednich skutków morfologicznych. Przyk³adowo, pomiary przepro- wadzone w jednej z górskich rzek Oregonu wykaza³y, ¿e k³ody pokrywa- j¹ce mniej ni¿ 2% powierzchni dna by³y odpowiedzialne za oko³o po³owê ca³kowitych oporów przep³ywu (M a n g a, K i r c h n e r 2000).

W ciekach z grubym rumoszem drzewnym mniejsza czêœæ ca³kowitej energii wód wezbraniowych mo¿e byæ zatem wydatkowana na urucho- mienie i transport materia³u dennego, a uruchamianie materia³u den- nego wymaga tu wiêkszej ca³kowitej si³y trakcyjnej (ang. „total shear stress”) i zachodzi przy wy¿szych, rzadziej powtarzaj¹cych siê przep³y- wach ni¿ w ciekach niezawieraj¹cych drewna (A s s a n i, P é t i t 1995).

W rezultacie, cieki te cechuje mniejsze natê¿enie transportu dennego i tendencja do akumulacji rumowiska skalnego. W w¹skich ciekach przegrodzonych tamami drzewnymi materia³ denny uruchomiony w da- nym miejscu cieku jest zazwyczaj przemieszczany na niewielkie odleg³o-

œci, ulegaj¹c depozycji za ni¿ej po³o¿onymi tamami (M o s l e y 1981).

Depozycja materia³u dennego po dopr¹dowej stronie tam drzewnych umo¿- liwia akumulacjê znacznych iloœci osadu; na przyk³ad, w potokach Ka- liforni, odwadniaj¹cych poroœniête starodrzewem zlewnie górskie, objê- toœæ zgromadzonego za tamami osadu odpowiada 100–150-krotnej wiel- koœci rocznego ³adunku rumowiska wleczonego wynoszonego z tych zlewni (K e l l e r i in. 1995). Ilustracji korzystnych warunków do akumulacji materia³u dennego, stwarzanych przez gruby rumosz drzewny, dostar- cza tak¿e porównanie objêtoœci osadu zgromadzonego powy¿ej tam ak- tywnych z objêtoœci¹ kot³ów eworsyjnych formowanych poni¿ej tam.

W badanych odcinkach górnego biegu Kamienicy w Gorcach objêtoœæ osadu powy¿ej tam kilkunastokrotnie przewy¿sza objêtoœæ osadu wyero- dowanego z dna cieku przy formowaniu kot³ów eworsyjnych. Wreszcie,

obecnoœæ licznych miejsc, w których mo¿liwa jest akumulacja materia³u dennego powoduje, ¿e cieki zawieraj¹ce rumosz drzewny mog¹ ³atwo absorbowaæ du¿e iloœci gwa³townie dostarczanego rumowiska (np. w wy- niku osuwisk, sp³ywów gruzowych) i stopniowo uwalniaæ ten materia³ w czasie póŸniejszych wezbrañ do ni¿szego odcinka (K e l l e r i in. 1995).

Eksperymentalne badania wykaza³y, ¿e efektem usuniêcia drewna z koryta by³ kilkakrotny wzrost natê¿enia transportu dennego przy okre-

œlonym przep³ywie, w porównaniu z sytuacj¹, gdy gruby rumosz drzew- ny by³ obecny w korycie (S m i t h i in. 1993), oraz wyprz¹tanie rumo- wiska skalnego z dna cieku (H e e d e 1985). D³ugookresowym nastêp- stwem tej ró¿nej dynamiki transportu dennego w ciekach zawieraj¹cych b¹dŸ pozbawionych grubego rumoszu drzewnego jest odmienny charak- ter ich dna oraz spadku koryta (M o n t g o m e r y i in. 1996). Stwierdzo- no, ¿e wœród analizowanych górskich potoków w stanie Washington, odwadniaj¹cych zlewnie o okreœlonej wielkoœci, potoki zawieraj¹ce drew- no mia³y koryto o mniejszym spadku i dnie wyœcielonym ¿wirem, nato- miast potoki, z których usuwano drewno, cechowa³ wiêkszy spadek i skalne dno.

