Delimitace fluvizemí v prostoru hranice niva-svah v povodích menších vodních tok

Transkript

1 DELIMITACE Í V PROSTORU HRANICE NIVA-SVAH V POVODÍCH MENŠÍCH VODNÍCH TOK Delimitace fluvizemí v prostoru hranice niva-svah v povodích menších vodních tok TEREZA ZÁDOROVÁ, TOMÁŠ CHUMAN, LUD K ŠEFRNA Z úzce pedologického pohledu je chápání nivy vázáno na výskyt n kolika p dních typ. Krom dopl kové p ítomnosti glej, a v ur itých p ípadech ernic, se jedná v první ad o fluvizem, p dy vzniklé periodickým ukládáním povod ových sediment, jejichž plošný rozsah v podstat delimituje hranice nivy. V tomto pojetí je niva sou ástí transportn -depozi ního systému vodního toku, a její p dní a sedimentární složení je tedy odrazem intenzity a rychlosti ukládání p emís ovaného materiálu a jeho vlastností. Z širšího pedogeografického hlediska je však na nivu možné nazírat jako na ást komplexního otev eného systému pedogeomorfní katény, který zahrnuje toposekvenci p d rozvodí-svah-niva-vodní tok. V rámci katény tedy m žeme rozlišit z hlediska materiálové bilance dva akumula ní areály. V první ad se jedná o záv rovou konkávní ást svahu, kde v závislosti na poklesu sklonu dochází ke snížení unášecí síly povrchového odtoku, a tím k depozici p dních ástic. Tato ást, neovliv ovaná p ínosem materiálu z vodního toku, je tedy vypl ována výhradn erozními svahovými sedimenty, nez ídka o mocnosti až n kolik metr (Schmitt, Rodzik 26). Druhou akumula ní oblastí je práv niva, pro kterou je primárním zdrojem materiálu vodní tok, nezanedbatelná ást však pochází z horních partií svahu. P sobení zrychlené p dní eroze a s ní související zvýšení objemu látek transportovaných po svahu vede k nár stu množství deponovaného materiálu. Ten primárn vypl uje terénní nerovnosti a suché úpady, následn se ukládá p i úpatích svah, v tzv. koluvionu (Lal 21). P i vy erpání akumula ních kapacit t chto oblastí i náhlém zvýšení erozního potenciálu však dochází k postupnému vypl ování nivy (zejména ásti p iléhajících k úpatí svahu) erozními sedimenty, a vzniká tak r zn široký koluviáln aluviální pásový areál dotovaný sedimentárním materiálem rozdílného charakteru (Lang 23). Nez ídka dochází k p ekrytí celé plochy aluvionu p dními sedimenty a do asnému i trvalému poh bení p vodní fluvizem (Leigh, Webb 25). Ob sedimenta ní události mají navíc velmi asto sou asný pr b h. P i významné srážkové události m že dojít k ukládání materiálu fluviálního p vodu p i povodni a zárove ke zvýšenému splachu p dní hmoty ze svahu. Charakter takto vnikajících depozic pak odpovídá vlastnostem materiálu lokálního (koluviálního) i regionálního (fluviálního) (Houben et al. 26). Z hlediska vymezení nivy na základ rozší ení fluvizemí p edstavuje tento fakt pom rn významný problém. Jejich p echod k p dám vzniklým ze svahových sediment, tzv. koluvizemím, je velmi rozost ený a práv tento fuzzy charakter areálu fluvizemí znesnad uje delimitaci nivy (Mitra et al. 1998). Dalším nep íznivým faktorem je i pedogenetická p íbuznost obou p dních typ, které vznikly periodickým ukládáním materiálu. V obou p ípadech se jedná o vývojov mladé, asto bezstrukturní p dy s malou morfologickou výrazností. Spojuje je i nepravidelné rozptýlení organiky v profilu a asto vrstevnatý charakter (N me ek et al. 21). Analytické vlastnosti, které by se vzhledem k rozdílnému typu mate ného substrátu m ly lišit, asto vykazují shodné znaky, což je dáno zejména míšením materiálu svahového a fluviálního p vodu. 1 Materiál a metody Pro studium rozhraní í ní nivy a svahu bylo vybráno území starosídelní sprašové oblasti jižní Moravy (jižní výb žek Ždánického lesa v dolní ásti povodí Harasky). Detailn jší pr zkum v etn sondáže a odb ru p dních vzork z vrtaných sond byl provád n na dvou lokalitách v katastru obcí Boleradice a 187

