Geologia i geomorfologia 10 Słupsk 2013, s. 39-49 Marta Damaszke Ewa Szymczak ROZPRZESTRZENIANIE RUMOWISKA RZECZNEGO W REJONIE UJŚCIA POTOKU BŁĄDZIKOWSKIEGO DO ZALEWU PUCKIEGO Słowa kluczowe: Potok Błądzikowski, rumowisko rzeczne, ujście potoku, Zalew Pucki Key words: Błądzikowski Stream, riverine sediments, stream mouth, Puck Lagoon WSTĘP Zagadnienia dopływu rumowiska rzecznego do mórz i oceanów wpisują się w nurt badań dotyczących wzajemnego oddziaływania lądu i morza. Dopływ rzeczny jest główną składową zasilania zbiorników morskich w materiał terygeniczny (Skinner, Porter 1995). W płytkowodnych zbiornikach stanowi on nawet 80% całej objętości rocznego dopływu materiału osadzanego na dnie (Patchineelam i in. 1999). W strefie polskiego wybrzeża badania rumowiska rzecznego prowadzone są od lat pięćdziesiątych ubiegłego stulecia i obejmują największe rzeki Pobrzeża Bałtyckiego uchodzące bezpośrednio do Bałtyku. Prace badawcze w zlewisku Zalewu Puckiego wykazały, że w bilansie osadów terygenicznych dostarczanych do tego akwenu rzeki odgrywają główną rolę (Szymczak 2006). W pracach tych nie uwzględniono jednak Potoku Błądzikowskiego, który przed wykonaniem melioracji w ujściowym odcinku miał charakter kanału z wodą okresowo stojącą. Celem podjętych badań było więc określenie wielkości dopływu rumowiska rzecznego transportowanego z wodami Potoku Błądzikowskiego, z uwzględnieniem osadów transportowanych w suspensji i trakcji, oraz określenie kierunków rozprzestrzeniania się rumowiska i jego udziału w tworzeniu osadów morskich. Zalew Pucki zarówno ze względu na swoje położenie, cechy fizyczne, jak i ograniczony dopływ materiału z innych źródeł zasilania terygenicznego stwarza dogodne warunki do prowadzenia badań związanych z procesami dyferencjacji, transportu i sedymentacji rumowiska rzecznego w środowisku morskim. OBSZAR BADAŃ Potok Błądzikowski (rys. 1) jest jednym z najmniejszych cieków uchodzących do Zalewu Puckiego. Źródło mającego zaledwie 11 km długości cieku znajduje na 39
40 Rys. 1. Lokalizacja obszaru badań (https://maps.google.pl/) Fig. 1. Location of investigated area (https://maps.google.pl/)
wysokości 44 m n.p.m. Potok ten odwadnia południową część Wysoczyzny Puckiej, wykorzystując w swoim biegu powstałe podczas zlodowacenia i deglacjacji rynny subglacjalne oraz obniżenia dolinne. Stąd charakteryzuje się on dużym spadkiem 4,0. W czasie prowadzonych badań średnia prędkość przepływu cieku zmieniała się w zakresie 0,1-0,35 m s -1, a natężenie przepływu od 0,009 do 0,26 m 3 s -1. Zalew Pucki położony jest w północno-zachodniej części Zatoki Puckiej. Od głębokowodnych rejonów Basenu Gdańskiego oddzielony jest półwyspem Hel, a od Zatoki Puckiej Cyplem Rewskim i znajdującą się na jego przedłużeniu Rybitwią Mielizną. Akwen ten jest zbiornikiem płytkowodnym, jego średnia głębokość wynosi 3,13 m. Przy ujściu Potoku Błądzikowskiego izobata 1,2 m przebiega ok. 250 m od linii brzegowej (Nowacki 1976, 1993). METODY BADAŃ Posterunek pomiarowy (1PH) zlokalizowany został około 2 km od ujścia w górę cieku. Od listopada 2009 roku do października 2010 roku wykonano w odstępach miesięcznych sondowania przekroju poprzecznego koryta oraz pomiary prędkości przepływu. W ustalonych pionach hydrometrycznych pobierano próbki wody rzecz- Rys. 2. Lokalizacja punktów pomiarowych na obszarze Zalewu Puckiego Fig. 2. Location of the sample collection points in Puck Lagoon 41