Gruby rumosz drzewny deponowany na ³achach ¿wirowych przyczy- nia siê do ich utrwalania, zmniejszaj¹c prêdkoœæ przep³ywu wód wez- braniowych, bezpoœrednio os³aniaj¹c powierzchnie ³ach przed dzia³aniem p³yn¹cej wody oraz u³atwiaj¹c depozycjê drobnoziarnistego osadu i ko- lonizacjê ³ach przez roœlinnoœæ (F e t h e r s t o n i in. 1995; G u r n e l l i in. 2001). W rezultacie, na przyk³ad w górnym biegu Kamienicy ³achy poroœniête roœlinnoœci¹ stanowi¹ ponad dwa razy wiêkszy procent wœród

³ach ze zdeponowanymi k³odami œwierkowymi ni¿ wœród ³ach bez gru- bego rumoszu drzewnego (K a c z k a 1999b).

Gruby rumosz drzewny wywiera istotny wp³yw na formowanie siê przeg³êbieñ w ciekach górskich. Badaj¹c górskie cieki Kaliforni stwier- dzono (K e l l e r i in. 1995), ¿e w ich Ÿródliskowych odcinkach niemal wszystkie przeg³êbienia by³y zwi¹zane z obecnoœci¹ drewna w korycie;

w ciekach 3-4 rzêdu iloœæ przeg³êbieñ uformowanych pod wp³ywem gru- bego rumoszu drzewnego by³a mniejsza, przekracza³a jednak po³owê wszystkich przeg³êbieñ. Natomiast w badanych przez E.G. R o b i s o n a i L. B e s c h t ê (1990b) ciekach 1–4 rzêdu na Alasce, odwadniaj¹cych górskie zlewnie poroœniête starodrzewem, od 40 do 75% wszystkich prze- g³êbieñ by³o zwi¹zanych z obecnoœci¹ drewna w korytach. Ponadto, w ciekach z grubym rumoszem drzewnym przeg³êbienia s¹ gêœciej roz- mieszczone wzd³u¿ koryta ni¿ w ciekach niezawieraj¹cych drewna i w wiêkszoœci tych pierwszych cieków przeciêtna odleg³oœæ pomiêdzy kolejnymi przeg³êbieniami (odniesiona do szerokoœci koryta) jest tym mniejsza, im wiêksza iloœæ drewna zosta³a zdeponowana w korycie

(M o n t g o m e r y i in. 1995). Czêœciowym wyjaœnieniem wiêkszego za- gêszczenia przeg³êbieñ mo¿e byæ fakt, ¿e progom utworzonym na ta- mach drzewnych towarzysz¹ nie tylko przeg³êbienia wyerodowane po ich zapr¹dowej stronie (kot³y eworsyjne — fot. 3), lecz czêsto równie¿ prze- g³êbienia powsta³e po dopr¹dowej ich stronie w wyniku spiêtrzenia wody przez tamê (fot. 4) (T h o m p s o n 1995).

Obecnoœæ drewna w ciekach zwiêksza zró¿nicowanie prêdkoœci wody zarówno w profilu pod³u¿nym, jak i w przekroju koryt (G i p p e l 1995).

Tamy czêœciowe powoduj¹ zawê¿enie nurtu i zwiêkszenie prêdkoœci wody w nurcie oraz powstanie miejsc wolno p³yn¹cej, a niekiedy stoj¹cej wo- dy po zapr¹dowej stronie przeszkód. Tamy aktywne i zwi¹zane z nimi progi s¹ natomiast przyczyn¹ zwiêkszenia ró¿nic prêdkoœci wody w profilu pod³u¿nym cieku. To zwiêkszone zró¿nicowanie hydrauliczne cieków umo-

¿liwia efektywne rozsortowywanie materia³u dennego, z drobniejszymi osadami deponowanymi w przeg³êbieniach formowanych po dopr¹dowej stronie tam aktywnych i grubszymi sk³adanymi na bystrzach i w ko- t³ach eworsyjnych (T h o m p s o n 1995).

