Tereny podmokłe na płaskowyżu Gór Stołowych w świetle parametryzacji powierzchni na podstawie...

57Tereny podmokłe na płaskowyżu Gór Stołowych w świetle parametryzacji powierzchni...Studia Limnologica et Telmatologica (STUD LIM TEL)

8 1 57-68 2014

Tereny podmokłe na płaskowyżu Gór Stołowych w świetle parametryzacji powierzchni

na podstawie topograicznego indeksu wilgotności (TWI)Wetlands on the elevated plateau of the Stołowe Mountains in the light of surface parametrization using

Topographic Wetness Index

Piotr Migoń, Marek Kasprzak

Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego, Uniwersytet Wrocławski, pl. Uniwersytecki 1, 50-137 Wrocław; [email protected] , [email protected]

Abstrakt: Na płaskowyżu Gór Stołowych, na wysokości 600–900 m n.p.m., występują tereny podmokłe (potocznie zwane mokradłami), w tym torfowiska. W przeszłości ich zasięg był jeszcze większy, jednak duża część mokradeł zanikła w XIX w. wskutek prac melioracyjnych i została zamieniona na łąki lub zale-siona. Związek występowania mokradeł z budową geologiczną jest niejednoznaczny. Rozwinęły się one na trudno przepuszczalnych drobnoziarnistych skałach osadowych, ale również na regularnie spękanych górnych piaskowcach ciosowych. Także uwarunkow-ania morfologiczne są złożone, a niewielkie nachylenie powierzch-ni terenu jest warunkiem koniecznym, ale niewystarczającym do powstania trwałych podmokłości. Występowanie obszarów podmokłych obecnie i w przeszłości jest dobrze odwzorowane przez topograiczny indeks wilgotności (TWI) w modyikacji SAGA WI, uwzględniający nachylenie powierzchni i obszar zasi-lania. Do dokładnego modelowania rozkładu przestrzennego tego parametru wykorzystano numeryczny model terenu utworzony w oparciu o dane z lotniczego skaningu laserowego (LiDAR).

Słowa kluczowe: mokradła, torfowiska, topograiczny indeks wilgotności, DEM, Góry Stołowe

Abstract: Wetlands, including peat bogs and mires, occur at vari-ous localities on the elevated plateau surface of the Stołowe Moun-tains, at 600–900 m a.s.l. In the past their extent was even larger, but many wetlands disappeared in the 19th century due to drain-ing works aimed at conversion of waterlogged areas into meadows and productive forests. he relationship between the distribution of wetlands and geological structure is equivocal. hey have de-veloped on poorly permeable ine-grained sedimentary rocks but occur on regularly jointed and well issured sandstones too. Like-wise, morphological conditions of wetlands are complex, with a low surface inclination being a necessary, but insuicient require-ment. he past and contemporary occurrence of wetlands is fairly accurately matched by the Topographic Wetness Index (TWI), in SAGA WI modiication, which considers both the inclination and the contributing area. For the purpose of spatial modelling of SAGA WI parameter, a digital elevation model built from data acquired during airborne laser scanning (LiDAR) was used.

Key words: wetlands, peat bogs, mires, Topographic Wetness Index, DEM, Stołowe Mountains

58 Piotr Migoń, Marek Kasprzak

Wstęp

Jedną z charakterystycznych cech rzeźby terenu w polskiej części Sudetów jest występowanie rozległych po-wierzchni o niewielkich deniwelacjach i nachyleniach w położeniu wierzchowinowym i wododziałowym. Wystę-pują one w szczególności w Karkonoszach, Górach Izer-skich, Górach Bystrzyckich i Górach Stołowych (Placek i in. 2007, Migoń i in. 2009; ryc. 1A) i są zwykle interpretowa-ne jako konsekwencja tektonicznego wydźwignięcia daw-nej powierzchni denudacyjnej, nie w pełni jeszcze zniszczo-nej przez młodsze procesy erozyjno-denudacyjne. W od-niesieniu do północnej części Gór Bystrzyckich i Gór Sto-łowych dodatkowym czynnikiem sprzyjającym niewielkie-mu zróżnicowaniu rzeźby na dużych wysokościach bez-względnych jest predyspozycja strukturalna, czyli zalega-nie warstw skał osadowych wieku późnokredowego pozio-mo lub pod niewielkim kątem, mniejszym niż 10° (Pulino-wa 1989, Latocha 2003, Migoń 2008). We wszystkich wspo-mnianych masywach górskich, na zrównaniach wierzcho-winowych powszechnie występują obszary podmokłe, a wśród nich znaczny udział mają torfowiska. Obecność roz-ległych torfowisk i innych obszarów podmokłych w takim położeniu morfologicznym jest wyjątkowa w skali gór Pol-ski i praktycznie nie występuje w Karpatach, gdzie torfowi-ska grzbietowe i wierzchowinowe zajmują niewielkie po-wierzchnie, a ich częstą lokalizacją są rowy grzbietowe i obszary występowania koluwiów osuwiskowych. Rozległe torfowiska na zrównaniach wierzchowinowych nie zosta-ły wprost uwzględnione w niedawno zaproponowanej kla-syikacji torfowisk górskich, opartej głównie na kryterium morfologicznym (Obidowicz, Margielewski 2008).

Chociaż literatura dotycząca ekosystemów górskich torfowisk i mokradeł sudeckich jest obszerna (m.in. Toma-szewska 2008, Świerkosz i in. 2012), to tylko niektóre z nich doczekały się bardziej wnikliwej analizy przyrodniczych uwarunkowań powstania, w tym czynników geologiczno-morfologicznych (Klementowski 2000, Potocka 2000) lub kli-matycznych (Klementowski 2008). Obszary podmokłe Gór Stołowych ogólnie scharakteryzował Woronko (1998), okre-ślając je jako „mokradła” i wyróżniając kilka typów genetycz-nych ze względu na zasilanie (ombro-, topo-, soli- i luwioge-niczne), a zatem stosując klasyikację właściwą szczególnemu typowi mokradeł, którym są torfowiska. Ich całkowitą po-wierzchnię oszacował na ponad 450 ha, z czego 132 ha miały zajmować mokradła stałe. Mokradła na powierzchniach pła-skich („powierzchniach zrównania” wg autora) miały stano-wić 37% ich całkowitego areału.

Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie geo-logiczno-geomorfologicznych uwarunkowań występowania obszarów podmokłych na płaskowyżu Gór Stołowych, za-równo podmokłości współcześnie występujących, jak i za-nikłych wskutek intensywnych melioracji prowadzonych w XIX w. Źródłem danych o rzeźbie terenu jest cyfrowy model

wysokości o dużej rozdzielczości, zaś kluczową rolę w anali-zie odgrywa parametryzacja powierzchni na podstawie to-pograicznego współczynnika wilgotności. W artykule ogra-niczono się do obszarów podmokłych zajmujących duże, zwarte powierzchnie (przynajmniej 0,8 ha) w obrębie wyróż-nianych w Górach Stołowych tzw. horyzontów morfologicz-nych, pominięto natomiast licznie występujące młaki i za-wodnione strefy wypływów w obrębie form krawędziowych (progów morfologicznych), zwłaszcza w niszach źródlisko-wych. W analizie przestrzennej uwzględniono część Gór Sto-łowych o wyraźnych cechach płaskowyżu, zbudowaną ze skał osadowych, wykluczając południowo-zachodnią część zbu-dowaną z granitów (gdzie trwałe większe obszary podmo-kłe praktycznie nie występują) oraz odmienną w charakterze morfologicznym cześć południowo-wschodnią. Praktycznie cały obszar objęty analizą jest położony w granicach Parku Narodowego Gór Stołowych. Zasięg obszaru przedstawia ryc. 1B (obszar objęty charakterystyką hipsometryczną).

Obszar badań – budowa geologiczna, rzeźba terenu i warunki klimatyczne

Góry Stołowe są położone w Sudetach Środkowych i cechują się rzeźbą wyjątkową w skali polskich Sudetów, nie mającą także odpowiedników w innych regionach Pol-ski. Jej przewodnim rysem są rozległe powierzchnie o nie-wielkich nachyleniach (do 5°), występujące na kilku pozio-mach wysokościowych i tworzące tzw. horyzonty morfolo-giczne (Czeppe 1952, Pulinowa 1989, Migoń 2008; ryc. 1B, 2). Obecność tych horyzontów jest tradycyjnie wiązana z niemal poziomym zaleganiem warstw piaskowców wieku późnokredowego i przedzielających je skał heterolitycznej serii drobnoziarnistej, w skład której wchodzą margle, mu-łowce, mułowce krzemionkowe, drobnoziarniste piaskowce wapniste i iłowce (Wojewoda i in. 2011), jednak relacje bu-dowa geologiczna – rzeźba są bardziej złożone. O ile górny poziom (horyzont) morfologiczny jest w całości założony w piaskowcach kwarcowych, to mający największy zasięg po-ziom środkowy ma w podłożu tylko częściowo piaskowce arkozowe środkowego turonu, głównie zaś skały drobno-ziarniste tego wieku. Występuje także pewne zróżnicowanie wysokościowe w obrębie poszczególnych poziomów. Po-ziom górny obejmuje wyżej położony płaskowyż Skalniaka (840–900 m n.p.m.) i zajmujący niższe położenie, tektonicz-nie pochylony ku wschodowi płaskowyż Narożnika – Bato-rowa (700–800 m n.p.m.). Pochylenie powierzchni płasko-wyżu jest także widoczne w poziomie środkowym, którego wysokość wynosi około 720–750 m n.p.m. w okolicach Kar-łowa i stopniowo obniża się ku wschodowi, do około 680 m n.p.m. w okolicach Batorowa. Dodatkowe zróżnicowa-nie wysokości jest związane z doliną Czerwonej Wody, któ-ra tworzy centralnie położoną oś morfologiczną wschod-niej części płaskowyżu. Jej erozyjne pogłębianie, ułatwione

59Tereny podmokłe na płaskowyżu Gór Stołowych w świetle parametryzacji powierzchni...

Ryc. 1. Obszar badań. A Lokalizacja Gór Stołowych na tle Sudetów Środkowych. B. Sytuacja wysokościowa obszaru badań nałożona na mo-del 3D Gór Stołowych. Górny horyzont morfologiczny: I – płaskowyż Skalniaka, II – płaskowyż Narożnika, III – płaskowyż Batorowa; środ-kowy horyzont morfologiczny rozciąga się od Pasterki przez Karłów i po obu stronach doliny Czerwonej Wody po okolice Batorowa, obej-muje także zrównanie Rogowej Kopy. Poligonami oznaczono obszary podmokłe: 1 – Długie Mokradło, 2 – Krągłe Mokradło (Skalniak), 3 – Wielkie Torfowisko Batorowskie, 4 – Niknąca Łąka, 5 – Narożnik–Kamienny Potok, 6 – Płaskowyż Batorowa (1), 7 – Płaskowyż Ba-torowa (2), 8 – Płaskowyż Batorowa (3), 9 – Małe Torfowisko Batorowskie, 10 – Burzowa Łąka, 11 – Czeska Łąka, 12 – Sawanna Łężycka.

Fig. 1. Study area. A Location of the Stołowe Mountains in the Middle Sudetes. B. Altitude relationships in the study area overlain on the 3D model of the Stołowe Mountains. Upper morphological level: I – Skalniak plateau, II – Narożnik plateau, III – Batorów plateau; the middle morphological level extends from Pasterka through Karłów, on both sides of the Czerwona Woda valley to Batorów, including also the level surface of Rogowa Kopa. Polygons numbered 1–12 indicate wetlands.


Ryc. 2. Mapa spadków obszaru badań nałożona na model 3D Gór Stołowych, poligonami oznaczono obszary podmokłe. Objaśnienia numeracji jak przy ryc. 1B.

Fig. 2. Slope map of the study area overlain on the 3D model of the Stołowe Mountains. Polygons numbered 1–12 indicate wetlands. Explanations as in Fig. 1B.

lokalizacją w streie uskokowej (Wojewoda 2007), skutku-je różnicami wysokości od 20 do 60 m pomiędzy różny-mi fragmentami powierzchni o nieznacznym nachyleniu. Fragmenty poziomu środkowego znajdują się także w pd.-zach. części Gór Stołowych, w okolicach Łężyc, na wyso-kości 740–790 m n.p.m. Poziom dolny, założony w piaskow-cach cenomanu, jest zachowany tylko fragmentarycznie w pn.-wsch. części masywu, na wąskich ostrogach międzydo-linnych, na wysokości 500–550 m n.p.m.