nej, które posłużyły do obliczeń ilościowych transportu rumowiska unoszonego, oraz próbki osadów korytowych na podstawie wyników analiz granulometrycznych i empirycznych formuł (Skibiński 1976) obliczono natężenie wleczenia. W celu ustalenia rozprzestrzenienia rumowiska unoszonego i wleczonego przeprowadzono badania w strefie ujścia Potoku Błądzikowskiego na posterunku 2PH oraz w Zalewie Puckim (rys. 2), gdzie wzdłuż wyznaczonych profili PI, PII i PIII pobrano próbki wody morskiej i osady powierzchniowe. Całkowitą zawartość materiału unoszonego i zawieszonego w wodzie rzecznej i morskiej oznaczono metodą wagową bezpośrednią, która polega na określeniu masy materiału osadzonego na sączku podczas przesączania wody. W analizie tej zastosowano zestaw filtracyjny Sartorius oraz sączki Whatmana GF/F. Osady korytowe oraz powierzchniowe poddano analizie sitowej na kolumnie sit firmy Fritsch o wymiarach oczek co 0,5 phi (2,8-0,063 mm). Wskaźniki granulometryczne osadów obliczono metodą momentów, która uwzględnia charakter całego zapisu rozkładu uziarnienia (Racinowski i in. 2001). WYNIKI Bilans rumowiska rzecznego Mechanizm transportu osadów w korycie rzecznym uzależniony jest od zdolności transportowej rzeki. Na zdolność tę składają się prędkość i natężenie przepływu oraz spadek koryta (Bajkiewicz-Grabowska, Mikulski 1999). Rys. 3. Zróżnicowanie dopływu rumowiska unoszonego (1) oraz objętości przepływu (2) Potokiem Błądzikowskim Fig. 3. Variability of the inflow of the suspended load (1) and the flow quantities (2) from the Błądzikowski Stream 42
Koncentracja rumowiska unoszonego wykazuje sezonową zmienność. Najwyższą wartość tego parametru (51,61 g m -3 ) zanotowano w lutym, co jest wynikiem wczesnowiosennych roztopów i wzmożonego spływu powierzchniowego. Największe było wówczas także natężenie przepływu 0,261 m 3 s -1 (rys. 3). Minimalne wartości (1,85 g m -3 ) koncentracji rumowiska unoszonego zaobserwowano w sezonie letnim od czerwca do października. Spowodowane to było przede wszystkim mniejszym zasilaniem ładunkiem zwietrzeliny z obszaru dorzecza, a także niższymi wartościami przepływu. Nie zaobserwowano jednak wyraźnej korelacji między natężeniem przepływu a koncentracją rumowiska unoszonego. Na podstawie danych uzyskanych z pomiarów objętości przepływu i koncentracji rumowiska unoszonego obliczono, że ciek w ciągu roku wprowadza do Zalewu Puckiego 62 tony materiału unoszonego. Osadem wleczonym w korytach rzecznych są głównie frakcje pochodzące ze spływu powierzchniowego oraz erozji dennej i bocznej koryta (Ozga-Zielińska, Brzeziński 1994). Dominującą frakcję osadów korytowych stanowią piaski średnioziarniste (0,25- -0,5 mm) oraz gruboziarniste (0,5-1 mm), łącznie ok. 75% osadu (rys. 4). Udział piasków drobnoziarnistych nie przekracza 15%, a żwirów 1%. Podobny rozkład uziarnienia osadów korytowych występował w rejonie ujścia, przy czym w niewielkim stopniu spadł udział piasków drobno- i średnioziarnistych, a wzrosła zawartość frakcji żwirowej. Rys. 4. Porównanie średniego uziarnienia osadów korytowych (1PH zielony i 2PH żółty) Fig. 4. Comparison of the average grain size of bed sediments (1PH green and 2PH yellow) Wyniki prędkości przepływu nad dnem oraz wielkość ziaren osadów korytowych przedstawione na diagramie Hjülstroma wyraźnie wskazują na występowanie procesu erozji osadów korytowych oraz ich transport w postaci rumowiska wleczonego (rys. 5). 43
Rys. 5. Aktywność dynamiczna osadów korytowych diagram Hjülstroma Fig. 5. Dynamic activity of bed sediments Hjülstrom diagram Osady piaszczyste należą do frakcji, której ruch w korycie rzecznym wzbudzany jest najłatwiej, osady żwirowe uruchamiane są przy większych prędkościach przepływu, podobnie charakteryzujące się większą spójnością frakcje drobniejsze. Do obliczenia wielkości transportu rumowiska wleczonego wykorzystano formułę Skibińskiego (1976), uwzględniającą prędkość przepływu, głębokość pionu pomiarowego, parametry hydrauliczne cieku i uziarnienie rumowiska. Roczna masa transportowanego rumowiska wleczonego wynosi 548 ton. Rocznie Zalew Pucki zasilany jest przez ok. 12 570 ton rumowiska rzecznego (Szymczak 2006), w tym udział Potoku Błądzikowskiego wynosi 4,9% (610 ton). Rozprzestrzenianie rumowiska rzecznego Rumowisko unoszone wchodzi w skład zawiesiny morskiej. W bezpośrednim sąsiedztwie ujścia cieku koncentracja zawiesiny w warstwie powierzchniowej wynosiła 13,7 g m -3, natomiast w warstwie naddanej była około 3 razy większa (45 g m -3 ). Różnica ta spowodowana jest resuspensją osadów oraz procesem flokulacji, który intensywnie zachodzi w strefie mieszania się wód słodkich i morskich. Cząstki frakcji mulisto-ilastej, transportowane jako rumowisko unoszone i wchodzące w skład 44