Podsumowuj¹c, deponowany w ciekach górskich gruby rumosz drzew- ny wywiera istotny wp³yw na:

— morfologiê cieków,

— hydraulikê ich przep³ywów wezbraniowych,

— zdolnoœæ cieków do akumulacji materia³u dennego, a w konsekwen- cji na natê¿enie jego transportu i charakter dna cieków.

ZNACZENIE GRUBEGO RUMOSZU DRZEWNEGO

DLA FUNKCJONOWANIA EKOSYSTEMÓW CIEKÓW GÓRSKICH Drewno powalonych drzew pe³ni kilka istotnych funkcji w kszta³towaniu ekosystemów wodnych w ciekach górskich (S e d e l l i in. 1988; G u r - n e l l i in. 1995; L o f r o t h 1998), czego odzwierciedleniem jest dobrze rozpoznany fakt, i¿ cieki zawieraj¹ce rumosz drzewny cechuje wiêksza ró¿norodnoœæ, wiêksza iloœæ osobników i biomasa bezkrêgowców i ryb ni¿ cieki niezawieraj¹ce drewna (H a r m o n i in. 1986 i cytowane tam prace). Jedn¹ z tych funkcji jest zwiêkszanie fizycznej ró¿norodnoœci siedlisk w ciekach. Jest ono wynikiem stwarzania przez gruby rumosz drzewny fizycznych barier dla przep³ywu wody, spowalniania transportu i zatrzymywania materia³u dennego, wiêkszego zró¿nicowania g³êbokoœci i prêdkoœci wody wzd³u¿ i w przekroju koryta, a tak¿e wiêkszego zagêsz- czenia i zwiêkszonych rozmiarów oraz stabilnoœci przeg³êbieñ w ciekach zawieraj¹cych drewno. Du¿e zró¿nicowanie prêdkoœci wody w obrêbie koryt odgrywa kluczow¹ rolê w formowaniu siê stref dna pokrytych

przemytym ¿wirem, które s¹ miejscami wylêgu ryb (sk³adania i inkuba- cji ikry). Przeg³êbienia stanowi¹ natomiast refugia umo¿liwiaj¹ce rybom przetrwanie okresów ni¿ówek, w strefie klimatu umiarkowanego zw³asz- cza zimowych, w czasie których p³ytsze obszary cieków mog¹ przemar- zaæ a¿ do dna.

Nagromadzenia drewna mog¹ tworzyæ siedliska w ciekach, stano- wi¹c pod³o¿e, na którym mog¹ siê osiedlaæ rozmaite bezkrêgowce, oraz tworz¹c os³onê przed drapie¿nikami dla ryb, wykorzystuj¹cych przeg³ê- bienia wytworzone wokó³ i pod tymi nagromadzeniami jako miejsca ¿e- rowania i odpoczynku. Nagromadzenia drewna s¹ tak¿e wykorzystywane jako miejsca bytowania przez bobry, wydry oraz larwy salamandry.

Zdeponowane w ciekach drewno jest tak¿e wykorzystywane jako po- karm przez wiele grup organizmów, których sk³ad zmienia siê w miarê postêpuj¹cego rozk³adu drewna. Niska wartoœæ od¿ywcza drewna, w po- równaniu na przyk³ad z liœæmi drzew, jest równowa¿ona stabilnoœci¹ i d³ugotrwa³oœci¹ tego Ÿród³a po¿ywienia.