Warunki klimatyczne wierzchowiny Gór Stoło-wych nie różnią się znacząco od panujących na analogicz-nych wysokościach bezwzględnych w innych częściach Su-detów Środkowych. Średnia roczna temperatura powietrza na wierzchowinie w okolicach Karłowa wynosi około 4,3°C (Dubicki, Głowicki 2008), można więc założyć, że na płasko-wyżu Skalniaka jest ona o 1°C niższa. Średnia roczna suma opadów obliczona na podstawie jedynego posterunku opa-dowego zlokalizowanego na wierzchowinie (Pasterka – wys. 700 m n.p.m.) i dla okresu 1976–2005 wynosi 858,1 mm (Du-bicki, Głowicki 2008). Maksimum opadowe przypada na li-piec (122 mm). Wraz ze spadkiem wysokości maleje także roczna suma opadów, do około 700 mm w Kudowie-Zdroju i Polanicy-Zdroju. Wartości klimatycznego bilansu wodnego dla położonego u podnóży Gór Stołowych posterunku Sło-szów wskazują na przewagę opadów nad parowaniem poten-

cjalnym, tym bardziej więc takiej relacji między opadami a parowaniem można oczekiwać na wierzchowinie.

Źródła danych i metody badań – topograiczny indeks wilgotności

W analizie wykorzystano dane cyfrowe dotyczące Gór Stołowych, w tym ortofotomapę oraz numeryczny mo-del terenu (NMT) udostępnione przez Dyrekcję Parku Na-rodowego Gór Stołowych. NMT powstał w wyniku obrób-ki danych LiDAR (ang Light Detection and Ranging), a więc zbioru punktów umiejscowionych w przestrzeni, powstałych podczas lotniczego skaningu laserowego powierzchni zie-mi. Przetwarzany NMT to model typu bare ground, otrzy-many z odiltrowania (usunięcia) punktów odbić lasera od obiektów tworzących pokrycie terenu i obrazujący odsłonię-tą powierzchnię terenu oraz zamiany chmury punktów (pli-ki XYZ) na postać rastrową o rozdzielczości 0,6 × 0,6 m. Do analizy geomorfometrycznej w skali całego obszaru, rozdziel-czość modelu rastrowego zmniejszono do 10 × 10 m. Prace GIS prowadzono, wykorzystując programy Global Mapper oraz SAGA GIS.

Podstawą wnioskowania o uwarunkowaniach mor-fologicznych sprzyjających występowaniu obszarów pod-mokłych, a właściwie sytuacji terenowych sprzyjających


koncentracji wilgoci na powierzchni terenu, był parametr topograiczny zwany w polskiej literaturze z reguły topo-graicznym indeksem wilgotności (Urbański 2008), a orygi-nalnie Topographic Wetness Index (TWI).

Koncepcję tego parametru podali Beven i Kirk-by (1979) w trakcie prac nad modelem odpływu ze zlewni TOP-MODEL. TWI to parametr wtórny, powstający – po-dobnie jak inne parametry tego typu – z przekształcenia pa-rametrów pierwotnych (Pike i in. 2009), w tym przypadku powierzchni zlewni cząstkowych i nachylenia powierzchni. Można go przedstawić w postaci równania [1]:

[1]

gdzie SCA – właściwa lokalna powierzchna zlewni (speci-fic catchment area)1, β – lokalny spadek (kąt nachylenia w stopniach). W swoim założeniu TWI ukazuje przestrzenny rozkład wilgotności gleby i stopień nasycenia wilgocią po-wierzchni ziemi. Parametr osiąga swoje największe warto-ści przy dużym obszarze zasilania i niewielkim kącie nachy-lenia powierzchni. Jest jednym z podstawowych elementów modelowania hydrologicznego w skali stoku i całej zlew-ni (Sørensen i in. 2006, Gruber, Peckham 2009). Oprócz ba-dań typowo hydrologicznych (np. Famiglietti, Wood 1991, Quinn i in. 1991, 1995) wykorzystywany jest głównie do określania właściwości gleb i warunków siedliskowych ro-ślin (np. Moore i in. 1993, Böhner i in. 2002, Florinsky i in. 2004, Zinko i in. 2005, Kopecký, Štěpánka 2010 ), określania potencjalnego spływu na obszarach zurbanizowanych (Ka-sprzak, Traczyk 2013), a nawet do wyznaczania obszarów zagrożenia malarią (Cohen i in. 2008).

W modelowaniu wykonanym dla Gór Stołowych posłużono się modyikacją TWI – parametrem SAGA We-tness Index (SAGA WI) [2], aczkolwiek dla uproszczenia w tekście autorzy posługiwać się będą terminem SWI. Para-metr ten opiera się na obliczaniu powierzchni zlewni wła-ściwej w taki sposób, by uwzględnić stosunkowo jednorod-ne warunki uwilgotnienia wzdłuż koryt rzecznych i w sze-rokich dnach dolin. W tym celu ograniczono wykrywanie różnic wysokości w otoczeniu komórek reprezentujących obszary relatywnie płaskie [3] (Böhner i Selige 2006). Za-bieg ma na celu lepsze dopasowanie wyników modelowa-nia do warunków rzeczywistych. Wykorzystany parametr ma postać (Böhner i Selige 2006):

[2]

1 Właściwa lokalna powierzchnia zlewni – powierzchnia cząstkowa zlewni odniesiona proporcjonalnie do długości warstwicy przecinającej zlewnię w określonym punkcie modelu rastrowego [m2•m-1] (Böhner i Selige 2006) / inaczej: powierzchnia obszaru zasilającego daną komórkę rastrową podzielona przez bok komórki (Urbański 2008).

dla [3]

objaśnienia jak przy równaniu [1].Obszary faktycznego występowania obszarów pod-

mokłych skonfrontowano z treścią aktualnych i historycz-nych map topograicznych (w tym niemiecką mapą topo-graiczną Meβtischblatt 1:25 000), oraz wynikami kartowa-nia geomorfologicznego i gleboznawczego innych autorów (Pulinowa 1989, Kabała i in. 2011).

