Wykształcenie systemów źródliskowych

Transkrypt

1 VII Zjazd Geomorfologów Polskich kraków 2005 Wykształcenie systemów źródliskowych w strefie młodoglacjalnej, dorzecze parsęty 1. Wprowadzenie W systemie rzecznym istotną rolę pełnią zlewnie I-rzędu w obrębie, których powiązania miedzy procesami hydrologicznymi, geomorfologicznymi i ekologicznymi decydują o obiegu wody, jakości i ilości materii mineralnej oraz organicznej docierającej do cieków wyższego rzędu. Zlewnie I-rzędu określane jako systemy źródliskowe (headwater system) obejmują kilka segmentów (jednostek) zróżnicowanych pod względem rzeźby, obiegu wody, dominujących procesów geomorficznych i ekologicznych. Zalicza się do nich: stoki zlewni (rozbieżne, utrudniające koncentrację spływu wody), zlewnię zerowego dopływu, koryta cieku I rzędu. W systemie źródliskowym zlokalizowany jest początek koryta rzecznego, który stanowi górną granicę występowania skoncentrowanego spływu wody i transportu osadów między wyraźnie wykształconymi krawędziami koryta. W zlewniach I-rzędu możliwe jest także funkcjonowanie segmentu obejmującego odcinek koryta o epizodycznym odpływie, który rozpoczyna się u wylotu zlewni zerowego odpływu (Hack, Goodlett 1960; Gomi i in. 2002). Zlewnia zerowego odpływu odwadniana jest poprzez odpływ podziemny, a odpływ powierzchniowy występuje epizodycznie, przy braku wykształconego koryta. W wyniku zmian głębokości poziomu wód podziemnych w ciągu roku zmienia się zasięg zlewni oraz jej udział w kształtowaniu całkowitego odpływu z sytemu źródliskowego. Zlewnia zerowego dopływu nawiązuje do wprowadzonego przez A.K. Teisseyre (1994) terminu systemu deluwialnego, który obejmuje epizodyczną zlewnię cząstkową suchej doliny (rozcięcia, wąwozu) wyodrębnioną ze stoku przez jej dział wodny.

2 294 Zlewnie zerowego odpływu reprezentowane są w obszarach młodoglacjalnych Pomorza Zachodniego przez doliny i niecki denudacyjne (peryglacjalne), doliny erozyjno-denudacyjne i rozcięcia erozyjne (wąwozy), które sprzyjają koncentracji spływu powierzchniowego i podpowierzchniowego wody. Wymienione formy dolinne i znajdujące się u ich wylotu stożki napływowe powstawały w późnym vistulianie i w holocenie, a ich rozwój miał w większości charakter wieloetapowy (Marsz 1964, 1995; Gołębiewski 1981). Zalesienie stref krawędziowych o dużym spadku, zahamowało dalszy rozwój form dolinnych w wyniku procesów spłukiwania. Doliny erozyjno-denudacyjne i wąwozy zostały częściowo włączone we współczesną sieć odpływu rzecznego. Takie zlewnie zerowego dopływu można uznać zgodnie z poglądem A.K. Teisseyre (1994) jako system deluwialny niekompletny. Część dolin uzyskała stałe odwodnienie w wyniku zasilania gruntowego, inne odwadniane są obecnie tylko epizodycznie przez cieki zasilane bezpośrednio z opadów oraz z poziomów wód podziemnych o znaczeniu lokalnym i zmiennej w ciągu roku wydajności. 2. Cel opracowania Celem opracowania jest rozpoznanie wykształcenia początku koryta rozwijającego się u wylotu zlewni zerowego odpływu, która uzyskała stałe odwodnienie w wyniku zasilania gruntowego. Równocześnie szczegółowe kartowanie geomorfologiczne i hydrologiczne pozwoliło na rozpoznanie przejawów morfologicznego oddziaływania eksfiltracji wód podziemnych jako czynnika erozyjnego modyfikującego pierwotnie suchą formę dolinną. Badania przeprowadzono w strefie pomorskiego ciągu czołowomorenowego, w południowej części dorzecza Parsęty, na terenie ok. 600 km 2. Obszar ten należy do ważnych obszarów źródliskowych rzek, gdzie w zasięgu zróżnicowanych morfologicznie poziomów wysoczyznowych mają źródła Parsęta i jej dopływy. Na tym słabo przebadanym pod względem krenologicznym obszarze, w trakcie badań terenowych prowadzonych od 2000 r. zinwentaryzowano do tej pory ponad 100 naturalnych wypływów wód podziemnych, z których 90 daje początek ciekom I-rzędu. Charakterystyczną cechą krenologiczną tego terenu jest wspólne występowanie małych źródeł właściwych i nieskoncentrowanych wypływy wód podziemnych, najczęściej w postaci wycieków powierzchniowych. Wycieki dostarczają znacznych ilości wody formując często kilka oddzielnych strug, z których największe zaklasyfikowano do grupy o wydajności od 10 do 100 dm 3 s -1. Dla zespołu wypływów obejmujących źródła, wycieki i wysięki występujących na niewielkim obszarze, zasilanych najczęściej z jednej warstwy wodonośnej i formujących odpływ korytowy przyjęto proponowany w literaturze termin źródlisko (por. Molewski 2004). Źródliska zlokalizowane są często w obrębie dobrze wykształconych nisz będących efektem procesów erozji wstecznej i bocznej uruchamianych przez wypływy wód podziemnych. Takie formy erozyjne określane będą jako nisze źródliskowe. Badania nad morfologią źródlisk rzadko były podejmowane w obszarach polodowcowych, zbudowanych z osadów luźnych (Molewski 2004, Glińska-Lewczuk inf. ustna 2005). Formy te nie doczekały się pomiarów tachymetrycznych, a analizy map topograficznych ze względu na stosowane umowne znaki topograficzne nie dają infor-