I wreszcie, przy obecnoœci tam drzewnych, zwa³ów oraz licznych przeg³êbieñ utworzonych w wyniku hydraulicznego oddzia³ywania grube- go rumoszu drzewnego, mo¿liwe jest efektywne zatrzymywanie w cie- kach liœci i szpilek drzew oraz drobnego detrytusu organicznego (B i l - b y, L i k e n s 1980), wykorzystywanych jako pokarm przez wiele grup wodnych organizmów.

Gruby rumosz drzewny wywiera tak¿e istotny wp³yw na formowanie siê l¹dowych ekosystemów zwi¹zanych z ciekami górskimi. Zdeponowa- ne w obszarach zalewowych i na ³achach ¿wirowych drewno stwarza os³onê dla roœlinnoœci zielnej i siewek drzew przed niszcz¹cym dzia³a- niem wód wezbraniowych, umo¿liwiaj¹c zasiedlenie tych obszarów przez roœlinnoœæ i sukcesjê lasu (F e t h e r s t o n i in. 1995). Konsekwencj¹ tej os³onowej roli rumoszu drzewnego jest stwierdzona przez G.P. M a l a n - s o n a i D.R. B u t l e r a (1990) zale¿noœæ iloœci gatunków roœlin zasie- dlaj¹cych ³achy ¿wirowe w rzece górskiej od iloœci zdeponowanego na

³achach drewna. Nap³awione drewno wierzb i topoli odgrywa szczególn¹ rolê w przekszta³caniu ¿wirowych ³ach œródkorytowych w kêpy poroœniê- te lasem ³êgowym; w sprzyjaj¹cych warunkach wilgotnoœciowych drewno to mo¿e siê ukorzeniaæ i wypuszczaæ pêdy, formuj¹c inicjalne stadia kêp (ang. „pioneer islands”) i umo¿liwiaj¹c sukcesjê lasu ³êgowego w miejscach, w których kie³kuj¹ce z nasion siewki drzew mog³yby byæ

³atwo zniszczone przez wody wezbraniowe (G u r n e l l i in. 2001).

UWAGI KOÑCOWE

Omówione w artykule wyniki badañ dokumentuj¹ korzystny wp³yw, jaki gruby rumosz drzewny wywiera na funkcjonowanie geo- i ekosystemów cieków górskich. W niektórych krajach, zw³aszcza w Wielkiej Brytanii i USA, rozpoznanie tego wp³ywu umo¿liwi³o sformu³owanie praktycznych zaleceñ, zmierzaj¹cych do poprawy gospodarki wodnej prowadzonej w ciekach odwadniaj¹cych zalesione zlewnie (zob. G r e g o r y, D a v i e s 1992; G u r n e l l i in. 1995). Zalecane dzia³ania obejmuj¹: usuwanie z cieków jedynie mniejszych, niestabilnych fragmentów drewna, zanie- chanie wycinki drzew w przylegaj¹cych do koryt pasach nadrzecznego lasu, tak aby mog³y one funkcjonowaæ jako Ÿród³o dostawy grubego rumoszu drzewnego (B r a g g, K e r s h n e r 1999), a tak¿e sztuczne umieszczanie w ciekach k³ód w tych odcinkach, w których ich natural- na dostawa jest niewystarczaj¹ca. Realizowane programy sztucznego umieszczania k³ód w ciekach górskich rzeczywiœcie wywo³uj¹ korzystne zmiany ich funkcjonowania, takie jak wzrost g³êbokoœci i zmniejszenie

œredniej prêdkoœci przep³ywu oraz efektywne zatrzymywanie w korytach materia³u mineralnego i materii organicznej (Wa l l a c e i in. 1995).

W polskich realiach najlepsza wydaje siê „strategia nieingerencji”, sprowadzaj¹ca siê do zaniechania usuwania drewna powalonych drzew z cieków wszêdzie tam, gdzie jego obecnoœæ w korytach nie stwarza bezpoœredniego zagro¿enia powodziowego dla zabudowy i infrastruktury w dnach dolin. Efektywne zatrzymywanie materia³u dennego w ciekach i przeciwdzia³anie pog³êbianiu siê koryt przez gruby rumosz drzewny mo¿e byæ szczególnie istotne w karpackiej czêœci dorzecza górnej Wis³y.

