Ocena intensywności erozji wodnej w zlewni Bystrej do przekroju Gaj w Gałchówce Andrzej Strużyński Kraków 7 XI 2009 praca wykonana na zlecenie IBL w Sękocinie Starym 1/16
1. Obszar badań Badany obszar leży w dorzeczu Soły, w południowo-wschodniej części Beskidu Śląskiego. Podłoże zbudowane jest z fliszu magurskiego. Bystra jest największym lewobrzeżnym dopływem Kameszniczanki i stanowi 43.5% powierzchni jej zlewni. Źródła potoku znajdują się u stóp Baraniej Góry (1220 m n.p.m.) na wysokości około 1100 m n.p.m. Lewobrzeżny dopływ Bystrej wypływa na wysokości około 997 m n.p.m., a wpada na wysokości 715.2 m n.p.m. Bystra na wysokości przekroju opisanego jako Gaj na Gałchówce znajduje się na wysokości 694.5 m n.p.m. Jest przekrój zamykający badaną zlewnię cząstkową Bystrej. Ryc. 1. Obszar cząstkowej zlewni Bystrej z zaznaczonymi lokalizacjami posterunków wodowskazowych. Parametry zlewni cząstkowej i dorzecza do Gaju na Gałchówce zmierzone zostały w na podstawie pomiarów wykonanych na ortofotomapie. Wybrany obszar badań znajduje się pomiędzy punktami przekątnej wieloboku opisanej współrzędnymi: lewy-dolny narożnik sceny: N 193389.365m, E 500480.2900m prawy-górny narożnik sceny: N 195978.3789m, E 503835.3011m. 2/16
Współrzędne poziome zapisane są w układzie PUWG 1992, a rzędne wysokości w układzie Kronsztad. Tabela 1 Podstawowe parametry opisujące Bystrą i jej zlewnię Parametr Powierzchnia zlewni Wartość 4.8 [ km2 ] cząstkowej długość Bystrej (prawe ramię) 2352 [ m ] w zlewni cząstkowej długość Bystrej (lewe ramię) 1942 [ m ] do połączenia średni spadek Bystrej 17.32 / 14.5 [ % ] (lewa/prawa) W ostatnich latach w rejonie Baraniej Góry w zlewni Bystrej obserwowany jest proces degradacji drzewostanu iglastego. Proces ten spowodował przede wszystkim znaczne zmniejszenie populacji świerka. Powierzchnie niegdyś leśne, są obecnie pozbawione drzewostanu, a pozostały tylko gdzieniegdzie rosnące drzewa liściaste. W chwili obecnej prowadzona jest intensywna ścinka pozostałych drzew, które niegdyś rosły w otoczeniu innych drzew i nie są przystosowane do walki z wiatrem przewalającym się przez szczyty gór. 3/16
2. Metodyka Za pomocą ortofotomapy (źródło: CODGiK w Warszawie) określone zostały: lokalizacje pomiarowe, powierzchnie zlewni i długości cieków, powierzchnie wylesień i obszarów odkrytych w roku 2004, Za pomocą danych numerycznego poziomu terenu (źródło: CODGiK w Warszawie) wykonano: model wysokościowy, model spadków, model zagrożenia erozją w skali Siuty [Korelewski 1983], profile podłużne ramion Bystrej. Dla badanego obszaru zagrożenie erozją opracowano wg sześciostopniowej skali opracowanej przez Siutę [Korelewski 1983] dla obszarów zalesionych [Bartnik i inni 1998] (Tabela 1). Tabela 2 Zagrozenie erozją wodną poszczególnych grup gleb wg Siuty [Korelewski 1983] Nachylenie terenu w stopniach Grupy gleb do 3 3-6 6-10 10-15 powyżej 15 do 5.2% 5.2-10.5 % 10.5-17.6 % 17.6-26.8 % powyżej 26.8 % Stopnie zagrożenia erozją (erozja potencjalna) 1 0-1 2 (+) 3+ 4+ 5+ 2 0-1 1-2 2-3 (+) 3-4 + 5+ 3 0 0-1 2 3+ 4-5 + 4 0 0-1 1-2 2-3 (+) 3-5 (+) Erozje liniową zaznaczono krzyżykiem: (+) - przemiana żłobin w większe formy wklęsłe jest raczej mało spodziewana, + - sygnalizuje łatwość pogłębiania się żłobin i rozczłonkowanie się reliefu (doliny suche). Uwzględnienie sum rocznych opadów: - w rejonach o opadach poniżej 600 mm przyjmujemy stopień niższy, a powyżej 600 mm - wyższy (dotyczy stopni podanych alternatywnie) - przy opadach: poniżej 600 mm - stopień 3, 600-800 mm stopień 4, powyżej 800 mm - stopień 5 (dotyczy przypadku określenia erozji w granicach 3-5 stopni). 4/16
