730 KB

VII Zjazd Geomorfologów Polskich
kraków
Sedymentacja osadów
2005
przykorytowych rzek
uregulowanych na przykładzie
górnej odry i górnej wisły
Agnieszka Czajka
1. Wstęp
W ostatnim dwustuleciu w efekcie bezpośredniego i pośredniego wpływu człowieka
nastąpiły zmiany w sposobie sedymentacji osadów w obrębie równiny zalewowej oraz
w modelowaniu koryt rzek. Jednym z elementów oddziaływania człowieka na przebieg
procesów sedymentacji fluwialnej jest powszechna regulacja rzek (Czajka 2004). Prace
regulacyjne mające na celu stabilizację koryt ograniczają lub hamują boczny przyrost
równiny zalewowej. Innym skutkiem regulacji rzek jest lokalny wzrost tempa pogłębiania
koryta lub przeciwnie, jego wypłacanie, pociągające za sobą zmiany w częstotliwości
zalewania równiny zalewowej (Łajczak 2003) a w efekcie w tempie sedymentacji pozakorytowej.
2. Lokalizacja i metody badań
Do badań nad sedymentacją osadów przykorytowych rzek uregulowanych wybrano dwa odcinki rzek: odcinek górnej Odry o długości 57,1 km i odcinek górnej Wisły
(28,2 km) (ryc. 1) podobne pod względem wielkości dorzecza, spadku koryta, przepływów, częstotliwości wezbrań czy ilości transportowanego materiału (tab. 1). Obydwie
rzeki zostały uregulowane poprzez skrócenie biegu i umocnienie brzegów opaskami
oraz ukierunkowanie nurtu wskutek założenia ostróg. Niewielkie różnice dotyczą stopnia
i czasu regulacji koryt. Określenia przybliżonego wieku osadów zdeponowanych w bezpośrednim sąsiedztwie koryta dokonano przy zastosowaniu trzech wskaźników: miału
86
Agnieszka Czajka
Ryc. 1. Lokalizacja stanowisk badawczych wzdłuż analizowanych odcinków
górnej Odry: 1 – Zabełków, 2 – Olza, 3 – Bieńkowice, 4 – Grzegorzowice, 5 – Turze, 6 – Przewóz) oraz górnej Wisły:
1 – Chropań, 2 – Bieruń Nowy, 3 – Czarnuchowice, 4 – Mańki, 5 – Gromiec, 6 – Mętków, 7 – Jankowice)
węglowego obecnego w aluwiach Odry od drugiej połowy XVIII w. a w aluwiach Wisły
od 1740 r. Dla określenia wieku najmłodszych osadów posłużono się analizą obecności
artefaktów tworzyw sztucznych: butelki PET, worki foliowe, opakowania produktów
spożywczych czy fragmenty innych przedmiotów użytkowych. Za początek produkcji
tworzyw sztucznych w Polsce przyjęto lata 50. ubiegłego stulecia, jednakże czas produkcji
większości znajdowanych przedmiotów oszacowano na ostatnie dwudziestolecie. Jeśli
w odsłonięciu nie stwierdzono obecności artefaktów wiek najmłodszych osadów ustalano
na podstawie zawartości w osadach sztucznego izotopu 137Cs, obecnego w atmosferze
od momentu rozpoczęcia prób z bronią atomową, czyli od lat 60. ubiegłego stulecia
(Sutherland, 1994, Walling, He, 1999).
Sedymentacja osadów przykorytowych rzek uregulowanych...
87
Tab. 1. Wybrane cechy charakteryzujące badane odcinki rzek i ich dorzecza
1, 5, 6, 8
2
3, 4, 9
7
wg Kondracki, 1978
wg Kotlicki, Kotlicka, 1980; Klimek, Starkel, 1972
wg Rocznik Hydrologiczny Dorzecza Odry, Rocznik Hydrologiczny Dorzecza Wisły
dane Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej oddz. Gliwice i Kraków
3. Depozycja materiału unoszonego
W wyniku regulacji badany odcinek koryta Odry został skrócony o 36% a jego
spadek wrósł o 37,5% z 0,5 m/km do 0,8 m/km. Szerokość koryta w efekcie prac regulacyjnych uległa zmniejszeniu o ok. 70 m i obecnie wynosi średnio 90 m. Przed regulacją
szerokość równiny zalewowej Odry, zatapianej podczas dużych wezbrań wynosiła ok.
