WIELOLETNIE BADANIA PRZEMIESZCZEŃ CZOŁA WYDMY RUCHOMEJ NA TERENIE SŁOWIŃSKIEGO PARKU NARODOWEGO Janina Zaczek-Peplinska, Katarzyna Osińska-Skotak 1. POTRZEBA MONITOROWANIA FORM KRAJOBRAZOWYCH NA TERENIE OBSZARÓW PRAWNIE CHRONIONYCH Udostępnianie obszarów chronionych dla turystyki w pierwszym rzędzie wymaga przestrzennego zharmonizowania rozwoju różnych form ruchu turystycznego z uwarunkowaniami przyrodniczymi. Następuje to poprzez konfrontację terenów korzystnych do rozwoju turystyki z ograniczeniami przestrzennymi tego rozwoju, wynikającymi z konieczności ochrony środowiska przyrodniczego oraz zapewnienia bezpieczeństwa odwiedzających. Znajomość trendu zmian i możliwość prognozowania stanu elementów przyrody nieożywionej (szczególnie tej o unikatowym charakterze w skali regionu czy kraju) pozwala na lepszą ochronę bez konieczności rygorystycznych ograniczeń jej dostępności dla turystów. Określenie aktualnego stanu terenów objętych ochroną ma istotny wpływ na prognozowanie dalszych zmian, lokalizację nowych elementów infrastruktury technicznej i zarządzanie istniejącymi w parku narodowym urządzeniami takimi jak wiaty, parkingi, miejsca postoju i odpoczynku, drogi dojazdowe. Odpowiednio podjęte decyzje dotyczące przebiegu szlaków turystycznych mają bezpośredni wpływ na udostępnianie turystom unikalnych walorów przyrodniczych tych obszarów oraz zapewnienie bezpieczeństwa i komfortu zwiedzania przy zachowaniu walorów obszaru chronionego. 2.OPIS MONITOROWANEGO OBIEKTU Powołany w 1967 roku Słowiński Park Narodowy o powierzchni 18 tys. ha, został uznany przez UNESCO za Światowy Rezerwat Biosfery. Obszar ten posiada bardzo zróżnicowany charakter przyrodniczy. Jednym z dwunastu ścisłych rezerwatów położonych w Słowińskim Parku Narodowym jest Mierzeja Gardzieńsko-Łebska będąca rezerwatem wydmowo-leśnym. Wydmy zajmują prawie całą szerokość Mierzei Łebskiej, ciągnąc się wzdłuż pasa o długości ok. 20 km, między największym jeziorem Łebsko (7000 ha) a brzegiem Morza Bałtyckiego. Ruchome wydmy występują obecnie w środkowej części Mierzei z najwyższą Górą Łącką (43 m n.p.m.) i niższymi Górami Sowimi (38 m n.p.m.). Wydma Łącka leży środkowej części Mierzei Łebskiej, jest to pierwsza z czterech ruchomych wydm w tej części Parku. Ze względu na jej nieustanne przemieszczanie prowadzone są systematyczne pomiary mające na celu wyznaczanie jej kształtu, przemieszczenia czoła i tempa tych zmian. Kierunek wędrówki wydmy z roku na rok jest w przybliżeniu stały i związany z kierunkiem przeważających w tym rejonie wiatrów wschodnich. Na tempo zmian wpływa jednak wiele czynników i w ciągu ostatnich 20 lat zaobserwowano różne wielkości przemieszczania się wydmy w ciągu roku dochodzące do 13 m w latach 1999-2000, przy wysokości czoła wydmy w granicach 25 30 m. 1
Rys. 1 Lokalizacja wydm ruchomych 3. FOTOGRAMETRIA I TELEDETEKCJA W BADANIACH WYDM Obszary parków narodowych oraz innych obszarów chronionych są wdzięcznymi obiektami badawczymi. Procesy zachodzące na ich obszarach są praktycznie takie jak gdyby zachodziły w środowisku naturalnym bez antropogenicznego wpływu człowieka. Dzięki temu możliwe jest poznawanie różnych zjawisk naturalnych oraz testowanie modeli matematycznych opisujących te zjawiska. Na terenie Słowińskiego Parku Narodowego od wielu lat naukowcy z różnych dziedzin badają m.in. wędrówkę wydm, jej kolejne fazy i kształty, analizują związki