3 Wykształcenie systemów źródliskowych w strefie młodoglacjalnej macji o rzeźbie wnętrza nisz źródliskowych (ryc. 1A i B). Wykonane cyfrowe modele wysokościowe nisz źródliskowych, analiza lokalizacji topograficznej i hydrogeologicznej oraz charakteru wypływu wód gruntowych pozwoliła na wydzielenie kilku typów nisz źródliskowych w południowej części dorzecza Parsęty (Pojezierze Drawskie), wśród których wyodrębnia się grupa nisz wykształconych w obrębie starszych, odziedziczonych form wklęsłych. 3. Charakterystyka nisz źródliskowych Jednym z czynników wpływających na lokalizację nisz źródliskowych jest wykształcenie zlewni zerowego odpływu. M. Michalska (1980) badając wypływy wód podziemnych w okolicach Miastka zwraca uwagę na ich położenie w obrębie form erozyjnych powstałych w wyniku procesów spłukiwania. W pracach z obszaru Wzniesień Łódzkich autorzy (Moniewski 2004) wskazują na występowanie źródlisk u wylotu dolin denudacyjnych i parowów. Orientacja osi źródlisk nawiązuje do ukierunkowania suchych dolin, które wyznaczają kierunek rozwoju nisz źródliskowych. Na obszarze południowego dorzecza Parsęty część zlewni zerowego odpływu stanowią płytkie niecki denudacyjne lub dolinki denudacyjno-erozyjne na wysoczyźnie morenowej. Ta strefa systemu źródliskowego podlega epizodycznemu modelowaniu przez wody spływające powierzchniowo i śródpokrywowo w strefie aeracji. Na zdjęciach lotniczych (Mazurek, Zwoliński 2004) zaznaczają się ślady odpływu podpowierzchniowego i powierzchniowego podkreślane zawilgoceniem gruntu oraz większą akumulacją materii organicznej, które są szczególnie wyraźne po okresie wysokich opadów atmosferycznych i roztopów wiosennych. Pogłębianie den dolin denudacyjnych i wąwozów w obrębie zlewni zerowego odpływu może doprowadzić do przecięcia warstw wodonośnych i drenażu wód podziemnych, co pozwala na utrzymanie stałego odpływu korytowego w systemach źródliskowych. Wypływy wód podziemnych pozwalają wówczas jednoznacznie określić zamknięcie zlewnie zerowego odpływu. Uaktywnienie wypływów wód podziemnych w obrębie rozcięcia może także nastąpić w wyniku podniesienia się poziomu wód gruntowych w efekcie zmian klimatycznych, zmiany pokrycia terenu i działalności człowieka. W południowej części dorzecza Parsęty wśród 90 systemów źródliskowych związanych z wypływami wód podziemnych, 20% z nich zlokalizowanych jest w obrębie starszych form erozyjnych dolin denudacyjno-erozyjnych i rozcięć erozyjnych, które wykształcone są w strefach przykrawędziowych rynien subglacjalnych, obniżeń wytopiskowych i dolin rzecznych. Prezentowane na ryc. 1 stanowisko Koprzywno 1 zlokalizowane jest w jednym z wąwozów powstałych na zboczach rynny subglacjalnej wykorzystywanej przez rzekę Dębnicę i jez. Koprzywno. Wypływy mają charakter podzboczowych, warstwowo-spływowych źródeł, powierzchniowych wycieków i wysięków. Wydajność całkowita poszczególnych źródlisk zapoczątkowujących stały odpływ korytowy mieści się w zakresie od < 1 dm 3 s -1 do ok. 6 dm 3 s -1. W wyniku morfogenetycznego oddziaływania wypływów wód podziemnych następuje zmiana morfologii form denudacyjno-erozyjnych, w które źródliska zostały włożone (ryc. 1A, B). Głębokość nisz źródliskowych zależna jest od deniwelacji