W XX wieku karpackie dop³ywy Wis³y wciê³y siê bowiem w swych dol- nych i œrodkowych biegach o 1,3–3,8 m, a w drugiej po³owie stulecia szybkie pog³êbianie siê koryt zaznaczy³o siê tak¿e w ich górnych bie- gach (W y ¿ g a, L a c h 2002). Spowodowa³o to ujawnienie siê wielu zja- wisk niekorzystnych dla gospodarki i œrodowiska. Dlatego te¿ mo¿liwoœæ zahamowania lub nawet odwrócenia dotychczasowego trendu zmian pio- nowego po³o¿enia koryt rzek karpackich — przynajmniej w ich górnych biegach — bez koniecznoœci wykonywania kosztownych prac hydrotech- nicznych zas³uguje na wnikliw¹ uwagê.

1 Instytut Ochrony Przyrody PAN Al. A. Mickiewicza 33

PL 31-120 Kraków

2 Uniwersytet Œl¹ski Wydzia³ Nauk o Ziemi ul. Bêdziñska 60 PL 41-200 Sosnowiec 

3 Uniwersytet Jagielloñski

Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej ul. Grodzka 64

PL 31-044 Kraków

LITERATURA

A b b e T.B., M o n t g o m e r y D.R., 1996, Large woody debris jams, channel hydraulics and habitat formation in large rivers, Regul. Rivers: Res. and Mgmt 12, 201–221.

A s s a n i A.A., P é t i t F., 1995, Log-jam effects on bed-load mobility from experiments conducted in a small gravel-bed forest ditch, Catena 25, 117–126.

B i l b y R.E., L i k e n s G.E., 1980, Importance of organic debris dams in the structure and function of stream ecosystems, Ecology 61, 1107–1113.

B i l b y R.E., Wa r d J.W., 1989, Changes in characteristics and function of woody debris with increasing size of streams in western Washington, Trans. Am. Fish.

Soc. 118, 368–378.

B r a g g D.C., K e r s h n e r J.L., 1999, Coarse woody debris in riparian zones, Journ.

of Forestry 97(4), 30–35.

C h u r c h M., 1992, Channel morphology and typology [in:] The Rivers Handbook, ed.

P. Calow, G.E. Petts, Blackwell, 1, 126–143.

F e t h e r s t o n K.L., N a i m a n R.J., B i l b y R.E, 1995, Large woody debris, physical process, and riparian forest development in montane river networks of the Pacific Northwest, Geomorphology 13, 133–144.

G i ppe l C., 1995, Environmental hydraulics of large woody debris in streams and rivers, Journ. Environ. Engrg. 121, 388–395.

G r e g o r y K.J., D a v i e s R.J., 1992, Coarse woody debris in stream channels in relation to river channel management in woodland areas, Regul. Rivers: Res. and Mgmt 7, 117–136.

G r e g o r y K.J., G u r n e l l A.M., H i l l C.T., 1985, The permanence of debris dams re- lated to river channel processes, Hydrol. Sci. Journ. 30, 371–381.

G u r n e l l A.M., 1998, The hydrogeomorphological effects of beaver dam-building acti- vity, Progr. Phys. Geogr. 22, 167–189.

G u r n e l l A.M., G r e g o r y K.J., P e t t s G.E., 1995, The role of coarse woody debris in forest aquatic habitats: implications for management, Aquatic Conserv.: Marine and Freshwater Ecosystems 5, 143–166.

G u r n e l l A.M., P e t t s G.E., H a r r i s N., Wa r d J.V., T o c k n e r K., E d w a r d s P.J., K o l l m a n n J., 2000a, Large wood retention in river channels: The case of the Fiume Tagliamento, Italy, Earth Surf. Processes Landforms 25, 255–275.