zbiorowiskowosiedliskowe, geomorfologię ale również testują np. modele kierunkowego odbicia promieniowania słonecznego. Często do badania różnych elementów środowiska przyrodniczego wykorzystywane są zdjęcia lotnicze lub satelitarne, które prezentują przestrzenne relacje pomiędzy różnymi obiektami. Na ogół zdjęcia lotnicze w przypadku obszarów wydm chronionych wykorzystywane są głównie do analizy geomorfologicznej, badań zjawisk eolicznych, tworzenia numerycznego modelu rzeźby terenu, analizy siedlisk i zbiorowisk roślinnych oraz zmian jakie zachodzą na danym terenie w czasie. Opracowania z kolejnych lat można później zaprezentować w formie animacji, przedstawiającej zmiany jakie miały miejsce w poszczególnych okresach. Poszerzona analiza czasowa pomaga dostrzec związki istniejące między szatą roślinną a ruchem wydmy na przestrzeni wieków (o ile dysponujemy takimi materiałami jak archiwalne mapy topograficzne lub geomorfologiczne czy zdjęcia lotnicze). Obecne możliwości technologiczne pozwalają na prezentację zachodzących zmian również w przestrzeni trójwymiarowej oraz dokonywanie analiz przestrzennych w systemach GIS. Jedną z pierwszych prac wykonanych na obszarze Słowińskiego Parku Narodowego z wykorzystaniem zdjęć lotniczych były badania J. Miszalskiego (1973). Na podstawie zdjęć lotniczych z lat: 1952, 1958, 1968 i 1973 przeprowadził on szczegółową analizę ilościową Pobrzeża Słowińskiego obejmującą m.in. kształty osi morfologicznej i geometrycznej poszczególnych elementów wydmowych, ich profile poprzeczne, średnie wysokości ramion wydm, ich długość i nachylenie stoków. W ramach tych prac przeprowadzone zostały również obliczenia powierzchni wydm i piasków przewianych oraz prędkość ruchu wydm. Dynamikę migracji i rozwoju wydm na Pobrzeżu Słowińskim przedstawiono w sposób graficzny i opisowy wraz z oszacowaniem wartości błędów, uzyskano kalki fotointerpretacyjne oraz mapy. Była to pierwsza tak kompleksowa analiza procesów deflacji na obszarze Pobrzeża Słowińskiego. 2
Kolejną znaczącą pracą w tej materii była praca z 1993 r. Opracowano wówczas, na podstawie zdjęć barwnych wykonanych kamerą niemetryczną, cyfrową ortofotomapę Słowińskiego Parku Narodowego (Ostrowski M., Preuss R, Kurczyński Z., 1994). W pracowni SAMPER, kierowanej przez dr M. Ostrowskiego przeprowadzone zostały również badania zmian dokonujących się w krajobrazie Słowińskiego Parku Narodowego na przestrzeni pół wieku. Analiza ta została wykonana głównie na podstawie zdjęć lotniczych z lat 1951-1998. Na stronie internetowej tej pracowni (http://www.samper.pl) można obejrzeć przykładową animację przedstawiającą ruch wydm w Słowińskim Parku Narodowym w ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat. Jednym z ciekawszych opracowań dla tego terenu jest album Słowiński Park Narodowy, (Ostrowski M., Simonides E.) poświęcony w całości Słowińskiemu Parkowi Narodowemu. Zawiera on interesujące informacje o krajobrazie i przyrodzie tego obszaru bogato ilustrowane zdjęciami. Zawiera on również dołączoną w dużym formacie fotomapę lotniczą. Badania teledetekcyjne obszarów wydmowych skupiają się głównie na analizach związków procesów eolicznych, deflacji itp. z m.in. migracją siedlisk i zbiorowisk roślinnych. Prace fotogrametryczne najczęściej polegają na opracowaniu numerycznego modelu rzeźby terenu o wysokiej precyzyji. Nie mniej jednak opracowanie takie dla niewielkiego obszaru jest kosztowne