Do dyspozycji autora przekazana została również Mapa Gospodarczo-Przeglądowa Leśnictwa Sikorczane (Nadleśnictwo Węgierska Górka, obręb Węgierska Górka) opisująca stan z dnia 1 stycznia 2004r. Dzięki niej możliwe stało się określenie powierzchni zajmowanych przez poszczególne gatunki drzewostanu. Ryc. 2. Charakterystyka powierzchni leśnych z dnia 1 stycznia 2004r. Stan wiedzy autora o zlewni Bystrej pogłębiony został podczas wizji lokalnej przeprowadzonej w dniu 10 października 2009r w pięciu lokalizacjach zaznaczonych na rycinach 2 i 3. 5/16
3. Ocena i pomiary powierzchni leśnych wykonana przy zastosowaniu panchromatycznej ortofotomapy lotniczej Przedstawiona na rycinie 3 ortofotomapa wykonana w układzie PUWG 1992 umożliwia bezpośredni pomiar odległości wyrażonej w metrach, co pozwoliło na obrys i określenie powierzchni, które wg autora są wylesione lub nie pokryte lasem. Powierzchnie te zostały ponumerowane i zestawione w tabeli 3. Tabela 3 Zestawienie powierzchnie nie pokrytych lasem wg stanu z roku 2004 Nr powierzchni 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 razem [m2] 330286.0 124164.6 23584.3 11823.7 6323.3 24136.9 31164.2 5810.7 44743.0 129324.8 161122.3 84836.9 64655.5 21885.6 10086.2 1073940.0 [km2] 0.33 0.12 0.02 0.01 0.01 0.02 0.03 0.01 0.04 0.13 0.16 0.08 0.06 0.02 0.01 1.07 Obszary nie pokryte lasem w roku 2004 stanowiły 22.5% powierzchni cząstkowej zlewni Bystrej. Obszar 1 znajdujący się w północno-wschodniej części to w przeważającej części powierzchnia Hali Magurki. Już w roku 2004 uwidacznia się wylesiony pas powierzchni 1, 2, 4, 5, 14, 12 i 13. Od zachodniej części zlewni obszary te rozpoczynają się od Hali Baraniej umiejscowoinej pomiędzy Baranią Górą (1220 m m.p.m.), a Magurką (1140 m m.p.m., pow. nr 15). Są to dość wysoko zlokalizowane obszary leżące na wysokościach od 870 do 1080 m n.p.m. Jest to obszar występowania silnych wiatrów, 6/16
które mogą być przyczyną wyłomów drzewostanu. Na podobnych wysokościach, choć nieco niżej znajdują się powierzchnie 7, 8 i 11 (od 800 do 960 m n.p.m.). Najniżej zlokalizowane są powierzchnie 9 i 10 (700-920 m n.p.m.). Ryc. 3. Ortofotomapa (2004r.) z zaznaczonym obszarem zlewni cząstkowej, lokalizacjami pomiarowymi (1-5), ciekami i istniejącymi wówczas obszarami niepokrytymi lasem. 7/16
4. Stan obecny (2009) opisany po wizji lokalnej Zlewnia Bystrej w chwili obecnej przeżywa trudny okres samoistnej wymiany drzewostanu. Jest możliwe, że nasadzenia prowadzone okresowo powodują równomierne dojrzewanie i starzenie się całych powierzchni lasów. Powierzchnie pokryte świerkami, szczególnie w wyższych partiach zlewni są zniszczone lub uszkodzone. Często rosnące jeszcze na tych powierzchniach i ocenione jako nie zagrożone to gatunki drzew liściastych. Na rycinie 2 kolorem zielonym zostały obrysowane powierzchnie zajęte przez las inny niż świerkowy. Obszary te również w chwili obecnej są pokryte lasem. Jak już wspomniano w rozdziałach 2 i 3 na rycinach 2 i 3 zamieszczono lokalizacje, w których wykonana została wizja lokalna. W górnych partiach zlewni znajdują się lokalizacje 1, 2 i 5, a 3 i 4 w części dolnej pokrytej lasem. Las znajduje się również w lokalizacji 2, gdzie w drzewostanie przeważają przeważają buki (Ryc. 2). W lokalizacjach 1 i 5 świerkowy drzewostan jest zniszczony (Fot. 1), choć nr 1 w 2004 roku była pokryta drzewostanem. Fot. 1. Zniszczony drzewostan świerkowy w lokalizacji 1. Uwagę autora zwróciła gęsta sieć dróg leśnych utwardzonych i przeznaczonych do zwózki ściętych drzew. Zbocza górskie są intensywnie eksploatowane, co często 8/16