2 TEREZA ZÁDOROVÁ, TOMÁŠ CHUMAN, LUD K ŠEFRNA Mork vky (oba pozemky s vým rou cca 5ha). Oba pozemky s obdobnými sklonitostními pom ry (svahy dosahují v horních partiích až 15 ) jsou trvale obd lávány, rozdílná je však terénní situace v jejich konkávních ástech. V p ípad lokality Boleradice zaujímá dolní úsek zájmové plochy pás nivy menšího p ítoku Harasky, na pozemku Mork vky jsou úpatí svahu a niva odd leny komunikací. Hlavním p dním typem celého širšího území je ernozem modální, ve sklonit jších partiích svah výrazn erodovaná. Z geologického hlediska je oblast tvo ena p edevším molasovými faciemi svrchního eocénu a oligocenními pískovci p ekrytými sprašovou vrstvou (Chlupá a kol. 22). P i terénním pr zkumu na zájmových pozemcích byla použita kombinace sondážních a odb rových metod. Hloubka p dy byla zjiš ována na základ nepravidelné sít (v závislosti na tvaru reliéfu) sond provád ných sondážní ty í (do 1m), dopln né o hlubší vrty (2-4m) v reprezentativních ástech pozemk provád né ru ní vrtnou soupravou Eijkelkamp. Klasické metody p dního pr zkumu byly dopln ny vyhodnocením leteckých snímk (klasifikace spektrální odrazivosti p dy) a modelu reliéfu (DMT v ArcGis 9.1). Hydrologicky korektní DEM (odvozený z vrstevnic ZM 1:1 o velikosti pixelu 1x1 m) byl využit pro odvození charakteristik, které mohou být pomocným kritériem pro vymezení koluvizemí podle jejich typické pozice v rámci pedogeomorfologické katény. Odvozené charakteristiky byly vypo ítány pomocí integrovaných algoritm v softwaru ArcGIS (sklonitost - slope, horizontální zak ivení - plan curvature, vertikální zak ivení - profile curvature, sm r odtoku - flow direction, akumulovaný odtok - flow accumulation). U vzork byla zjiš ována zrnitost, sorp ní vlastnosti, p dní reakce, obsah humusu, obsah karbonát, p ípadn další dopl kové charakteristiky. 2 Výsledky a diskuse 2.1 Struktura p dního krytu v zájmovém území P sobením eroze došlo k mimo ádnému r stu diverzity p dních jednotek, v území s p vodn p evládající ernozemí byly terénním pr zkumem dopln ným analýzou odebraných vzork, zjišt ny v obou lokalitách následující p dní typy. Rozvodí s minimálním sklonem zaujímají p evážn ernozem modální, které p i zvýšení sklonu v konvexních partiích p echázejí p es erodované formy k p dám s výrazn sníženým obsahem humusu v orané ásti profilu. Tyto p dy m žeme vzhledem k povaze substrátu ozna it jako regozem modální. V extrémních p ípadech se na povrch dostává samotná spraš. Erodovaný materiál je transportován na r znou vzdálenost a ukládán nejprve ve svahu v konkávních terénních nerovnostech, p i jejich napln ní potom p i úpatí svahu i p ímo v niv. ást materiálu je splavena do vodního toku. V t chto úložných prostorách je p ekryta p vodní ernozem vrstvou alochtonního humózního (p i jeho vy erpání i nehumózního) materiálu. V závislosti na mocnosti této vrstvy rozlišujeme p dy v r zném stupni koluviace, tzn. od koluviovaných subtyp po koluvizem modální (Novák 26). Na základ pomocných sond odebíraných v dolní ásti svahu bylo zjišt no, že sv tlá barva není v tomto p ípad zp sobena odnosem materiálu, ale naopak akumulací hmoty p avážn sprašového charakteru s nízkým obsahem humusu. V n kterých partiích svahu tedy dochází k p ekrytí samotné koluvizem minerálním materiálem a tedy k subfosilizaci profilu. Situace v prostoru p echodu úpatí svahu do í ní nivy závisí do zna né míry na stupni návaznosti a komunikace mezi t mito dv ma jednotkami. Z tohoto pohledu m žeme rozlišit dva základní typy formování p d v oblasti aluviální roviny, a to v rámci nep erušené a p erušené p dní katény. 188