a w przypadku parku narodowego konieczne jest wykonywanie okresowych pomiarów kształtu wydmy w celu projektowania nowego przebiegu szlaków turystycznych. Tak więc okresowe opracowywanie numerycznego modelu rzeźby terenu nie jest możliwe do zrealizowania z powodów czysto ekonomicznych. Park Narodowy czy Krajobrazowy nie może sobie pozwolić na tak drogą metodę opracowania. Z tego głównie względu wynika prowadzenie prac badawczych nad wykorzystaniem pomiarów geodezyjnych do tworzenia numerycznego modelu rzeźby terenu obiektów tego typu. Pewną nadzieję w tym zakresie może budzić fakt, że w ramach Zintegrowanego Systemu Zarządzania i Kontroli (IACS) będą wykonywane zdjęcia lotnicze na potrzeby aktualizacji ortofotomapy a to może przy okazji pomóc przy tworzeniu opracowań o innym charakterze. 4.BEZPOŚREDNI GEODEZYJNY POMIAR WYDMY Badania przemieszczeń czoła Wydmy metodami klasycznymi (tachymetria) prowadzone są od roku 1982 przez Koło Naukowe Geodetów AGH w Krakowie. Od roku 2002 Zakład Geodezji Inżynieryjno-Przemysłowej IGG Politechniki Warszawskiej prowadzi pomiary zmian kształtu Wydmy metodą GPS RTK. W przypadku badania takiego obiektu jak wydma technika GPS RTK dzięki swym unikalnym cechom rozszerza zakres dostępny klasycznym pomiarom tachymetrycznym, a ponadto umożliwia skrócenie czasu trwania prac terenowych. Przemawiają za tym następujące fakty: 3
- teren w przeważającej części nie jest pokryty roślinnością nie ma problemów z uzyskaniem wolnego horyzontu dla obserwacji satelitów (problem stanowią jedynie obszary będące w tzw. cieniu czoła wydmy, gdzie występują trudności z łącznością radiową niezbędną dla pomiarów w trybie RTK), - obserwuje się dobowe zmiany kształtu wydmy i grubości pokrywy piaskowej związane z działaniem wiatru i zmianami pogody (inna jest np. faktura i zagęszczenie piasku w dniach suchych i w dniach po intensywnych opadach). Różnice w tej gęstości mają wpływ na wykonywanie pomiarów wysokości powierzchni wydmy poprzez różny stopień zagłębienia nośnika pomiarowego (tyczki z lustrem (tachymetria), tyczki z anteną (GPS)). Z tego powodu długotrwały (wielodniowy) pomiar tachymetryczny nie obrazuje chwilowego stanu wydmy ale pewną wypadkową z całego okresu pomiaru np. z 2 tygodni. Pomiar RTK pozwala na skrócenie czasu trwania pomiaru a przez to na bardziej reprezentatywne określenie stanu wydmy, - na obszarze wydmy panują specyficzne warunki gruntowe, które uniemożliwiają trwałą stabilizację punktów osnowy tachymetrycznej. Wszystkie próby tymczasowego utrwalenia stanowiska na okres dłuższy niż 1 dobę nie udają się ze względu na ciągłe zmiany podłoża (przesuwanie się wydmy). W czasie silnych wiatrów wszystko zostaje przysypane grubą warstwą piasku w ciągu kilku godzin, co może zobrazować następujące zdarzenie: skrzynka na instrument (odbiornik GPS) umieszczona na czole wydmy została całkowicie przysypana w ciągu 6 godzin. 5.WYNIKI POMIARÓW BEZPOŚREDNICH WYDMY Fot. 1. Pomiar tachymetryczny Wydmy Łąckiej, lipiec 2003 (z archiwum J. Zaczek-Peplinskiej) Na podstawie wieloletnich pomiarów sporządzono profile terenu obrazujące ruch Wydmy Łąckiej w latach 1993-2002 (rys. 2). Uzupełnieniem profili są plany warstwicowe czoła wydmy, wraz z lokalizacją linii profilowych przedstawione na rysunku 3. PRZEKROJE WYDMY LACKIEJ W LATACH 1993-2002 SKALA 1:1000 PRZEKRÓJ 1-1 LEGENDA 1993 1999 2000 2001 2002 PRZEKRÓJ 2-2 PRZEKRÓJ 3-3 Rys. 2 Przekroje Wydmy Łąckiej - 1993/94/95/96/97/98/99 4