zawiesiny, łączą się w agregaty, co przyspiesza ich opadanie na dno. Na proces ten wpływa zmiana ph, ale również obecność silnie kohezyjnej materii organicznej (Kranck 1979, Droppo, Stone 1994). Na rysunku 6 przedstawiony został efekt dyferencjacji rumowiska wleczonego w rejonie ujścia cieku. Zmienność granulometryczna jest zgodna z ogólnymi prawidłowościami sedymentacji osadów w zbiornikach wodnych. Wraz ze wzrostem głębokości akwenu oraz odległości od brzegu i źródła zasilania dyspersja osadów rośnie (Majewski 1990). Piaski gruboziarniste zdeponowane są najbliżej brzegu, do ok. 50 m od linii brzegowej. Piaski gruboziarniste zastępowane są przez średnioziarniste, które przechodzą w drobnoziarniste, będące dominującym rodzajem osadu wyścielającego rozległe, płytkowodne rejony dna Zalewu Puckiego (Musielak 1984). Rys. 6. Osady powierzchniowe na przedpolu ujścia Potoku Błądzikowskiego Fig. 6. Surface deposits close to the Błądzikowski Stream mouth 45
Dynamika środowiska sedymentacyjnego Na podstawie badań uziarnienia osadów powierzchniowych dokonano oceny warunków depozycyjnych w zakresie sposobu transportu ziaren osadu powierzchniowego. Wyniki przedstawione na diagramie C/M Passegi (rys. 7) potwierdzają depozycję materiału wleczonego w strefie ujścia (Racinowski i in. 2001). Rys. 7. Charakterystyka uziarnienia osadów na przedpolu ujścia Potoku Błądzikowskiego diagram C/M Passegi Fig. 7. Characteristics of sediments grain size in the Błądzikowski Stream mouth C/M Passega diagram Próbki osadów powierzchniowych zlokalizowane zostały w I polu, które obejmuje osady przemieszczane w wyniku trakcji w środowisku o wysokiej aktywności dynamicznej, w której brak jest sprzyjających warunków do wytrącania rumowiska z zawiesiny. W tabeli 1 zestawiono zakresy zmienności wybranych wskaźników uziarnienia osadów korytowych i powierzchniowych, które wykazują duże podobieństwo. Średnia średnica ziaren (M1) wskazuje na dynamikę środowiska frakcje grube transportowane są w wyniku trakcji. Wysortowanie jest podobne u obu typów osadów. W rejonie ujścia, gdzie deponowany jest materiał grubszy, są one słabo wysortowane, co świadczy o zmiennej dynamice środowiska. Wraz ze wzrostem odległości od 46
Tabela 1 Zakres wartości wskaźników uziarnienia osadów korytowych i morskich Table 1 Range of value of grain size parameters of bed sediments and surface deposits Rys. 8. Procentowy udział frakcji <0,063 mm w osadach powierzchniowych Fig. 8. The percentage share of the mud-silt (<0.063 mm) fraction in the surface deposits 47
brzegu i głębokości wysortowanie staje się umiarkowanie dobre, co dowodzi zmniejszającej się energetyki środowiska. Udział frakcji najdrobniejszej, deponowanej w osadach na przedpolu ujścia Potoku Błądzikowskiego, nie przekracza 2% (rys. 8). Na obszarze, na którym występują piaski gruboziarniste, zawartość frakcji <0,063 mm jest niewielka (<0,5%). Jej udział rośnie wraz z głębokością akwenu i odległością od brzegu w rejonie prowadzonych badań do około 1,5%. Według Uścinowicza (1995) transport frakcji mulisto-ilastej zachodzi w kierunku wschodnim i południowo-wschodnim w głąb Zalewu. Rumowisko unoszone, zasilające zawiesinę, właściwie w całości wynoszone jest poza strefę ujścia w wyniku występowania prądów powierzchniowych i przydennych oraz falowania. Wskazuje na to niewielki udział