Współczesne i zanikłe obszary podmokłe – kontekst geologiczny i morfologiczny

Obecna łączna powierzchnia stałych mokradeł (w tym torfowisk) w Parku Narodowym Gór Stołowych jest oceniana na około 130 ha (Woronko 1998, Ciężkowski, Kieł-czawa 2008), jednak tylko część z nich przypada na zrówna-nia górnego i środkowego poziomu morfologicznego. Po-zostałe mokradła są z reguły zlokalizowane u podnóży pro-gów morfologicznych, gdzie nachylenie stoku zmniejsza się do 5-10°. Pomiary powierzchni przeprowadzone na potrze-by niniejszej pracy, wyłącznie na płaskowyżach, wykaza-ły wyraźnie niższą wartość (tab. 1), aczkolwiek wyznacze-nie granic obszarów podmokłych może być dyskusyjne, po-dobnie jak rozróżnienie między mokradłem stałym a okre-sowym. Największy zasięg – około 40 ha w części stałej – ma Wielkie Torfowisko Batorowskie na poziomie środkowym (Woronko 1998), będące także najlepiej zachowanym ob-szarem podmokłym w masywie. Jest ono położone w są-siedztwie doliny Czerwonej Wody i równocześnie u podnó-ża progu morfologicznego płaskowyżu Narożnika (ryc. 1B). Na poziomie środkowym jest także zlokalizowane torfowi-sko Niknąca Łąka, obecnie odtwarzane w ramach zabiegów konserwatorskich prowadzonych przez dyrekcję Parku Na-rodowego Gór Stołowych (fot. 1A). Na poziomie górnym, na płaskowyżu Skalniaka, znajdują się dwa szczątkowo za-chowane torfowiska: Długie Mokradło w części zachodniej (fot. 1B) i Krągłe Mokradło w części środkowej (tab. 1).

Współczesne obszary podmokłe są jedynie pozosta-łością po znacznie większej powierzchni zajmowanej przez podmokłe, słabo odwadniane fragmenty wierzchowiny Gór Stołowych. Od połowy XIX w. były one poddawane zakro-jonym na szeroką skalę pracom melioracyjnym, zmierzają-cym do osuszenia terenu i przystosowaniu go na potrzeby gospodarki leśnej i łąkowo-hodowlanej (Ciężkowski, Kieł-czawa 2008). O dawnym zasięgu obszarów podmokłych można wnioskować na podstawie trzech źródeł informacji. Pierwszym z nich są toponimy – nazwy własne wskazują-ce na obecność podmokłych łąk i mokradeł (np. Böhmen-wiese, Sturmwiese). Drugim źródłem są formy rzeźby an-tropogenicznej – dawne rowy odwadniające, które w wie-

=

βtanln_

MSCAWISAGA

=

ββ 15exp

max15

1SCASCA

M

=

βtanln

SCATWI

<

ββ 15exp

max15

1SCASCA


lu miejscach doskonale odwzorowują się na cyfrowym mo-delu wysokości (fot. 1C, ryc. 3). Według Ciężkowskiego i Kiełczawy (2008) łączna długość tych rowów na płaskowy-żu Gór Stołowych wynosi ponad 300 km. Na dawny, więk-szy zasięg obszarów podmokłych wskazuje też występowa-nie gleb organicznych, w szczególności toriasto-glejowych, torfowo-glejowych i torfowych, a także stagnobielic toria-stych i murszastych (Kabała i in. 2011).

Dokładne ilościowe określenie dawnej łącznej po-wierzchni zajmowanej przez mokradła jest jednak nie-możliwe. Na mapie gleb sporządzonej dla Parku Narodo-wego Gór Stołowych (Kabała i in. 2011) jednostkami od-niesienia są oddziały i pododdziały leśne, dla których zo-stał wskazany dominujący typ gleb. Nie są także rozróż-nione kartograicznie poszczególne odmiany stagnobie-

lic, a tylko niektóre z nich (toriaste i murszaste) wskazują na dawne występowania torfowisk (C. Kabała, inf. ustna). Problematyczna jest także interpretacja na podstawie an-tropogenicznych form rzeźby, jako że wklęsłe elementy li-niowe mogą być różnej genezy. O ile nie budzi większych wątpliwości interpretacja układów przestrzennych z wy-raźnym rowem głównym, zajmującym położenie central-ne (Małe Torfowisko Batorowskie, Czeska Łąka) lub mar-ginalne (Wielkie Torfowisko Batorowskie) jako systemów melioracyjnych, to gęsta sieć różnokierunkowych bruzd na płaskowyżu Skalniaka jest pod względem interpreta-cyjnym niejednoznaczna (ryc. 4). Wprawdzie bruzdy roz-poczynają się w dnach nieckowatych obniżeń, do dziś zaj-mowanych przez mokradła, jednak kontynuują się na zbo-czach o spadku do 5-6°, a w podłożu występują gleby bie-

Tab. 1. Wybrane cechy współczesnych i dawnych (zanikłych) obszarów podmokłych na płaskowyżu Gór Stołowych.

Table 1. Selected characteristics of contemporary and former wetlands on the plateau of the Stołowe Mountains.

Nazwa obszaruPowierzchnia

(ha)

Wysokość n.p.m.

Horyzont

morfologiczny

Litologia

podłoża1 Gleby2 Uwagi

Obszary podmokłe istniejące

Długie Mokradło 2,5 850 górny gpcTorfowe,

torfowo-glejowe

Krągłe Mokradło 2,8 867 górny gpcTorfowe,

toriasto-glejoweWielkie Torfowisko

Batorowskie40,3 710 środkowy shg Torfowe Powierzchnia za Woronko (1998).

Niknąca Łąka 6,2 715 środkowy shgTorfowe i

toriasto-glejoweRazem 51,8

Obszary podmokłe nieistniejące (osuszone)

Skalniak 12,5 869 górny gpcTorfowe,

stagnobielice

Wartość liczbowa odnosi się do nieckowatego dna doliny powyżej Krągłego Mokradła. Rzeczywisty zasięg obszarów podmokłych był na pewno większy, ale jest trudny do jednoznacznego ustalenia.