4-5 km. Konstrukcja wałów przeciwpowodziowych spowodowała ograniczenie strefy zatapiania wezbraniowego nawet do 200 m. Prace regulacyjne przeprowadzone na badanym
odcinku Wisły spowodowały jego skrócenie o 15,4% a spadek wzrósł o 22,5%. Szerokość
koryta uległa zmniejszeniu o ok. 40 do 70 m i wynosi obecnie od 20 do 50 m.
Średnia łączna dostawa materiału unoszonego do badanego odcinka Odry przez Odrę,
Olzę i Psinę wynosiła w latach 1978-1990 ok. 277,5 tys. ton rocznie, z czego poza analizowany odcinek (Chałupki–Miedonia) wynoszone było przeciętnie 82,4 tys. t/rok. Oznacza
to, że rocznie w postaci osadów pozakorytowych deponowane było ok. 5,5 tys. t/km.
Średnia łączna dostawa materiału unoszonego dla analizowanego odcinka Wisły
(przez Wisłę i dopływy) wynosiła w badanym okresie ok. 570 tys. ton/rok, z czego poza
omawiany odcinek wynoszonych było ok. 450 tys. ton rocznie. W ciągu roku, w strefie
międzywala Wisły na omawianym jej odcinku deponowanych było średnio 120 tys. ton
materiału. W przeliczeniu na 1 km biegu rzeki depozycji uległo średnio 20,95 tys. ton
materiału w ciągu roku, czyli czterokrotnie więcej niż w badanym odcinku Odry.
W analizowanych odcinkach górnej Odry i górnej Wisły, podzielonych dodatkowo
na odcinki o dnie agradującym i pogłębianym, podjęto próbę oszacowania zmian tempa
przyrostu pionowego brzegów od czasu regulacji. W tym celu określono wiek osadów
88
Agnieszka Czajka
zalegających na różnych głębokościach
na podstawie zawartości miału węglowego, artefaktów i 137Cs.
Osady przykorytowe górnej Odry
odsłonięte w stanowiskach wzdłuż
koryta pogłębianego przyrastały równomiernie od momentu regulacji. Wzdłuż
odcinka agradującego obserwuje się
intensyfikację procesu postępującą od
lat 50. XX w. (ryc. 2). Analiza wieku
osadów we wszystkich wykonanych
odsłonięciach wzdłuż górnej Wisły
Ryc. 2. Zmiany tempa przyrostu pionowego osawskazuje na spadek tempa przyrostu
dów przykorytowych Odry od momentu regulacji
równiny dopiero w latach 80. XX w.
koryta do 2001 r.
(ryc. 3), i ponowny wzrost w latach 90.
spowodowany wystąpieniem wielkiego
wezbrania w 1997 r.
Taka rozbieżność w dynamice
procesu na omawianych rzekach może
sugerować, że o ile na Wiśle przyrost
osadów odbywa się już tylko w czasie
ekstremalnych wezbrań, o tyle na Odrze
proces zachodzi wciąż ze znaczną intensywnością. Analiza danych dotyczących
bilansu transportu materiału unoszonego
wskazuje, że pod koniec lat 80. XX w.
zmalała ilość materiału zatrzymywanego
Ryc. 3. Zmiany tempa przyrostu pionowego osaw odcinku rzeki pomiędzy Chałupkami
dów przykorytowych Wisły w latach 1936-2001
a Miedonią ale duże powodzie w latach
1985, 1987 i 1997 spowodowały depozycję znacznej ilości materiału i rosnący trend przyrostu pionowego został utrzymany.
Intensywna depozycja przykorytowa spowodowała zwężenie koryt obu omawianych rzek. Innym czynnikiem zmieniającym geometrię koryta Wisły jest postępująca
erozja wgłębna. Zmiany głębokości i szerokości koryta Wisły zapisane są najwyraźniej
w odsłonięciu Mańki II, gdzie dawna opaska brzegowa znajduje się dziś w odległości
5 metrów od brzegu rzeki i 290 cm ponad poziomem średniej wody. Zmiany te zaszły
w ciągu ostatnich 65 lat. Natomiast materiał transportowany przez Odrę, deponowany
również w obrębie koryta rzeki powoduje, oprócz zwężenia, agradację jego dna, postępującą od lat 50. XX w.
Przyrost wysokości brzegów Odry (na odcinku agradującym) jest równoważony
równoczesnym podnoszeniem dna koryta. Koryto ulega więc równocześnie zwężeniu
i spłyceniu, przeciwnie do koryta Wisły gdzie zwężaniu koryta towarzyszy jego pogłębianie sprzyjające intensywniejszemu wzrostowi wysokości brzegów. Znaczne różnice
w natężeniu procesu sedymentacji osadów przykorytowych mogą być wywołane lokal-
Sedymentacja osadów przykorytowych rzek uregulowanych...