G u r n e l l A.M., P e t t s G.E., H a n n a h D.M., S m i t h B.P.G., E d w a r d s P.J., K o l - l m a n n J., Wa r d J.V., T o c k n e r K., 2000b, Wood storage within the active zone of a large European gravel-bed river, Geomorphology 34, 55–72.

G u r n e l l A.M., P e t t s G.E., H a n n a h D.M., S m i t h B.P.G., E d w a r d s P.J., K o l - l m a n n J., Wa r d J.V., T o c k n e r K., 2001, Riparian vegetation and island formation along the gravel-bed Fiume Tagliamento, Italy, Earth Surf. Processes Landforms 26, 31–62.

H a r m o n M.E., F r a n k l i n J.F., S w a n s o n F.J., S o l l i n s P., G r e g o r y S.V., L a t - t i n J.D., A n d e r s o n N.H., C l i n e S.P., A u m e n N.G., S e d e l l J.R., L i e n - k a e m p e r G.W., C r o m a c k K., C u m m i n s K.W., 1986, Ecology of coarse woody debris in temperate ecosystems, Advances in Ecol. Res. 15, 133–302.

Heede B.H., 1985, Channel adjustments to the removal of log steps: An experiment in a mountain stream, Environ. Management 9, 427–432.

K a c z k a R.J., 1999a, The role of coarse woody debris in fluvial processes during the flood of the July 1997, Kamienica £¹cka valley, Beskidy Mountains, Poland, Stud.

Geomorph. Carp.-Balcan. 33, 117–130.

K a c z k a R.J., 1999b, Rola k³ód w kszta³towaniu systemu fluwialnego i zwi¹zanych z nim biocenoz (Kamienica, Gorce) [w:] Interdyscyplinarnoœæ w badaniach dorzecza, red. W. Che³micki, J. Pociask-Karteczka, Kraków, 245–251.

K a c z k a R.J., 2002a, Rola k³ód w modelowaniu koryt potoków górskich w Europie

Œrodkowej, maszynopis pracy doktorskiej, Archiwum Wydzia³u Nauk o Ziemi Uni- wersytetu Œl¹skiego, Sosnowiec.

K a c z k a R.J., 2002b, K³ody jako przejaw bezpoœredniego oddzia³ywania lasu na koryta potoków górskich. Przyk³ady z Europy Œrodkowej [w:] Roœlinnoœæ a procesy erozji, transportu i depozycji, red. K. Klimek, K. Kocel, Sosnowiec, 51–55.

K e l l e r E.A., M a c D o n a l d A., T a l l y T., M e r r i t N.J., 1995, Effects of large organic debris on channel morphology and sediment storage in selected tributaries of Redwood Creek, northwestern California, US Geol. Surv. Prof. Paper 1454-P, 1–29.

K e l l e r E.A., S w a n s o n F.J., 1979, Effects of large organic material on channel form and fluvial processes, Earth Surf. Processes 4, 361–380.

K e l l e r E.A., T a l l y T., 1979, Effects of large organic debris on channel form and fluvial processes in the coastal redwood environment [in:] Adjustments of the Fluvial System, ed. D.D. Rhodes, G.P. Williams, Binghamton, 169–197.

L o f r o t h E., 1998, The dead wood cycle [in:] Conservation biology principles for fores- ted landscapes, ed. J. Voller, S. Harrison, Vancouver, 185–214.

M a l a n s o n G.P., B u t l e r D.R., 1990, Woody debris, sediment, and riparian vegeta- tion of a subalpine river, Montana, U.S.A., Arctic and Alpine Research 22, 183–194.

M a n g a M., K i r c h n e r J.W., 2000, Stress partitioning in streams by large woody debris, Water Res. Research 36, 2373–2379.

