Dawid Szatten, Agata Tomaszewska, Współczesne procesy korytowe rzeki Brdy na odcinku od ujścia Bielskiej Strugi do Gołąbka. Contemporary channel processes on the section from the Bielska Struga estuary to Golabek on the Brda River. Journal of Health Sciences. 2013;3(14), 108-113. ISSN 1429-9623 / 2300-665X. The journal has had 5 points in Ministry of Science and Higher Education of Poland parametric evaluation. Part B item 1107. (17.12.2013). The Author (s) 2013; This article is published with open access at Licensee Open Journal Systems of Radom University in Radom, Poland Open Access. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Noncommercial License which permits any noncommercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author(s) and source are credited. This is an open access article licensed under the terms of the Creative Commons Attribution Non Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted, non commercial use, distribution and reproduction in any medium, provided the work is properly cited. This is an open access article licensed under the terms of the Creative Commons Attribution Non Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted, non commercial use, distribution and reproduction in any medium, provided the work is properly cited. Conflict of interest: None declared. Received: 16.10.2013. Revised: 14.11.2013. Accepted: 20.12.2013. WSPÓŁCZESNE PROCESY KORYTOWE RZEKI BRDY NA ODCINKU OD UJŚCIA BIELSKIEJ STRUGI DO GOŁĄBKA Contemporary channel processes on the section from the Bielska Struga estuary to Golabek on the Brda River Dawid Szatten, Agata Tomaszewska Wydział Kultury Fizycznej, Zdrowia i Turystyki, Uniwersytet Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy Streszczenie Rzeka Brda na odcinku od ujścia Bielskiej Strugi do Gołąbka, cechuje się silnym przebiegiem procesów korytowych. Należą do nich procesy erozji, transportu i akumulacji. Dokonano analizy materiałów kartograficznych, za pomocą oprogramowania GIS. Umożliwiło to wydzielenie stref o silnych bądź słabych przekształceniach koryta. Ukazano w ten sposób dynamikę koryta. Obserwacje terenowe przeprowadzono od października 2008 roku do lipca 2011 roku na odcinanym meandrze. W ciągu tego okresu zaobserwowano ostatni etap meandrowania rzeki, czyli skrócenie jej biegu i utworzenie lotycznego (otwartego) starorzecza. Słowa kluczowe: rzeka Brda, procesy korytowe, analizy przestrzenne Wprowadzenie Analizowany odcinek pomiędzy ujściem Bielskiej Strugi a Gołąbkiem, znajduje się w środkowej części zlewni całkowitej rzeki Brdy. Administracyjnie położony jest w północnozachodniej części województwa kujawsko-pomorskiego, w powiecie tucholskim. Według regionalizacji fizycznogeograficznej Kondrackiego (2002) obszar badań znajduje się w mezoregionie Bory Tucholskie, który obejmuje sandr pomorskiej fazy zlodowacenia Wisły. Cała zlewnia Brdy zbudowana jest z osadów czwartorzędowych, reprezentowanych przez trzy poziomy glin zwałowych, osady wodnolodowcowe i zastoiskowe (Mojski, 2005). Dolina Brdy natomiast jest zbudowana z piasków i żwirów wodnolodowcowych, sprzyjających dynamicznym przebiegom procesów korytowych. Najwyższym punktem badanego obszaru są okolice Gołąbka (109 m n.p.m.), a najniżej położony obszar znajduje się przy korycie rzeki Brdy (94 m n.p.m.). Rzeki zaliczają się do najważniejszych czynników zewnętrznych kształtujących powierzchnię ziemi. Procesy korytowe są rozpatrywane w trzech aspektach. Pierwszym z nich jest działalność erozyjna, która może pogłębiać dno bądź niszczyć brzegi koryta, co prowadzi do poszerzenia i zmiany położenia w granicach dna doliny. Intensywność, przebieg oraz skutki tego procesu są zależne od: morfostatycznych własności koryta, dostępności, ilości i jakości rumowiska, odporności podłoża, rodzaju ruchu oraz prędkości płynięcia wody 108