3 DELIMITACE Í V PROSTORU HRANICE NIVA-SVAH V POVODÍCH MENŠÍCH VODNÍCH TOK Ap Ac Azx M Ck antropogenní val sedimenta ní areál Obrázek 1 Rozdílná akumulace v niv v závislosti na terénní situaci: a) nep erušená, b) p erušená p dní katéna Nep erušená topografická katéna Pokud niva p ímo navazuje na úpatí svahu, jako je tomu v p ípad lokality Boleradice, vzniká mezi t mito dv ma jednotkami r zn široký koluviáln -aluviální pás, kde dochází ke st ídavé kumulaci materiálu p inášeného vodním tokem i povrchovým odtokem ze svahu. P dní toposekvence tedy ve sm ru od rozvodí následující p dní typy: ernozem modální ernozem erodovaná regozem karbonátová ernozem koluviovaná koluvizem modální fluvizem koluviovaná fluvizem modální. P echod z aluviální roviny do svahu je morfometricky obtížn m itelný, protože celý prostor úpatí svahu a ásti navazujícího aluvionu je zanesen až dvoumetrovou vrstvou humózního materiálu transportovaného z konvexních ástí svahu. Lze konstovat, že v niv docházelo v minulosti ke st ídavému i souhlasnému ukládání fluviálních a koluviálních sediment, p i emž v sou asnosti vzhledem k charakteru materiálu p evládá akumulace svahová. Dle výzkumu provád ného v geologicky srovnatelné sprašové oblasti jižní Belgie (Rommens et al. 26) bylo v pr b hu holocénu v niv deponováno 29-5% svahových sediment, a to v závislosit na délce a intenzit obd lávání. Phillips (1991) uvádí nižší hodnoty svahových sediment nacházejících se v prostoru aluvionu (pouze 14% z celkového ro ního objemu sediment ). Za ur itých podmínek, zejména po rychlém transportu svahových sediment, m že koluvium tvo it pouze tenkou vrstvu, pod níž se nachází dob e vyvinutá fluvizem (Phillips 21). P i snaze o diferenciaci tohoto prostoru na úrovni p dních typ narážíme na n kolik problém. Aplikace DMT (morfometricky obtížn m itelný p echod z aluviální roviny do svahu) ani analýza leteckých snímk (nebyly zaznamenány rozdíly v barv ) se v tomto p ípad nejeví jako p íliš ú elné. P i odb ru sond (S1 v niv, S2 na rozhraní úpatí a nivy) nebyla zjišt na výrazná diferenciace v hloubce p dy ani ve stratigrafii. Naopak rozbor analytických vlastností vzork z obou sond ukázal výrazné rozdíly v charakteru p dního materiálu (Obrázek 5a, Obrázek 6). Tyto odlišnosti v chemických a fyzikálních vlastnostech jsou z ejm zp sobeny rozdílem v charakteru sedimentace a typu materiálu (lokální u erozních sediment, regionální u nivních uloženin). V tomto p ípad se tedy jako nejspolehliv jší metoda pro delimitaci koluvizemí, resp. nivy jeví terénní pr zkum dopln ný analýzou p dních vzork. 189

4 TEREZA ZÁDOROVÁ, TOMÁŠ CHUMAN, LUD K ŠEFRNA P erušená topografická katéna Druhý typ p echodu nivy do konkávní svahové polohy byl zkoumán na pozemku v katastru obce Mork vky. Topografická katéna je zde p erušena terénní p ekážkou ve form komunikace. Veškerý materiál transportovaný povrchovým odtokem z horních partií je akumulován za silni ním náspem, kde se vytvo ila hluboká poloha koluvizem. Tvorba fluvizem v niv nacházející se v prostoru pod komunikací je tak ovliv ována výhradn sedimentací fluviálního materiálu. Stratigrafie profilu i analytické vlastnosti koluvizemí a fluvizemí se výrazn odlišují, což je dáno p edevším charakterem a p vodem materiál, na kterých se tvo í (Obrázek 5b). Zatímco koluvizem, která vznikla akumulací ástic výhradn lokálního p vodu, se vyzna uje vlastnostmi typickými pro p dy ze sprašových substrát (zrnitost, sorpce, obsah humusu), fluvizem je tvo ena z heterogenn jších subtrát regionálního p vodu, emuž odpovídají i pom rn výrazn se lišící znaky a vlastnosti. Obrázek 2 Ortofoto pozemku v katastru obce Boleradice S1 S2 Obrázek 3 Ortofoto pozemku v katastru obce Mork vky 19