Narożnik – Kamienny Potok

12,6 763 górny gpc Torfowo-glejowe

Płaskowyż Batorowa (1) 21,5 699 górny gpc Stagnobielice

Płaskowyż Batorowa (2) 9,2 698 górny gpcTorfowo-glejowe, stagnobielice

Płaskowyż Batorowa (3) 1,9 718 górny gpcTorfowo-glejowe, toriasto-glejowe

Wielkie Torfowisko

Batorowskie30,6 710 środkowy shg Torfowo-glejowe

Wartość liczbowa wynika z odjęcia od zmierzonej powierzchni wartości podawanej przez Woronko (1998) dla stałej części mokradła.

Małe Torfowisko Batorowskie

6,0 684 środkowy shg Toriasto-glejowe

Burzowa Łąka 0,8 692 środkowy shg Stagnobielice

Czeska Łąka 1,7 732 środkowy shg Stagnobielice

Sawanna Łężycka 33,9 755 środkowy shg

Torfowo-glejowe, toriasto-glejowe, płowe

Razem 130,7

1 Litologia podłoża za Wojewoda i in. (2011): gpc – górne piaskowce ciosowe (piaskowce kwarcowe), shg – seria heterolityczna górna (iłowce wapniste, mułowce).2 Nazewnictwo gleb za Kabała i in. (2011).


Fot. 1. Obszary podmokłe na wierzchowinie Gór Stołowych: A – torfowisko Niknąca Łąka na środkowym horyzoncie morfologicznym, B – torfowisko Długie Mokradło na płaskowyżu Skalniaka, C – mokradła na Skalniaku, obecnie odtwarzane przez powstrzymywanie od-pływu z dawnych rowów odwadniających, D – stale zawodnione dolne partie labiryntu skalnego Błędnych Skał.

Phot. 1. Wetlands of the Stołowe Mountains tableland: A – Niknąca Łąka peat bog on the middle morphological level, B – Długie Mokradło peat bog on the Skalniak plateau, C – wetlands on the Skalniak plateau are currently restored through blocking outlow from former drainage ditches, D – permanently waterlogged lower parts of the Błędne Skały rock labyrinth.

Ryc. 3. System rowów odwadniających na Wielkim Torfowisku Batorowskim na ortofotomapie i cyfrowym modelu wysokości o dużej rozdzielczości.

Fig. 3. System of drainage ditches on the Wielkie Torfowisko Batorowskie peat bog shown on an ortophotomap and a high-resolution DEM.


licowe (Kabała i in. 2011). Nie należy także oczekiwać, że wszystkie rowy odwadniające będą odwzorowane na cy-frowym modelu wysokości z uwagi na utratę jakości in-formacji o powierzchni terenu w strefach z gęstym pokry-ciem roślinności w zasięgu wyższych pięter lasu.

Niezależnie od powyższych zastrzeżeń, natural-ny, pierwotny zasięg obszarów podmokłych na płaskowy-żach Gór Stołowych można szacować na przynajmniej 200 ha. W kilku miejscach zajmowały one szczególnie dużą po-wierzchnię. Niewątpliwie miały one większy zasięg na pła-skowyżu Skalniaka, w szczególności w jego północnej czę-ści. Podobnie przedstawiała się sytuacja w kotlinowatych obniżeniach i wzdłuż źródliskowych potoków na płaskowy-żu Narożnika – Batorowa. Na środkowym poziomie morfo-logicznym większą powierzchnię niż obecnie miało Wielkie Torfowisko Batorowskie, natomiast nieistniejącymi obiek-tami są Małe Torfowisko Batorowskie oraz Czeska Łąka i Burzowa Łąka na północ od doliny Czerwonej Wody. Czę-ściowo osuszone zostały także obszary podmokłe na pła-skowyżu Rogowej Kopy powyżej Łężyc.

Przestrzenne zróżnicowanie topograicznego indeksu wilgotności

Przestrzenne zróżnicowanie wartości TWI i jego zmodyikowanej wersji – indeksu SWI, zostało przedsta-wione na ryc. 5. Otrzymane wartości bezwymiarowe in-deksów mieściły się w przedziałach 0,17–21,77 dla TWI i 3,61–20,27 dla SWI. Podwyższonymi wartościami topogra-icznych indeksów wilgotności charakteryzują się następu-jące obszary:

⇒ występujące na powierzchniach płaskowyżów struk-turalnych o niewielkich spadkach, w szczególności w miejscach, gdzie są obecne drugorzędne obniżenia po-wierzchni topograicznej. Jest to dobrze widoczne m.in. we wschodniej części stoliwa Narożnika – Batorowa oraz na środkowym poziomie morfologicznym, na po-łudnie od doliny Czerwonej Wody.

⇒ zlokalizowane w dolnych częściach form progowych, wyznaczających morfologiczne granice płaskowyżów. Najwyraźniejszymi przykładami są podnóża stoków Szczelińca Wielkiego oraz strefa podstawy południowe-go progu Gór Stołowych.

⇒ znajdujące się w dnach dolin rzecznych i wzdłuż cieków, nawet jeśli płyną one dolinami typu wciosowego, z rów-niną aluwialną zredukowaną pod względem szerokości do minimum. Największą powierzchnię obszary cechu-jące się wysokimi wartościami SWI zajmują w dolinie Czerwonej Wody, która niemal na całej długości w obrę-bie Gór Stołowych ma charakter płaskodenny.

Obszary współczesnych i dawnych mokradeł są związane przede wszystkim z pierwszym z wymienionych typów obszarów, aczkolwiek zbieżność między ukształto-waniem terenu a obecnością podmokłości nie jest pełna. Odstępstwa od spodziewanego występowania podmokłości w miejscach, w których indeksy wilgotności przyjmują wy-sokie wartości, są dwojakie. Po pierwsze, w kilku przypad-kach mokradła rozwinęły się na powierzchniach, dla któ-rych TWI i SWI osiągały wartości (niemianowane) tylko niewiele wyższe od przeciętnej dla Gór Stołowych (ok. 8). Taka sytuacja ma miejsce w południowej części płaskowyżu Rogowej Kopy i częściowo na Skalniaku, choć wyznaczenie pierwotnego zasięgu mokradeł jest tu problematyczne. Po

Ryc. 4. Równoległe bruzdy terenowe na płaskowyżu Skalniaka, niewidoczne na ortofotomapie, są dobrze odzwierciedlone na cyfro-wym modelu wysokości o dużej rozdzielczości. Nie ulega wątpliwości, że przyspieszając odpływ powierzchniowy przyczyniły, się one do zmniejszenia zasięgu mokradeł.