(Byczkowski, 1999). Drugim procesem składowym działalności rzek jest transport. Rzeka pełni rolę pasa transmisyjnego, który ma trzy formy: denny, zawiesinowy oraz materiału rozpuszczonego. Siła transportowa rzeki zależy od wielkości przepływu i prędkości płynięcia. Trzecim procesem jest akumulacja rzeczna, która jest zależna od: wielkości, ciężaru właściwego oraz kształtu ziaren i okruchów, jak również od lepkości wody. Proces depozycji, czyli składanie osadów w obrębie koryta może przebiegać w postaci: sedymentacji, akrecji, inkrusji oraz dekantacji (Allen, 2000). Cel i zakres pracy Celem badań było ukazanie procesów korytowych rzeki Brdy, na odcinku od ujścia Bielskiej Strugi do Gołąbka, głównie dzięki analizie materiałów kartograficznych, które zostały poparte przykładami z badań trenowych. Zakres pracy obejmował tematykę badania procesów korytowych (dynamiki meandrowania rzeki, kształtowania się form korytowych oraz tworzenie się starorzeczy). Materiały i metody Prace kameralne, przeprowadzone na etapie rozpoznania problemu badawczego, obejmowały analizę materiałów kartograficznych: mapy pruskiej Messtischblatter w skali 1:25000 (arkusz Schuttenwalde - 2373), mapy topograficznej o układzie współrzędnych 1965 w skali 1:25000 (arkusz Tuchola - 334.43) oraz zdjęć satelitarnych, pochodzących z serwera maps.google.com o aktualności foto nalotu 15.08.2009. Zgromadzone materiały zostały przetworzone z wersji papierowej do wersji cyfrowej (obrazów rastrowych), a następnie wprowadzone do programu ArcGis 9.3, gdzie uległy procesowi georeferencji nadania im jednolitego układu współrzędnych metrycznych. Dzięki narzędziu digitalizacji zrysowano zasięg przestrzenny koryta Brdy z trzech analizowanych okresów, umożliwiając przeprowadzenie analiz dynamiki koryta. Narzędzie intersekcji umożliwiło nałożenie na siebie warstw przedstawiających przebieg koryta w odpowiednich latach. Jako pierwsze zostały poddane intersekcji koryta z 1905 i 1977 oraz 1977 i 2004. Następnie otrzymane wyniki zostały nałożone na siebie, co w efekcie dało nam możliwość zwaloryzowania dynamiki badanego odcinka Brdy. W oparciu o wyniki analiz cyfrowych i dostępnych materiałów piśmienniczych przystąpiono do wyboru najbardziej reprezentatywnych miejsc w terenie w celu przeprowadzenia badań pod kątem przebiegu procesów korytowych. Wyniki i dyskusja Rzeki systemów jednokorytowych i jednonurtowych posiadają pojedyncze koryto o różnej krętości. Naturalną tendencją nurtu, jest przemieszczanie się od jednego brzegu do drugiego. Naprzemienne przerzucanie nurtu pomiędzy brzegami prowadzi do utworzenia stref podlegających erozji i akumulacji (Bajkiewicz-Grabowska, Mikulski, 1999). Rzeka Brda na analizowanym odcinku cechuje się silnym meandrowaniem, we wszystkich analizowanych okresach. We fragmentach gdzie nurt znajduje się przy brzegu, dochodzi do podcinania i erozji bocznej. W przypadku analizowanego odcinka, proces ten zachodzi w momencie, gdy koryto zbliża się do wyraźnie wydzielonej w terenie granicy doliny Brdy. Szerokie meandry uwieńczone są wtedy urwistymi brzegami. Natomiast brzegi wypukłe oraz brzegi wklęsłe położone pośrodku dna doliny Brdy, cechują się bardziej płaskim charakterem. Erozja boczna prowadzi do stałego wzrostu krętości koryta, które równocześnie ulega wydłużeniu, przy czym spadek podłużny maleje (Klimaszewski, 1981). Stałe powiększanie promienia krzywizny sąsiednich zakoli doprowadza do zmniejszenia szerokości nasady ostrogi meandrowej i tym samym, powstaje obustronnie podcinana szyja meandrowa. Może zostać łatwo przerwana, szczególnie podczas dużego wezbrania, gdy woda nie mieści się w korycie. Przelewające się wody posiadają na tym odcinku dużo większy spadek niż wzdłuż krętego 109