5 DELIMITACE Í V PROSTORU HRANICE NIVA-SVAH V POVODÍCH MENŠÍCH VODNÍCH TOK obsah humusu (%) 2,5 3 1,5 2,5 1,1,5,7 1 1,2 1,4,1,5,7 1,3 Ap Azx Ap Azx/(M) obsah humusu (%) 2,5 3 1,5 2,5 1,1,5,8 1,3,1,5 Ap Azx Ap M CaCO3 (%) ,1,5,7 1 1,2 1,4,1,5,7 1,3 Ap Azx Ap Azx/(M) CaCO 3 (%) ,1,5,8 1,3,1,5 Ap Azx Ap M podíl zrnit. frakcí (%) ,1,5,7 1 1,2 1,4,1,5,7 1,3 Ap Azx Ap Azx/(M) <,2 mm,2-,5 mm,5-2 mm depth (m) and horizon a) podíl zrnit. frakcí (%) ,1,5,8 1,3,1,5 Ap Azx Ap M <,2 mm,2-,5 mm depth (m) and horizon,5-2 mm Obrázek 4 Vybrané p dní vlastnosti v profilech koluvizem a fluvizem :a) nep erušená katéna (l. Boleradice), b) p erušená katéna (l. Mork vky) b) a) fluvizem b) koluvizem Obrázek 5 Vývoj p dních vlastností do hloubky u fluvizem a koluvizem (l. Boleradice) 2.2 Potenciální areály koluviace na základ modelu terénu Pro širší oblast povodí Harasky byla vytvo ena mapa akumula ních ástí reliéfu, tedy koluviálních a aluviálních poloh terénu. Jako datový zdroj byly použity mapy ZABAGED 1:1 a mapy BPEJ 1:5. Pomocí modelu reliéfu byly zjišt ny oblasti drah soust ed ného odtoku a místa zvýšené akumulace materiálu se sníženou možností odvodn ní a retransportu ástic, tzn. zejména místa s minimálním vertikálním zak ivením (m eno jako derivace sklonu ve sm ru spádnice). Pro ur ení koluviální pozice v rámci pedogeomorfologické katény je klí ové nalezení inflexních bod p echodu konkávních tvar reliéfu v konvexní, za kterými je erodovaný materiál sedimentován. Tato místa mohou být ozna ena jako potenciální místa tvorby koluvizemí. 191

6 TEREZA ZÁDOROVÁ, TOMÁŠ CHUMAN, LUD K ŠEFRNA niva (fluvizem dle BPEJ) Obrázek 6 Mapa akumula ních areál v oblasti dolního úseku povodí Harasky Pro delimitaci míst s potenciáln probíhajícím procesem koluviace byla zvolena následující kritéria. Oblasti s vysokou pravd podobností pr b hu procesu koluviace, a tedy i tvorby koluvizemí, byly definovány na základ spln ní t chto podmínek: sklon svahu do 5 (Seidel, Mäckel 27) a zárove horizontální i vertikální zak ivení konkávní, tedy místa, kde dochází k pr niku morfometrických vlastností reliéfu p íhodných pro zvýšenou sedimentaci. Místa s potenciální koluviací, tedy s možností vyššího p ínosu materiálu, byla ur ena jako oblasti sp lující následující kritéria: sklon svahu do 5 a zárove horizontální nebo vertikální zak ivení konkávní. Nivu v map delimituje hranice rozší ení fluvizemí podle BPEJ. V okolí vodního toku se vlivem st ídavé akumulace koluviálních a aluviálních sediment tvo í souvislý sedimentární koluviáln -aluviální pás. Vzhledem k rozlišení vstupních dat se poda ilo vymezit hlavní oblasti potenciální tvorby koluvizemí a fluvizemí. Model ovšem nepostihuje sedimenta ní procesy v mikroreliéfu, tedy ukládání materiálu za jednotlivými terénními nerovnostmi i v rámci drobných svahových úpad. 3 Záv r Niva jako záv rová ást svahové topografické katény p edstavuje d ležitý sedimentární rezervoár, který je dotován materiálem fluviálním i koluviálním. Následkem asto sou asné depozice vzniká v prostoru kontaktu nivy a úpatí svahu složitá situace, která znesnad uje delimitaci areálu fluvizemí, na jehož základ je niva z pedologického hlediska