89
nymi warunkami depozycji. Zaobserwowano, że największe tempo przyrostu osadów,
zachodzi w zamuliskach między ostrogami. Przykładem są stanowiska w Turzu czy
Przewozie, gdzie procesy sedymentacji skutecznie zamaskowały pozostałości po starych
ostrogach. W przypadku Wisły największe tempo depozycji pozakorytowej obserwuje się
na odcinku, gdzie najintensywniej zachodzi wcinanie się rzeki, w Mańkach i Gromcu.
Badania prowadzone na innych odcinkach Wisły wskazują na mniejsze natężenie procesu
depozycji pozakorytowej.
Porównując dotychczasowy przebieg rozwoju strefy przykorytowej górnej Odry
i górnej Wisły oraz dynamikę geometrii samych koryt można przypuszczać, że dalszy
rozwój procesu w przypadku omawianych rzek będzie miał odmienny charakter. Koryto
Wisły na omawianym odcinku osiągnęło już prawdopodobnie stan nowej równowagi.
Na odcinku pomiędzy ujściami Gostynki i Soły następuje w ostatnich latach nieznaczne
podnoszenie dna koryta a tempo przyrostu osadów przykorytowych w ostatnim trzydziestoleciu wynosi 2,03 cm/rok, co odpowiada 1,5 cm/wezbranie.
Starsze osady deponowane były z większą intensywnością, co może świadczyć
o spadku natężenia procesu nadbudowy brzegów. Mimo różnicy w dynamice dna koryta
Wisły, która poniżej ujścia Soły znacznie się wcięła od czasu regulacji, tempo przyrostu
osadów przykorytowych na tym odcinku również maleje z czasem. Nadbudowa możliwa
jest już tylko w czasie wezbrań ekstremalnych. Równocześnie osady skośnego przyrostu
równiny, powstające równolegle z pogłębianiem i zwężaniem koryta rzeki (górna Wisła)
lub wypłycaniem i zwężaniem koryta (górna Odra), stanowią źródło nowego materiału
dostarczanego do koryta podczas wezbrań wskutek procesu erozji bocznej lub w okresach pomiędzy wezbraniami w efekcie powstawania obrywów lub zsuwów na bardzo
stromych brzegach.
Osady przykorytowe górnej Odry przyrastają z niezmienną intensywnością. Odcinek
powyżej ujścia Olzy wykazuje w ostatnich latach słabe tendencje do wcinania. Analizując
przebieg stanów minimalnych wody na tym odcinku w dłuższym okresie można go uznać
za stabilny. Odcinek poniżej ujścia Olzy ma charakter agradujący. Proces podnoszenia
koryta górnej Odry rozpoczął się w połowie lat 50. XX w. i nadal postępuje. Efektem
depozycji znacznej ilości materiału w obrębie koryta, mogłaby być zmiana charakteru
koryta na roztokowy. Zważywszy jednak intensywność, z jaką prowadzone są na bieżąco wszelkie prace konserwatorskie i porządkowe na górnej Odrze, zasygnalizowany
proces zmiany charakteru koryta Odry zostanie prawdopodobnie zakłócony wskutek
jego sztucznego pogłębienia.
Przebieg procesu depozycji osadów przykorytowych jest obecnie bardziej zbliżony
do naturalnego na górnej Odrze niż na górnej Wiśle, co może sugerować, że na zaburzenie naturalnej równowagi erozyjno-depozycyjnej rzeki większy wpływ niż skrócenie
biegu rzeki ma drastyczne ograniczenie szerokości równiny zalewowej.
Literatura
Czajka A., 2004, Transport i sedymentacja materiału unoszonego w korycie Odry w Kotlinie
Raciborskiej, [w:] Geologiczne i środowiskowe problemy gospodarowania i ochrony doliny
górnej i środkowej Odry, PIG, Wrocław, 71-82.
90
Agnieszka Czajka
Łajczak A., 2003, Contemporary transport of suspended material and its deposition in the Vistula
river, Poland, Hydrobiologia, ss. 494.
Sutherland R.A., 1994, Spatial variability of 137Cs and the influence of sampling on estimates
of sediment redistribution, Catena, 21, 57-71.
Walling D.E., He Q., 1999, Changing rates of overbank sedimentation on the floodplains of British
rivers during the past 100 years, [w:] A.G. Brown, T.A. Quine (red.), Fluvial Processes
and Environmental Change, John Willey & Sons Ltd., 207-222.
Agnieszka Czajka
Wydział Nauk o Ziemi
Uniwersytet Śląski
ul. Będzińska 60
41-200 Sosnowiec