doprowadza do utworzenia lokalnych dróg przyspieszonego spływu powierzchniowego. Wizja lokalna wykonana została w dniu 10 października, kiedy to trwały dość obfite deszcze rozlewne. Zaobserwowano, że ta sieć odprowadza ilość wody, która może być porównywalna z przepływami w okolicznych ciekach. Na poniższym zdjęciu zaobserwowano zbliżony przepływ z rowu odprowadzającego wodę z drogi (Fot. 2 z prawej) w porównaniu z przepływem występującym w potoku (z lewej). Fot. 2. Przykład występowania zbliżonych przepływów w ciekach naturalnych i antropogenicznych (lokalizacja 1). W dniu 10.10.2009r. zaobserwowano dużą ilość materiału rozmywalnego transportowanego wzdłuż utwardzonej sieci dróg (Fot. 3a) i istnienie spływów wodnobłotnych wzdłuż dróg leśnych (Fot. 3b). O ile drogi utwardzone prowadzone są z możliwie najmniejszym spadkiem, to drogi zrywkowe są prowadzone podobnie jak naturalne potoki, tworząc gęstą sieć ognisk erozji liniowej. Ilość materiału unoszonego transportowanego w potokach jest w tym rejonie znacznie mniejsza, co zostało zaobserwowane (Fot. 4). Pomimo, że istnieją ślady transportu ściętych drzew w korycie Bystrej (lokalizacja 2), gruby materiał skalny jest dobrze zaklinowany i koryto potoku jest stabilne. Również dolina potoku jest stabilna i podczas zaobserwowanych zwiększonego przepływu spowodowanego opadami deszczu, 10.10 br. woda potoku była dość klarowna. 9/16
a.) b.) Fot. 3. Spływ powierzchniowy powodujący erozję liniową w zlewni Bystrej. a.) b.) Fot. 4. Koryta cieków naturalnych podczas zaobserwowanych opadów a.) dopływ Bystrej (lokalizacja 1), b.) Bystra w górnym odcinku (lokalizacja 2) 10/16
5. Numeryczny Model Terenu i model spadków Wizualizacja przestrzenna NMT została przedstawiona na rycinie 4. Przedstawiona jest na niej zlewnia Bystrej z lotu ptaka od strony południowej. Poniżej (Ryc. 5) znajduje się NMT z naniesioną granicą zlewni i głównymi ramionami Bystrej. Ryc. 4. Numeryczny Model Terenu zlewni Bystrej w formie modelu trójwymiarowego. 1220 c. zielony 1125 zielony 1115 zółty 950 pomarań-czowy 890 czerwony 810 różowy 790 fioletowy 760 niebieski 700 czarny 650 Ryc. 5. Mapa wysokościowa z naniesioną granicą zlewni i głównymi ciekami Bystrej. 11/16
Stworzenie Numerycznego Modelu Terenu umożliwiło określenie wysokości zlokalizowania przedstawionych na ryc. 3 powierzchni pozbawionych lasów, wykonanie profili podłużnych (Ryc. 6) i stworzenie modelu spadków (Ryc. 7). 1150 1100 1050 rzędne [m n.p.m.] 1000 950 900 Bystra prawa Bystra lewa 850 800 750 700 650 0 500 1000 1500 2000 2500 odległości [m] Ryc. 6. Profile odnóg Bystrej do przekroju Gaj na Gałchówce Ryc. 7. Model spadków. 12/16
Zlewnia Bystrej jest stroma (Ryc. 8). Dominują w niej zbocza o spadkach od 12 do 23 %. Maksymalne nachylenia przekraczają 50%. Odzwierciedlone jest to również w spadku średnim koryt Bystrej (patrz: tabela 1). Szczególnie w obszarze źródliskowym lewej odnogi Bystrej spadek koryta sięga 23 35%. W środkowym biegu spadek koryta wynosi około 20%, a w pobliżu przekroju zamykającego zlewnię cząstkową w dalszym ciągu waha się w granicach 6-8%. Stoki biegnące w kierunku koryta są również bardzo strome (od około 20 do 35%). 350000 300000 powierzchnia [m2] 250000 200000 150000 100000 50000 0 0 10 20 30 40 50 60 spadek [%] Ryc. 8. Rozkład ilości powierzchni zlewni funkcji spadku zboczy w zlewni Bystrej. 13/16
6. Stopnie zagrożenia erozją wodną zlewnie cząstkowej Bystrej Ze względu na bardzo duże spadki zboczy występujące w zlewni Bystrej, jest ona szczególnie zagrożona erozją wodną. Wg metody Siuty (Ryc. 9) brak jest w tej części zlewni obszarów niezagrożonych. Ryc. 9. Klasyfikacja erozji potencjalnej przy zastosowaniu metody Siuty. gdzie kolory: fioletowy 5+; zielony 4+; czerwony 3+; żółty 2(+); niebieski 1. Największe spadki znajdują się na obszarach w których płyną potoki. Ich mikrozlewnie są zagrożone występowaniem erozji opisanej 4+ i 5+ stopniem w skali 14/16