Fig. 4. Parallel troughs on the Skalniak plateau, not recognizable on an ortophotomap, are clearly revealed by a high-resolution DEM. hey certainly contributed to the demise of wetlands on the plateau through accelerated surface runof.


drugie, wyraźnie zaznaczają się obszary, gdzie wartości obu indeksów (szczególnie SWI) są wysokie, niemniej brak jest stałych mokradeł, nie ma też jednoznacznych oznak (gleby organiczne lub stagnobielice, rowy odwadniające) ich wy-stępowania w przeszłości. Za przykłady mogą służyć: od-

cinek doliny Czerwonej Wody poniżej Karłowa, zrówna-nia pomiędzy Wielkim a Małym Torfowiskiem Batorow-skim, fragmenty stoliwa Narożnika oraz fragment środko-wego poziomu morfologicznego pomiędzy Karłowem a Pa-sterką. Odstępstwa drugiego typu mogą mieć jednak miej-

Ryc. 5. Mapy przestrzennego zróżnicowania parametrów Topographic Wetness Index (TWI) oraz SAGA Wetness Index (SAGA WI) na-łożone na model 3D Gór Stołowych. Poligonami oznaczono obszary podmokłe, objaśnienia jak na ryc. 1B.

Fig. 5. Spatial distribution of Topographic Wetness Index (TWI) oraz SAGA Wetness Index (SAGA WI) parameters, draped over the 3D model of the Stołowe Mountains. Polygons numbered 1–12 indicate wetlands. Explanations as in Fig. 1B.


scami charakter pozorny. Dawne rowy melioracyjne nie za-wsze są możliwe do identyikacji – mogły ulec zamuleniu, zatarciu bądź zostać celowo zasypane po osiągnięciu zasad-niczego celu, którym było odwodnienie terenu.

Podobne odstępstwa od przewidywanego rozmiesz-czenia mokradeł cechują dolne segmenty stoków u podnó-ża progów morfologicznych, gdzie indeks SWI osiąga zwykle wysokie wartości. Tylko w niektórych miejscach rozwinęły się większe, zwarte obszary podmokłe i powstały typowe dla takich warunków hydrologicznych gleby organiczne. Lokal-nie występują one u północnych podnóży Szczelińca Wiel-kiego i poniżej Urwiska Batorowskiego, podczas gdy wokół płaskowyżu Skalniaka są niemal całkowicie nieobecne.

Uwarunkowania rozmieszczenia obszarów podmokłych

Rozmieszczenie mokradeł na płaskowyżu Gór Sto-łowych wskazuje, że uwarunkowania ich występowania są złożone. Mapa nachyleń (ryc. 5) pokazuje, że dla powstania mokradeł obecność powierzchni niemal płaskich, o mało wydajnym drenażu powierzchniowym, jest warunkiem istotnym, ale niewystarczającym. Nawet uwzględniając nie-doszacowanie pierwotnej powierzchni obszarów podmo-kłych (tab. 1) wydaje się, że zajmowały one nie więcej niż 20% powierzchni płaskowyżów (tab. 2). Podobnie niejed-noznaczny jest związek mokradeł z budową geologiczną. Rozwinęły się one w obszarach występowania dwóch serii skalnych: na podłożu utworów drobnoziarnistych na środ-kowym poziomie morfologicznym oraz górnych piaskow-ców ciosowych na poziomie górnym. O ile związek obsza-rów podmokłych ze skałami drobnoziarnistymi (mułow-cami, iłowcami wapnistymi) jest łatwo wytłumaczalny ni-ską przepuszczalnością podłoża (w szczególności ilastych pokryw zwietrzelinowych rozwiniętych na tych skałach), to obecność mokradeł na podłożu regularnie spękanych piaskowców ciosowych jest nieco zaskakująca. Być może

są one związane z cienkimi wkładkami utworów drobno-ziarnistych w obrębie serii piaskowcowej na płaskowyżach Skalniaka i Narożnika, które wskutek braku odsłonięć na powierzchni nie mogły zostać przedstawione kartograicz-nie. Pośrednią przesłanką istnienia takich trudno przepusz-czalnych wkładek może być także powszechne stagnowa-nie wody w labiryncie Błędnych Skał (fot. 1D), w zachod-nim zakończeniu płaskowyżu Skalniaka. Nie ma natomiast przesłanek, aby wnosić o istnieniu analogicznych wkła-dek w piaskowcach Szczelińca Wielkiego, gdzie miejsc per-manentnej stagnacji wody praktycznie nie ma. W rozwoju podmokłości w obniżeniach terenu (Długie Mokradło, Krą-głe Mokradło) pewną rolę mogło także odegrać uszczelnie-nie spągu niecek przez materiał drobnoziarnisty, wypłuki-wany z ogólnie piaszczystych zwietrzelin piaskowców.

Zasięg obszarów podmokłych najwierniej odwzoro-wuje parametr SWI, uwzględniający nie tylko nachylenie powierzchni, ale także zasilanie z obszarów wyżej położo-nych. Największe mokradło Gór Stołowych – Wielkie Tor-fowisko Batorowskie – powstało wprawdzie na płaskiej po-wierzchni i słabo przepuszczalnym podłożu, ale także po-niżej progu płaskowyżu Narożnika, będącego obszarem za-silającym. Podobnie torfowisko Niknącej Łąki jest zasilane nie tylko wodami opadowymi, ale także spływającymi z wy-żej położonego obszaru bezpośrednio ku północy. Mokra-dła na Skalniaku rozwinęły się w płytkich, ale wyraźnych nieckach źródliskowych odcinków potoków, natomiast nie-istniejące już podmokłości na płaskowyżu Batorowa były związane ze spłaszczeniami i kotlinowatymi obniżeniami między poszczególnymi fragmentami stoliwa.