koryta, co powoduje pogłębianie i rozcinanie szyi meandru. Powstaje w ten sposób przełom przelewowy, w którym rzeka dokonała przecięcia i przeciągnięcia własnego odcinka z nurtem. Rzeka po rozcięciu ostrogi meandrowej przez pewien okres korzysta z obu koryt: meandrowego i przełomowego. Nowo powstały odcinek koryta jest znacznie krótszy niż dawne zakole. Większa moc strumienia na tym odcinku sprzyja erozji dennej, która powoduje odcięcie zakola w jego górnej części, w dolnej może być ono wciąż połączone z głównym korytem, ale ruch wody jest w nim znikomy. Jednak z upływem czasu i pogłębianiem krótkiego odcinka przełomowego o dużym spadku, długie koryto zakolowe staje się martwe, pozbawione wody, a następnie ulega zawieszeniu w stosunku do pogłębionego koryta przełomowego. Sprzyja to zasypywaniu, zarastaniu i spłycaniu, prowadząc do całkowitej izolacji zakola. W ten sposób powstaje starorzecze. Z czasem dochodzi do całkowitego wypełnienia dawnego koryta przez osady mineralne i organiczne, jezioro zanika, a w dnie doliny pozostaje półkoliste obniżenie, często podmokłe i porośnięte wilgociolubną roślinnością (Jezierska-Madziar, 2005). Analiza materiałów kartograficznych wskazuje, na częste odcinanie meandrów na badanym odcinku Brdy. Analiza materiałów kartograficznych pozwoliła na waloryzację dynamiki koryta Brdy na badanym odcinku (rycina 1). Wprowadzono 3-stopniowe wydzielenia: fragmenty A, w którym nie zostały zaobserwowane zmiany położenia koryta w analizowanych okresach, czyli dane kartograficzne z 1905, 1977 i 2004 roku wskazują ten sam przebieg rzeki kolor zielony, fragmenty B, przedstawiające odcinki rzeki, które pokrywają się dwa razy z przebiegiem koryta w okresach badawczych kolor żółty, fragmenty C, przedstawiające odcinki rzeki, które występują tylko jeden raz, co oznacza że zmiany zachodzące w przebiegu koryta miały tak intensywny przebieg, że na materiałach kartograficznych były zarejestrowane tylko raz w danym miejscu kolor czerwony. Na analizowanym odcinku występuje w sumie 251 wydzieleń (tabela 1). Fragmenty A występowały najrzadziej (31 wydzieleń). Ich cechą charakterystyczną jest stosunkowo mała powierzchnia. Występują one w większości przypadków w centralnym miejscu przecięcia trzech koryt. Fragmentów B wyznaczono w sumie 78. Występują one przeważnie wzdłuż osi nakładających się koryt. Najwięcej odnotowano fragmentów typu C, które wskazują w przeważającej części położenie koryta występujące na materiałach kartograficznych tylko jeden raz w danym miejscu. Występują one w większości przypadków, na odcinkach dużych meandrów, cechując się największą powierzchnią z wszystkich wydzieleń. Suma wydzieleń wszystkich trzech typów, umożliwiła podział koryta Brdy na dwa typy stref: o silnych przekształceniach koryta (+) oraz o słabych przekształceniach koryta (-). Do pierwszego rodzaju zaklasyfikowano strefy pierwszą, trzecią i piątą. Natomiast do drugiego typu zaklasyfikowano strefy: drugą, czwartą i szóstą (rycina 1). Tab. 1. Waloryzacja dynamiki koryta Brdy ilość wydzieleń w poszczególnych strefach Wydzielenia Strefa 1 Strefa 2 Strefa 3 Strefa 4 Strefa 5 Strefa 6 SUMA A 6 1 8 4 5 7 31 B 16 4 27 9 8 14 78 C 20 10 41 16 17 38 142 SUMA 42 15 76 29 30 59 251 TYP + - + - + - Źródło: opracowanie własne na podstawie analiz materiałów kartograficznych 110
Ryc. 1. Waloryzacja dynamiki koryta Brdy w latach 1905 2004 Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych kartograficznych 111