M o n t g o m e r y D.R., A b b e T.B., B u f f i n g t o n J.M., P e t e r s o n N.P., S c h m i d t K.M., S t o c k J.D., 1996, Distribution of bedrock and alluvial channels in fores- ted mountain drainage basins, Nature 381, 587–589.

M o n t g o m e r y D.R., B u f f i n g t o n J.M., S m i t h R.D., S c h m i d t K.M., P e s s G., 1995, Pool spacing in forest channels, Water Res. Research 31, 1097–1105.

M o s l e y M.P., 1981, The influence of organic debris on channel morphology and bedload transport in a New Zealand forest stream, Earth Surf. Processes Land- forms 6, 571–579.

N a k a m u r a F., S w a n s o n F.J., 1993, Effects of coarse woody debris on morphology and sediment storage of a mountain stream system in western Oregon, Earth Surf.

Processes Landforms 18, 43–61.

N a k a m u r a F., S w a n s o n F.J., 1994, Distribution of coarse woody debris in a mountain stream, western Cascade Range, Oregon, Canad. Journ. Forest Res. 24, 2395–2403.

P e t t s G.E., 1990, Forested river corridors: a lost resource [in:] Water, Engineering and Lanscape; Water Control and Landscape Transformation in the Modern Period, ed.

D. Cosgrove, G. E. Petts, Belhaven Press, London, 12–34.

P i é g a y H., G u r n e l l A.M., 1997, Large woody debris and river geomorphological pattern: examples from S.E. France and S. England, Geomorphology 19, 99–116.

P i é g a y H., T h é v e n e t A., C i t t e r i o A., 1999, Input, storage and distribution of large woody debris along a mountain river continuum, the Drôme River, France, Catena 35, 19–39.

R i c h m o n d A.D., F a u s c h K.D., 1995, Characteristics and function of large woody debris in subalpine Rocky Mountain streams in northern Colorado, Canad. Journ.

Fish. Aquat. Sci. 52, 1789–1802.

R o b i s o n E.G., B e s c h t a R.L., 1990a, Identifying trees in riparian areas that can provide coarse woody debris to streams, Forest Science 36, 790–801.

R o b i s o n E.G., B e s c h t a R.L., 1990b, Coarse woody debris and channel morpho- logy interactions for undisturbed streams in southeast Alaska, U.S.A., Earth Surf.

Processes Landforms 15, 149–156.

S e d e l l J.R., B i s s o n P.A., S w a n s o n F.J., G r e g o r y S.V., 1988, What we know about large trees that fall into streams and rivers [in:] From the Forest to the Sea:

a Story of Fallen Trees, ed. C. Maser, R.F. Tarrant, J.M. Trappe, J.F. Franklin, USDA Forest Serv. Gen. Techn. Rep. 229 Portland, 47–81.

S m i t h R.D., S i d l e R.C., P o r t e r P.E., N o e l J.R., 1993, Effects on bedload trans- port of experimental removal of woody debris from a forest gravel-bed stream, Earth Surf. Processes Landforms 18, 455–468.

T h é v e n e t A., C i t t e r i o A., P i é g a y H., 1998, A new methodology for the asses- sment of large woody debris accumulations on highly modified rivers (example of two French piedmont rivers), Regul. Rivers: Res. and Mgmt 14, 467–483.

T h o m p s o n D.M., 1995, The effects of large organic debris on sediment processes and stream morphology in Vermont, Geomorphology 11, 235–244.

Va n n o t e R.L., M i n s h a l l G.W., C u m m i n s K.W., S e d e l l J.R., C u s h i n g C.E., 1980, The river continuum concept, Canad. Journ. Fish. Aquat. Sci. 37, 130–137.

Va n S i c k l e J., G r e g o r y S.V., 1990, Modelling inputs of large woody debris to streams from falling trees, Canad. Journ. Forest Res. 20, 1593–1601.