4 296 Ryc. 1. A. Zlewnia I-rzędu (stanowisko Koprzywno 1, KO1): 1 odpływ korytowy, 2 zlewnia I-rzędu, 3 zlewnia zerowego odpływu. B. Hipsometria niszy źródliskowej wykształconej w dolnej części wąwozu, zaznaczono linie profilowe AB i CD. C. Profile poprzeczne: AB - przez dno wąwozu, CD przez dno niszy źródliskowej.

5 Wykształcenie systemów źródliskowych w strefie młodoglacjalnej form początkowych i mieści się w granicach od 1 do 20 m. Przejście zlewni zerowego odpływu (systemu deluwialnego) w system korytowy w obrębie dna suchych form dolinnych może następować w sposób stopniowy, bez wyraźnej zmiany spadku, najczęściej jednak początek koryta zamknięty jest progiem wyciętym w dnie obniżeń, dochodzącym w badanych systemach źródliskowych do 1 m wysokości. W wyniku erozyjnego oddziaływania strug wody następuje rozmywanie i pogłębianie dna niszy, a skutkiem tego jest postępujący rozwój progu zamykającego zlewnię zerowego odpływu. Przy wydajnych wypływach następuje odprowadzanie materiału mineralnego i organicznego z nisz źródliskowych, w konsekwencji mają one twarde piaszczysto-żwirowe dna, urozmaicone brukiem erozyjnym z głazami, o znacznie mniejszym spadku niż zlewnie zerowego odpływu. Pogłębianie dolin, które uzyskały odpływ stały powoduje zawieszenie suchych rozgałęzień nad doliną stałego cieku. W zależności od właściwości mechanicznych gruntów, nachylenia zboczy, umiejscowienia i intensywności wypływów w kształtowaniu stref źródliskowych biorą udział osuwanie, spełzywanie i spływanie materiału z krawędzi. W wyniku intensywnych ruchów masowych może nastąpić istotna zmiana ukształtowania zboczy niszy źródliskowej, a w efekcie zmiana lokalizacji i wydajności wypływów wód podziemnych. Ruchy masowe mogą powodować zasypywanie górnych odcinków dolin i przesuwanie się początku koryta w dół cieku, okresowo zmniejszając tempo erozji wstecznej. Zmienia się wówczas powierzchnia zlewni zerowego odpływu. Procesy podcinania stoku uruchomione przez wypływy wód gruntowych rozszerzają dna nisz, powodują zestromienie zboczy, a w efekcie modyfikują odziedziczony profil poprzeczny wąwozów i rozcięć z V-kształtnego na U-kształtny (ryc. 1C). 4. Wnioski Systemy źródliskowe stanowią obszary aktywne morfologicznie w strefach krawędziowych wysoczyzn morenowych, zboczach dolin rzecznych i dużych obniżeń wytopiskowych. Przeprowadzone kartowanie morfodynamiczne dokumentuje przejawy morfologicznego oddziaływania eksfiltracji wód gruntowych jako czynnika uaktywniającego erozję źródliskową. W środowisku młodoglacjalnym zwykle kilka procesów odpowiedzialnych jest za rozwój niszy źródliskowej. Stopień transformacji obniżeń zależy od m.in.: morfologii zlewni zerowego odpływu (morfologii pierwotnych obniżeń), formy i wielkości wypływów wód podziemnych, zróżnicowanie budowy geologicznej oraz możliwość odprowadzania materiału z niszy. W źródliskach ma miejsce modyfikacja nieaktywnych, utrwalonych roślinnością wąwozów i rozcięć erozyjno-denudacyjnych, następuje ich pogłębianie (rozcinanie dna), rozwój boczny (poszerzanie) i wsteczny oraz zmiana profilu stoków. W obrębie nisz źródliskowych następuje przejście od systemu stokowego (zlewnia zerowego odpływu, zbocza niszy) przez strefę wypływu i erozji wód gruntowych do systemu o dominacji procesów fluwialnych. Ze stałym odpływem rzecznym wiąże się usuwanie produktów niszczenia zboczy niszy, a w efekcie selektywnej erozji powstaje warstwa bruku erozyjnego.