Można zauważyć wyraźne przesunięcie stoku zawietrznego wydmy ku wschodowi. Z analizy przekrojów wynika, że część czołowa (gdzie stok zawietrzny osiąga maksymalną wysokość) jak również północne ramię przesuwają się szybciej niż południowe ramię. Może to być spowodowane występowaniem lasu ograniczającego ruch od strony południowej. Czoło oraz ramię południowe przesuwają się w kierunku wschodnim, a ramię północne w kierunku południowo-wschodnim (Rys.3). Na podstawie pomiarów wykonanych w lipcu 2002 i 2003 przez ZGiP IGG PW wyznaczono przesunięcie czoła Wydmy Łąckiej od 2 m (od strony północnego ramienia) do 11 m (w części środkowej). Porównanie stanu z lat 2002 2003 Rys.3 Plan warstwicowy Wydmy Łąckiej porównanie stanu 1993-1999 można przeanalizować na planach warstwicowych zamieszczonych na rysunku 4. Wyraźne przesunięcie wydmy uwidaczniają opracowane przekroje poprzeczne czoła wydmy (rys. 5). 2002 2003 Rys.4 Plan warstwicowy Wydmy Łąckiej porównanie stanu 2002 2003 5
Rys.5 Profil poprzeczny Wydmy Łąckiej pokazujący największe przemieszczenie czoła wydmy w latach Niewielkie przesunięcie ramienia północnego Wydmy Łąckiej związane jest w wkroczeniem wydmy do lasu i utrudnionym na tym obszarze przesypywaniem ziaren piasku. Las jest tutaj naturalnym czynnikiem spowalniającym dalszą wędrówkę wydmy (Fot. 2). 2002-2003 ( stan z roku 2002, stan z roku 2003) Autorki dziękują Kołu Naukowemu Geodetów Akademii Górniczo-Hutniczej z Krakowa za udostępnienie rysunków przedstawiających ruch wydmy w latach 1993-99. Fot. 2. Wydma wchodzi do lasu, lipiec 2003 (z archiwum J. Zaczek-Peplinskiej) LITERATURA Gabryś B., Hasiuk P., Pasternak M., Zaczek-Peplinska J.: Możliwości wykorzystania klasycznych i satelitarnych metod pomiaru od obserwacji przesunięć czoła Wydmy Łąckiej. Materiały VI Konferencji Naukowo-Technicznej Problemy automatyzacji w geodezji inżynieryjnej, Warszawa 27-28.03.2003 Warszawskiej, Warszawa 1985 Miszalski J.: Współczesne procesy eoliczne na Pobrzeży Słowińskim studium fotointerpretacyjne. Dokumentacja Geograficzna IG PAN, Warszawa 1973. Ostrowski M., Simonides E., Słowiński Park Narodowy, seria Polskie Parki Narodowe, 1994 6
Ostrowski M., Preuss R, Kurczyński Z.: Tworzenie cyfrowej ortofotomapy w barwach rzeczywistych na podstawie zdjęć wykonanych kamerami niemetrycznymi. Kraków 1994 Silarski W., Walocha U.: Analiza przesunięć czoła Wydmy Łąckiej. Referat przedstawiony na sympozjum Studenckich Kół Naukowych, Kraków 2000 Praca zbiorowa pod red. Partyki J.: Użytkowanie turystyczne parków narodowych: ruch turystyczny zagospodarowanie konflikty zagrożenia. Instytut Ochrony Przyrody PAN, Ojcowski Park Narodowy, Ojców 2002 - Baranowska-Janota M.: Turystyka w zapisie ustaleń planu ochrony parku krajobrazowego - Korowicki A.: Cechy struktury przestrzennej ruchu turystycznego i jej uwarunkowań w Słowińskim Parku Narodowym - Kapuściński R.: Turystyka w parkach narodowych możliwości i ograniczenia Rozporządzenie Rady Ministrów z dn. 23.09.1966 r. w sprawie utworzenia Słowińskiego Parku Narodowego. Dz. U. 1966 nr 42 poz. 254 www.spn.org.pl strona internetowa Słowińskiego Parku Narodowego Autorzy: Mgr inż. Janina Zaczek-Peplinska asystent w Instytucie Geodezji Gospodarczej Politechniki Warszawskiej Dr inż. Katarzyna Osińska-Skotak adiunkt w Instytucie Fotogrametrii i Kartografii Politechniki Warszawskiej 7