frakcji <0,063 mm w osadach powierzchniowych w porównaniu ze znaczną zawartością tej frakcji w rumowisku rzecznym i zawiesinie morskiej. WNIOSKI Wielkość dopływu rumowiska rzecznego transportowanego Potokiem Błądzikowskim do Zalewu Puckiego wynosi 610 ton w ciągu roku. Największe znaczenie w bilansie rumowiska, podobnie jak w przypadku pozostałych rzek zlewiska, ma rumowisko wleczone (89,8%). Udział tego cieku w ogólnym dopływie rumowiska rzecznego do Zalewu Puckiego wynosi 4,9%. Ilość dostarczanego materiału osadowego wykazuje zmienność sezonową warunkowaną reżimem hydrologicznym cieku, a także dostępnością zwietrzeliny na obszarze dorzecza. W strefie ujściowej Potoku Błądzikowskiego dyferencjacja materiału osadowego przebiega w sposób typowy. W przedłużeniu jego ujścia dno Zalewu pokryte jest piaskami grubo-, średnio- i drobnoziarnistymi o wskaźnikach uziarnienia podobnych do wskaźników w osadach korytowych. Redepozycja tych osadów zachodzi w kierunku Zatoki Puckiej. Niewielki udział frakcji <0,063 mm w osadach powierzchniowych świadczy o wynoszeniu jej w głąb akwenu w kierunku wschodnim oraz południowo-wschodnim. L I T E R AT U R A Bajkiewicz-Grabowska E., Mikulski Z., 1999: Hydrologia ogólna, Warszawa, s. 205-210 Droppo I.G., Stone M., 1994: Flocculation of fine-grained suspended solids in the river continuum, IAHS 224 (Canada) Kranck K., 1979: Dynamics and distribution of suspended particulate matter in the St Lawrence estuary, Naturaliste Can. 106, s. 163-173 Majewski A., 1990: Ogólna charakterystyka morfometryczna Zatoki Gdańskiej. W: Zatoka Gdańska, red. A. Majewski, Warszawa, s. 10-15 Musielak S., 1984: Osady denne Zalewu Puckiego, Zeszyty Naukowe WBGiO UG, Oceanografia 10, s. 43-51 Nowacki J., 1976: Charakterystyka morfometryczna Zalewu Puckiego, Zeszyty Naukowe WBGiO UG, Oceanografia 3, s. 33-40 48
Nowacki J., 1993: Morfometria Zatoki. W: Zatoka Pucka, red. K. Korzeniewski, Gdańsk, s. 71-78 Ozga-Zielińska M., Brzeziński J., 1994: Hydrologia stosowana, Warszawa, s. 261-273 Patchineelam S.M., Kjerfve B., Gardner L.R., 1999: A preliminary sediment budget for the Winyah Bay estuary, South Carolina, USA, Marine Geology 162, s. 133-144 Racinowski R., Szczypek T., Wach J., 2001: Prezentacja i interpretacja wyników badań uziarnienia osadów czwartorzędowych, Katowice Skibiński J., 1976: Bezwymiarowa funkcja wleczenia rumowiska w rzekach środkowej Polski, Przegląd Geofizyczny 2, s. 91-99 Skinner B.J., Porter S.C., 1995: The dynamic Earth, New York, s. 265-268 Szymczak E., 2006: Rola dopływu rumowiska rzecznego w sedymentacji współczesnych osadów dennych Zalewu Puckiego, Biblioteka WOiG, maszynopis Uścinowicz S., 1995: Współczesne procesy sedymentacyjne w skali 1:500 000. W: Atlas geologiczny południowego Bałtyku, red. J.E. Mojski, Sopot-Warszawa Dispersal of riverine sediments close to the Błądzikowski Stream mouth to the Puck Lagoon SUMMARY The main aim of this study was to determine the size of the load carried by the Błądzikowski Stream and discharged into the Puck Lagoon and the role of the river load in the formation of the sea bed deposits at the stream mouth. The Błądzikowski Stream discharges about 610 tons of sediment into the Puck Lagoon annually, 89.8% (548 tons) of which is bed load and 10.2% is suspended load. It is mainly the bed load deposited in the estuarine area that creates a contemporary an underwater accumulation form in the Puck Lagoon, which is corroborated by the granulometric composition of the channel and surface sediments; the suspended load is carried further into the Lagoon. Marta Damaszke Zakład Geologii Morza Instytut Oceanografii i Geografii Uniwersytet Gdański ul. Piłsudskiego 46 81-378 Gdynia Ewa Szymczak Zakład Geologii Morza Instytut Oceanografii i Geografii Uniwersytet Gdański ul. Piłsudskiego 46 81-378 Gdynia 49