6 298 Przedstawiony problem stanowi część pracy wykonywanej w ramach projektu Komitetu Badań Naukowych nr 3PO4E 04323: Rozwój obszarów źródliskowych rzek i ich znaczenie dla funkcjonowania systemu fluwialnego na obszarach młodoglacjalnych (Pomorze Zachodnie). Literatura Gołębiewski R., 1981, Kierunki i intensywność denudacji na obszarze zlewni górnej Raduni w późnym würmie i holocenie, Zesz. Nauk., 26, Uniw. Gdański. Gomi T., Sidle R.C., Richardson J.S., 2002, Understanding processes and downstream linkages of headwaters system, BioScience 52, 10, Hack J.T., Goodlet J.C., 1960, Geomorphology and forest ecology of a mountain region in the Central Appalachians, Washington (DC), US Geological Survey. Professional paper, 347. Marsz A., 1964, O rozcięciach erozyjnych krawędzi Pradoliny Kaszubskiej między Gdynią a Redą, Bad. Fizjogr. Pol. Zach., 13, Marsz A., 1995, Rozmiary erozji i denudacji późnoglacjalnej na północnym skłonie Pojezierza Kaszubskiego i Pobrzeżu Kaszubskim, [w:] Geologia i geomorfologia Pobrzeża i południowego Bałtyku, W. Florek (red.), Słupsk, Mazurek M., Zwoliński Z., 2004, Geoinformacyjna metoda identyfikacji obszarów źródliskowych w południowej części dorzecza Parsęty (Pomorze Zachodnie), [w:] Kartografia tematyczna w kształtowaniu środowiska geograficznego, L. Kozacki, B. Medyńska-Gulij (red.), Mat. Ogól. Konf. Kart., Poznań, 25, Michalska M., 1980, Wody podziemne utworów czwartorzędowych w młodoglacjalnej strefie marginalnej okolic Miastka na Pojezierzu Pomorskim, Arch. Wydz. Geologii UW (maszynopis), Warszawa. Moniewski P., 2004, Źródła okolic Łodzi, Acta Geogr., 87, ss Teisseyre A.K., 1994, Spływ stokowy i współczesne osady deluwialne w lessowym rejonie Henrykowa na Dolnym Śląsku, Prace. Geol.-Miner. 43, ss Instytut Paleogeografii i Geoekologii Uniwersytet im. Adama Mickiewicza ul. Dzięgielowa Poznań