Podsumowanie

Stałe i okresowe mokradła należą do charakterystycz-nych elementów środowiska przyrodniczego Gór Stołowych, w szczególności dotyczy to niemal płaskich powierzchni pła-skowyżów strukturalnych (horyzontów morfologicznych). Obecnie na płaskowyżach zajmują one niewiele ponad 50 ha

Tab. 2. Relacja dawnych i współczesnych wierzchowinowych obszarów podmokłych do nachylenia powierzchni terenu.

Table 2. Relationships between past and contemporary wetlands on the plateau and the slope angle.

Przedział nachyleń

Powierzchnia

[ha]

Udział w całkowitej powierzchni badanego

obszaru [%]

Powierzchnia zajmowana przez obszary podmokłe w danej klasie nachyleń

terenu [ha]

Udział obszarów podmokłych w

całkowitej powierzchni badanego obszaru [%]

Udział obszarów podmokłych w całkowitej powierzchni zajmowa-nej przez daną klasę

nachyleń [%]

0–2° 601,05 9,7 92,23 1,5 15,30

2–5° 1636,62 26,5 83,85 1,4 5,10

5–10° 1613,84 26,1 5,65 0,1 0,30

>10° 2322,13 37,6 0,74 0,0* 0,03

razem 6173,64 100,0 182,47 3,0

* – 0,012%


(tab. 1), ale w przeszłości ich zasięg był przynajmniej cztero-krotnie większy. Do zaniku mokradeł przyczyniły się prowa-dzone w XIX i XX w. prace melioracyjne, których celem było stworzenie bardziej sprzyjających warunków dla gospodar-ki leśnej i rolnej. Obecnie, w ramach zadań ochronnych re-alizowanych przez Park Narodowy Gór Stołowych, niektóre z tych mokradeł są odtwarzane.

Niewielkie nachylenie powierzchni terenu i obec-ność trudno przepuszczalnych skał podłoża były warunkami koniecznymi dla rozwoju trwałych podmokłości, a zwłasz-cza torfowisk, ale jak wskazuje analiza przestrzenna ich roz-mieszczenia – niewystarczającymi. Rola czynnika topogra-icznego jest bardziej złożona i konieczne jest uwzględnie-nie nie tylko nachylenia powierzchni, ale także obszaru i spo-sobu zasilania. Te dwa elementy łączy topograiczny indeks wilgotności, który – w zastosowaniu modyikacji SAGA WI (SWI) – był wskaźnikiem pozwalającym na najwierniejszą identyikację obszarów podmokłych, zwłaszcza tych współ-cześnie zanikłych. Jakkolwiek w artykule skoncentrowano się na podmokłościach w położeniu wierzchowinowym, to war-to zauważyć, że indeks SWI ujawnił także istnienie innych ty-pów podmokłości wyróżnianych przez Woronko (1998), wy-stępujących w położeniu podstokowym i dolinnym, a gene-tycznie związanych odpowiednio z zasilaniem głównie przez wody stokowe i rzeczne.

Analiza przestrzenna zróżnicowania indeksu SWI jest obiecującym narzędziem wykrywania obszarów, które mogły w przeszłości mieć charakter podmokły, ale zostały całkowicie osuszone, bez pozostawienia wyraźnych śladów w rzeźbie terenu w postaci dawnych rowów melioracyj-nych. Może być także użytecznym narzędziem wspomaga-jącym zabiegi na rzecz odtworzenia obszarów podmokłych, identyikującym miejsca, w których przywrócenie pierwot-nych warunków trwałego zawilgocenia będzie najłatwiej-sze. Analiza mapy SWI nie może być jednak prowadzona bez przeglądu materiałów kartograicznych dotyczących danego obszaru. Przestrzenny rozkład wysokich wartości tego parametru ściśle nawiązuje bowiem także do układu den dolin rzecznych wypełnionych osadami aluwialnymi.

Literatura

Beven K., Kirkby N. 1979. A physically based variable contributing area model of basin hydrology. �ydrological Sciences Bulle-�ydrological Sciences Bulle-tin 24 (1): 43–69.

Böhner J., Selige T. 2006. Spatial prediction of soil attributes us-ing terrain analysis and climate regionalization. W: J. Böhner, K.R.McCloy, J. Strobl (red.), SAGA–Analyses and Modelling Applications. Göttinger Geographische Abhandlungen 115: 13–27.

Böhner J., Köthe R., Conrad O., Gross J., Ringeler A. Selige T. 2002. Soil regionalisation by means of terrain analysis and process parameterization. European Soil Bureau – research report 7: 213–222.

Ciężkowski W., Kiełczawa B. 2008. Wody. W: A. Witkowski, B.M. Pokryszko, W. Ciężkowski (red.), Przyroda Parku Narodowego Gór Stołowych. Wydawnictwo Parku Narodowego Gór Stoło-wych, Kudowa-Zdrój: 86–100.

Cohen J.M., Ernst K.C., Lindblade K.A., Vulule J.M., John C.C., Wilson M.L. 2008. Topography-derived wetness indices are associated with household-level malaria risk in two commu-nities in the western Kenyan highlands. Malaria Journal 7: 40 DOI:10.1186/1475-2875-7-40.

Czeppe Z. 1952. Z morfologii Gór Stołowych. Ochrona Przyro-dy 20: 236–254.

Dubicki A., Głowicki B. 2008. Klimat. W: A. Witkowski, B.M. Po-kryszko, W. Ciężkowski (red.), Przyroda Parku Narodowego Gór Stołowych. Wydawnictwo Parku Narodowego Gór Stoło-wych, Kudowa-Zdrój: 101–113.

Famiglietti J. S., Wood E. F. 1991. Evapotranspiration and runof from large land areas – land surface hydrology for atmo-spheric general-circulation models, Surveys in Geophysics 12: 179–204,

Florinsky I.V., McMahon S., Burton D.L., 2004. Topographic con-trol of soil microbial activity: a case study of denitriiers. Geo-Geo-derma 119 (1–2): 33–53.

Gruber S., Peckham S. 2009. Land-surface parameters and objects in hydrology. W: T. �engl, �.I. Reuter (red.), Geomorphom-etry: Concepts, Sotware, Applications. Developments in Soil Science 33: 121–140.