Siuty. Indeks + oznacza, że są to stoki i doliny suche, na których mogą występować pogłębiające się żłobiny i rozczłonkowanie reliefu. Wielkości powierzchni o określonych stopniach zagrożenia zostały zestawione w tabeli 4. W sumie obszary te zajmują powierzchnię 81.4% cząstkowej zlewni Bystrej. Mniejsze zagrożenie erozją wodną istnieje jedynie w pobliżu szczytów i hal (Magurki i Baraniej), a także na północnym stoku Czerwienieckiej Góry. Na tych obszarach spodziewać się można zagrożenia erozją opisaną stopniami 2(+) i 3+. Indeks (+) oznacza, że na tych terenach przemiana małych żłobin w większe formy jest raczej mało spodziewana. Tabela 4 Zestawienie powierzchni zagrożonych erozją wodną w skali Siuty Klasa zagrożenia erozją wodną 1 2(+) 3+ 4+ 5+ powierzchnia [m2] powierzchnia [km2] 34005 410876 1896000 1984628 444960 0.03 0.41 1.90 1.98 0.44 Podsumowanie Zagrożenie erozją w opisywanej zlewni cząstkowej Bystrej jest duże. Największe powierzchnie tej zlewni są zakwalifikowane do stopni 3+ i 4+ w skali Siuty, opisujących duże zagrożenie erozją wodną tych powierzchni. Wszystkie dopływy Bystrej wytworzyły strome i rozległe i doliny. Bardzo duże spadki koryta Bystrej powodują intensywne drenowanie zlewni i ułatwiają odprowadzenie materiału wyerodowanego ze stoków. Gwałtowna reakcja potoku na opady deszczu została zaobserwowana podczas wizji lokalnej w dniu 10.10.2009r. 15/16
Dodatkowym zagrożeniem erozyjnym w zlewni jest gęsta sieć dróg leśnych będących lokalnymi drogami gwałtownych spływów wód charakteryzujących się dużym zagęszczeniem materiału koloidalnego. Wycinanie rumoszu drzewnego i ściętych, jeszcze stojących drzew i ich transport najkrótszą drogą w kierunku dróg dojazdowych (prawie prostopadle do warstwic) powoduje często powstawanie nowych ognisk erozji liniowej. Lasy świerkowe degradują się na całym obszarze zlewni, a wylesienia nie są ściśle związane ze spadkiem występującym na porośniętych stokach. Analiza lokalizacji powierzchni leśnych również nie wskazuje na istnienie wyraźnej zależności stanu lasów od wysokości obrębów. Wylesienia świerkowe występują zarówno na dużych jak i małych spadkach oraz na różnych wysokościach. Lokalizacja 1 w chwili obecnej jest wylesiona, a widok zlewni z powierzchni 5 uwidacznia duże połacie zniszczeń na wielu stokach. Na podstawie wizji lokalnej autor szacuje, że obecnie wylesienia zwiększyły się z 22.4% w roku 2004 do ponad 50%. Szukając możliwych przyczyn powstałych wylesień proponuje hipotezę, że poszczególne powierzchnie lasów były nasadzane w podobnym okresie, co mogło powodować ich równoczesna starzenie i osłabienie. Silne wiatry mogą przyczyniać się do łamania i wywracania osłabionych drzew. Jeżeli założymy, że przyczyną wylesień mogą być silne wiatry, lokalizacje obszarów wylesionych wskazują, że wiatry wiejące z zachodu, przewalają się przez Halę Baranią, a natrafiając na zbocza gór Magurki i Glinnego rozpływa się na dwie strugi. Pierwsza przemieszcza się nad Halą Magurki, a druga opuszcza zlewnię zgodnie z przepływem Bystrej. W takiej sytuacji istniało by tutaj nałożenie dwóch niekorzystnych czynników: wyjątkowo dużego zagrożenia erozją wodną i niszczącego i wysuszającego działania wiatrów. Możliwe jest również, że na trudne warunki hydromorfologiczne i istniejące meteorologiczne nakładają dodatkowo się zmiany klimatu. Tereny Polski Południowej w ostatnich latach nawiedzane są coraz częściej przez bardzo silne wiatry i trąby powietrzne. 16/16