Wa l l a c e J.B., We b s t e r J.R., M e y e r J.L., 1995, Influence of log additions on physical and biotic characteristics of a mountain stream, Canad. Journ. Aquat.

Sci. 52, 2120–2137.

Wo h l E., M a d s e n S., M a c D o n a l d L., 1997, Characteristics of log and clast bed- steps in step-pool streams of Northwestern Montana, U.S.A., Geomorphology 20, 1–10.

W y ¿ g a B., Lach J., 2002, Wspó³czesne wcinanie siê rzek karpackich — przyczyny,

œrodowiskowe efekty i œrodki zaradcze, Probl. Zagosp. Ziem Górskich 48, 23–29.

Z a w i e j s k a J., W y ¿ g a B., 2002, Uwarunkowania depozycji grubego rumoszu drzew- nego w szerokiej rzece górskiej na przyk³adzie Czarnego Dunajca, VI Zjazd Geo- morfologów Polskich. Œrodowiska górskie — ewolucja rzeŸby. Jelenia Góra, 11–14 wrzeœnia 2002, 141–142.

Bart³omiej Wy¿ga, Ryszard J. Kaczka, Joanna Zawiejska

LARGE WOODY DEBRIS IN MOUNTAIN STREAMS — ACCUMULATION TYPES, DEPOSITIONAL CONDITIONS AND ENVIRONMENTAL SIGNIFICANCE

S u m m a r y

The paper reports on results from the studies concerning trees and shrubs fallen into mountain streams and rivers. Fallen trees, shrubs and their larger fragments are termed large woody debris. Logs, shrubs and whole trees, jams and stumps are the types of large wood accumulations found in channels. Wood is delivered to the channels of mountain

streams and rivers as a result of snag disintegration, blowdown of trees and bank cutting, by avalanches, debris flows and landslides as well as due to timber harvesting and beaver activity.

In small headwater streams, fallen trees are retained in places of their delivery to the channels, this resulting in a random pattern of wood deposition. In larger streams, wood is preferentially deposited in narrow channel sections and debris dams become the characteristic form of wood accumulation. In contrast, in mountain rivers wider than the height of trees growing on the banks, wood is preferentially deposited in wide channel sections where the transporting ability of flood flows is reduced.

Large woody debris exerts a significant influence on the morphology of mountain streams and rivers, on their potential for in-channel sediment storage and on the hydrau- lics of their flood flows. Wood also influences the functioning of aquatic ecosystems by increasing habitat diversity, providing habitat for many groups of invertebrates, fish and beavers, acting as a food source for many invertebrates and increasing the retention of organic matter in the channels. The beneficial impact of large woody debris on biotic and abiotic functions of fluvial systems should be taken into account in the management of mountain streams and rivers.

Fot. 1. Przykłady form grubego rumoszu drzewnego. A, B – kłody Photo 2. Examples of the accumulation types of large woody debris. A, B – logs

Fot. 2. Przykłady form grubego rumoszu drzewnego. A – krzewy, B - zwał Photo 2. Examples of the accumulation types of large woody debris. A – shrub, B - jam

Fot. 3. Próg utworzony na kłodzie świerkowej i kocioł eworsyjny w korycie Ka- mienicy

Photo 2. Step formed on a spruce log with a plunge pool on its downstream side in the channel of Kamienica Stream

Fot. 4. Przegłębienie utworzone za tamą aktywną w korycie Kamienicy Photo 4. Pool formed behind an active dam in the channel of Kamienica Stream

Fot. 5. Gruby rumosz drzewny w szerokim wielonurtowym odcinku Czarnego Dunajca

Photo 5. Accumulations of large woody debris in a wide, multi-thread section of the Czarny Dunajec River

Fot. 6. Zwał drewna utworzony w czołowej partii łachy śródkorytowej w Czarnym Dunajcu

Photo 6. Wood jam formed at the head of a mid-channel bar in the Czarny Dunajec River