Kabała C., Chodak T., Bogacz A., Łabaz B., Jezierski P., Gałka B., Kaszubkiewicz J., Glina B. 2011. Przestrzenne zróżnicowanie gleb i siedlisk Parku Narodowego Gór Stołowych. W: T. Cho-dak, C. Kabała, J. Kaszubkiewicz, P. Migoń, J. Wojewoda (red), Geoekologiczne warunki środowiska przyrodniczego Gór Sto-łowych. WIND, Wrocław: 141–168.

Kasprzak M., Traczyk A. 2014. LiDAR and 2D Electrical Resistivity Tomography as a Supplement of Geomorphological Investiga-tions in Urban Areas: a Case Study from the City of Wrocław (SW Poland), Pure and Applied Geophysics 171, 6: 835–855.

Klementowski J. 2000. Morfogeneza, współczesna transformacja i ochrona torfowisk górskich Sudetów. Acta Universitatis Wrati-slaviensis 2269, Studia Geograiczne 74: 79–98.

Klementowski J. 2008. Rola procesów kriogenicznych w morfo-genezie torfowisk sudeckich i arktycznych. W: S. Żurek (red.), Torfowiska gór i wyżyn. Wydawnictwo Uniwersytetu �umani-styczno-Przyrodniczego Jana Kochanowskiego, Kielce: 45–58.

Kopecký M., Štěpánka Č. 2010. Using topographic wetness index in vegetation ecology: does the algorithm matter? Applied Vegetation Science 13: 450–459.

Latocha A. 2003. Uwarunkowania rozwoju rzeźby struktur płyto-wych na przykładzie Gór Stołowych i Gór Bystrzyckich. Prze-gląd Geograiczny 75, 231–250.

Migoń P. 2008. Rzeźba i rozwój geomorfologiczny Gór Stołowych. W: A. Witkowski, B.M. Pokryszko, W. Ciężkowski (red.), Przy-roda Parku Narodowego Gór Stołowych. Wydawnictwo Parku Narodowego Gór Stołowych, Kudowa-Zdrój: 49–69.

Migoń P., Placek A., Żyszkowska W. 2009. Steep slopes in the Sude-Steep slopes in the Sude-tes and their morphotectonic interpretation. Geological Quar-terly 53: 219–232.


Moore I.D., Norton T.W., Williams J.E. 1993. Modelling environ-mental heterogeneity in forested landscapes. Journal of �y-drology 150 (2–4): 717–747.

Obidowicz A., Margielewski W. 2008. Problematyka klasyikacji torfowisk górskich. W: S. Żurek (red.), Torfowiska gór i wyżyn. Wydawnictwo Uniwersytetu �umanistyczno-Przyrodniczego Jana Kochanowskiego, Kielce: 65–109.

Pike R.J., Evans I.S., �engl T. 2009. Geomorphometry: A Brief Guide. W: T. �engl, �.I. Reuter (red.), Geomorphometry: Con-cepts, Sotware, Applications. Developments in Soil Science 33: 3–30.

Placek A., Migoń P., Żyszkowska W. 2007. Low-gradient surfaces in the Sudetes – insights from the digital elevation model. Uni-Uni-versitatis Ostravensis Acta Facultatis Rerum Naturalium, 237, Geographia – Geologia 10: 94–110.

Potocka J. 2000. Stan zachowania oraz geomorfologiczne i hydro-logiczne uwarunkowania rozmieszczenia torfowisk w Górach Izerskich. Przyroda Sudetów Zachodnich 3: 35–44.

Pulinowa M.Z. 1989. Rzeźba Gór Stołowych. Wydawnictwo Uni-wersytetu Śląskiego w Katowicach 1008: 1–218.

Quinn P., Beven K., Chevallier P., Planchon O. 1991, he prediction of hillslope low paths for distributed hydrological modeling using digital terrain models. �ydrological Processes 5: 59–79.

Quinn P.F., Beven K.J., Lamb R. 1995. he ln(α/tanβ) index: how to calculate it and how to use it within the topmodel framework. �ydrological Processes 9: 161–182.

Sørensen R., Zinko U., Seibert J. 2006. On the calculation of the topographic wetness index: evaluation of diferent methods based on ield observations. �ydrology and Earth System Sciences 10: 101–112.

Świerkosz K., Liberacka �., Łysiak M., Zając K. (red.). 2012. Ob-szary Natura 2000 na Dolnym Śląsku. Regionalna Dyrekcja Ochrony Środowiska we Wrocławiu, Wrocław: 1-330.

Tomaszewska K. 2008. Współczesne i subfosylne zbiorowiska ro-ślinne torfowisk polskiej części Gór Izerskich. W: S. Żurek (red.), Torfowiska gór i wyżyn. Wydawnictwo Uniwersytetu �umanistyczno-Przyrodniczego Jana Kochanowskiego, Kiel-ce: 117–123.

Urbański J. 2008. GIS w badaniach przyrodniczych. Wydawnictwo Uniwersytetu Gdańskiego, Gdańsk: 1–252.

Wojewoda J. 2007. Neotectonic aspect of the Intrasudetic Shear Zone. Acta Geodynamica et Geomaterialia 4(4): 1–11.

Wojewoda J., Białek D., Bucha M., Głuszyński A., Gotowała R., Krawczewski J., Schutty B. 2011. Geologia Parku Narodowego Gór Stołowych – wybrane zagadnienia. W: T. Chodak, C. Ka-bała, J. Kaszubkiewicz, P. Migoń, J. Wojewoda (red), Geoeko-logiczne warunki środowiska przyrodniczego Gór Stołowych. WIND, Wrocław: 53–96.

Woronko D. 1998. Warunki występowania i funkcjonowania ob-szarów podmokłych w Parku Narodowym Gór Stołowych. Szczeliniec 2, 23–29.

Zinko U., Seibert J., Dynesius M., Nilsson Ch. 2005. Plant species numbers predicted by a topography-based groundwater low index. Ecosystems 8: 430–441.

Tereny podmokłe na płaskowyżu Gór Stołowych w świetle parametryzacji powierzchni na podstawie...

Documents

Transcript of Tereny podmokłe na płaskowyżu Gór Stołowych w świetle parametryzacji powierzchni na podstawie...