Obserwacje terenowe odcięcia meandru prowadzone były od października 2008 do lipca 2011 roku. Umożliwiły one ukazanie ostatniego etapu meandrowania rzeki, czyli skrócenia biegu i utworzenia lotycznego (otwartego) starorzecza. Na początku obserwacji przelew miał około 2 m szerokości, rzeka niosła swoje wody głównie korytem meandrowym. Szacunkowo, około 15% wody z koryta głównego przelewało się przez odciętą szyję meandru. W miarę upływu czasu erozja powodowała poszerzanie przelewu, co przyczyniło się do zwiększanie przepływu tym korytem. Pod koniec obserwacji szerokość miejsca, gdzie szyja meandru została przecięta, wynosiła 8 m szerokości, a koryto przeciągnęło nurt Brdy krótszą drogą. Szacując wielkość niesienia wody przez przelew, przez trzy lata wzrosła ona o około 65%. Dynamikę powiększania się przelewu, który powstał poprzez odcięcie szyi meandru, prezentuje rycina 2. październik 2008 styczeń 2009 sierpień 2009 lipiec 2011 Ryc. 2. Przecięta szyja meandru na Brdzie (październik 2008 lipiec 2011, fot. A. Tomaszewska) Wnioski Rzeka Brda na odcinku pomiędzy ujściem Bielskiej Strugi, a Gołąbkiem cechuje się znaczną dynamiką procesów korytowych. Brak antropopresji, spowodował zachowanie naturalnego charakteru tego odcinka rzeki, który objawia się tendencją do meandrowania. Proces ten jest spowodowany naprzemiennym przerzucaniem nurtu pomiędzy brzegami, który tworzy strefy erozji i akumulacji, powodując powstanie brzegu wklęsłego oraz wypukłego. Analiza materiałów kartograficznych, z przestrzeni czasowej ponad 100 lat, umożliwiła przeprowadzenie waloryzacji dynamiki koryta Brdy na badanym odcinku. Jej przebieg charakteryzuje się znaczną dynamiką. Następuje systematyczne zwiększenie krętości rzeki poprzez rozwój meandrów, które w późniejszym okresie ulegają odcięciu i 112
przekształceniu w starorzecza lotyczne. Następnym etapem jest ich przekształcenie w starorzecza semilotyczne i lentyczne (zamknięte). Przeprowadzona waloryzacja pozwoliła wyznaczyć 6 odcinków z różną intensywnością zachodzących zmian. Pierwsza, trzecia i piąta strefa charakteryzuje się silnymi przekształceniami. Natomiast pozostałe, czyli druga, czwarta i szósta nie wykazują znaczących zmian w przebiegu koryta. Literatura 1. Allen P., 2000, Procesy kształtujące powierzchnię Ziemi, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2. Bajkiewicz-Grabowska E., Mikulski Z., 1999, Hydrologia ogólna, Wydaw. Naukowe PWN, Warszawa, 3. Byczkowski A., 1999, Hydrologia t.i, Wydaw. SGGW, Warszawa, 4. http://maps.google.com (zdjęcie satelitarne) o aktualności foto nalotu 15.08.2009, 5. Kondracki J., 2002, Geografia fizyczna Polski, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 6. Mojski J., 2005, Ziemie polskie w czwartorzędzie, zarys morfologiczny, Wydawnictwo PIG, Warszawa, 7. Starorzecza jako istotny element ekosystemu rzecznego, 2005, Jezierska-Madziar M. (red.), Akademia Rolnicza im. Augusta Cieszkowskiego, Poznań, 8. Klimaszewski M., 1981, Geomorfologia, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 9. Mapa pruska Messtischblatter w skali 1:25000, 1905, arkusz Schuttenwalde - 2373, 10. Mapa topograficzna o układzie współrzędnych 1965 w skali 1:25000, 1977, arkusz Tuchola - 334.43. Abstract Brda River on the section from the mouth of Bielska Struga to Golabek, is characterized by a strong course of channel processes. These include the processes of erosion, transport and accumulation. Were carried out cartographic analyzes using GIS software. This allowed to separation of areas of strong or weak transformations of river channel. It shows the dynamics of river channel. Field observations were carried out from October 2008 to July 2011 at the cut-off meander. W ciągu tego okresu zaobserwowano ostatni etap meandrowania rzeki, czyli skrócenie jej biegu i utworzenie lotycznego (otwartego) starorzecza. During this period, observed the final stage of river meandering - shortening the mainstream and creating the open oxbow lake. Keywords: Brda river, channel processes, spatial analysis 113