v tšinou vymezována. Výsledky výzkumu topografické p dní katény ukázaly výraznou závislost charakteru sedimentace v niv na konkrétní terénní situaci. V p ípad nep erušené topografické sekvence p d dochází vlivem zrychlené eroze k akumulaci p dní hmoty v konkávních ástech svahu a následnému zanášení nivy svahovými sedimenty. Celý prostor úpatí svahu a nivy pokrývá r zn široký pás p d koluviáln -aluviálního p vodu, jehož fuzzy charakter znesnad uje vymezení fluvizemního areálu. P i terénním pr zkumu nebyly zjišt ny výrazné rozdíly ve znacích (hloubka, struktura, barva) p d zkoumaných v prostoru nivy a úpatí svahu. Z výsledk analýz p dních vlastností (zejména obsahu humusu a karbonát ) je ovšem patrné, že p es zdánlivou vizuální podobnost se oba p dní typy vyzna ují výrazn odlišnými chemickými charakteristikami, což odpovídá 192

7 DELIMITACE Í V PROSTORU HRANICE NIVA-SVAH V POVODÍCH MENŠÍCH VODNÍCH TOK rozdílnému typu sedimentace a materiálu (lokální u erozních sediment, regionální u nivních uloženin). P i odd lení nivního a úpatního úseku katény terénní p ekážkou se v aluviu nerušen ukládá fluviální materiál, který se svými znaky výrazn odlišuje od úpatních sediment. Pro širší území dolního úseku povodí Harasky byla vytvo ena mapa akumula ních areál. Výsledná mapa zohled uje p edevším procesy sedimentace probíhající v mezoreliéfu, aniž by zobrazovala jednotlivé akumula ní prostory patrné pouze na úrovní krajinného detailu. Je patrné, že hlavní ást z celkového akumula ního areálu tvo í svahové úpady a úpatní ásti svah na styku s aluviální rovinou. Zde se tvo í r zn široký koluviáln -aluviální pás dotovaný p ínosem materiálu ze svahu i vodního toku. Vzhledem k minimálnímu sklonu je vymezení dvou sousedících p dních typ koluvizem a fluvizem pom rn obtížné. 4 Literatura Houben, P, Hoffman, T., Zimmermann, A., Dikau, R. (26): Land use and climatic impacts on the Rhine system (RheinLUCIFS): Quantifying sediment fluxes and human impact with available data. Catena. 66, 1-2, s Chlupá, I. (22): Geologická minulost eské republiky. Academia, Praha, 436 s. Lal, R. (21): Soil degradation by erosion. Land Degradation and Development. 12, s Lang, A. (23): Phases of soil erosion-derived colluviation in the loess hills of South Germany. Catena. 51, s Leigh, D., Webb, P. (25): Holocene erosion, sedimentation, and stratigraphy at Raven Fork, Southern Blue Ridge Mountains, USA. Geomorphology. 78,1-2, s Mitra, B., Scott, H. D., Dixon, J. C., McKimmey, J. M. (1998): Applications of fuzzy logic to the prediction of soil erosion in a large watershed. Geoderma. 86, 3-4, s N me ek, J. a kol. (21): Taxonomický klasifika ní systém p d R. Academia, Praha, 76 s. Novák, P. a kol. (26): Vývoj eroze na vybraném modelovém území v r zných asových obdobích. VÚMOP, Praha, 32 s. Phillips, D., Foss, J., Stiles, C., Trettin, C., Luxmoore, R. (21): Soil-landscape relationship at the lower reaches of a watershed at Bear Creek near Oak Ridge, Tennessee. Catena. 44, 3, s Phillips, J. (1991): Fluvial sediment budgets in the North Carolina Piedmont. Geomorphology. 4, 3-4, s Rommens, T., Verstraeten, G., Bogman, P, Peeters, I. (26): Holocene alluvial sediment storage in a small river catchment in the loess area of central Belgium. Geomorphology. 77, 1-2, s Seidel, J, Mäckel, R. (27): Holocene sediment budgets in two river catchments in the Southern Upper Rhine Valley, Germany. Geomorphology, in press Schmitt, A., Rodzik, J. (26): Time and scale of gully erosion in the Jedliczny Dol gully system, southeast Poland. Catena. 68, 2-3, s