Transformation of Density Hydrographic Network in Headwaters of Piwonia River

• Autorzy: Grzywna Antoni , Bochniak Andrzej , Nieścioruk Kamil

Warianty tytułu

PL

Przekształcenia gęstości sieci hydrograficznej w zlewni górnej Piwonii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The analysis of river network density was conducted using ArcGIS and information gathered from cartographic materials. The past state was vectorised using the 1:50 000 topographic map of 1938 by Military Geographical Institute. The modern one was based on the visualisation of VMap L2 topographic database of 2011. Both materials were georeferenced into the WGS. The next step was to create equidistant from the research area central point. The zones covered 4 kilometres in diameter with step every 250 meters and with limitation to the catchments area. Lakes areas were subtracted from the zones. The river network was then intersected with the zones resulting in lengths values in every zone. They were used to calculate river network density. It can be illustrated by means of variogram, presenting a change of network density with growing distance from the given centre point. The largest transformations of hydrographic network took place in the 1960s of the 20^th century due to the construction of Wieprz-Krzna Canal, Piwonia regulation, and wetlands drainage. The river length increased by 5.3 km, and its headwater was transferred from Nadrybie Lake to Uściwierzek Lake. Density of hydrographic network increased from 0.98 km·km^-2 in 1938 to 2.77 km·km^-2 in 2011 with the decrease of area of lakes by 16.5%. On the basis of spatial statistics, the spatial network structure in examined area in both years can be described as clusters of regular size and random distribution. Pearson's correlation coefficient for the 1938 and 2011 is significant and amounts to 0.5 which is the result of new watercourses emergence. Ripley's K test shows the most significant growth of clusters at the distance of about 2.75 km from the centre of the region.

PL

Analizę gęstości sieci rzeki przeprowadzono przy użyciu ArcGIS i informacji zebranych z materiałów kartograficznych. Materiał historyczny został wektoryzowany za pomocą mapy topograficznej Wojskowego Instytutu Geograficznego w skali 1:50 000 z 1938 roku. Materiał współczesny opierał się na wizualizacji topograficznej bazy danych VMap L2 z 2011 roku. Oba materiały zostały przekształcone do układu WGS. Następnym krokiem było utworzenie punktu centralnego obszaru badawczego. Następnie, z ograniczeniem do obszaru zlewni, wyznaczono strefy do 4 kilometrów średnicy, z krokiem co 250 metrów. Obszary jezior zostały wycięte ze stref. Wówczas sieć hydrograficzna została przecięta strefami na oddzielne fragmenty. Wykorzystano je do obliczenia gęstości sieci rzecznej. Można to zobrazować za pomocą wariogramu, przedstawiając zmianę gęstości sieci z rosnącą odległością od wyznaczonego punktu środkowego. Największe przekształcenia sieci hydrograficznej miały miejsce w latach 60 XX wieku, ze względu na budowę Kanału Wieprz-Krzna, regulację Piwonii i odwadnianie terenów podmokłych. Długość rzeki wzrosła o 5,3 km, a jej początek został przeniesiony z jeziora Nadrybie do jeziora Uściwierzek. Gęstość sieci hydrograficznej wzrosła z 0,98 km·km^-2 w 1938 roku do 2,77 km·km^-2 w 2011 roku. W okresie 1938-2011 nastąpił spadek powierzchni jezior o 16,5%. Na podstawie statystyk przestrzennych strukturę sieci przestrzennej w badanym obszarze w obu okresach można określić jako klastry o regularnym rozmiarze i rozkładzie losowym. Współczynnik korelacji Pearsona dla lat 1938-2011 jest wysoki i wynosi 0,5, co jest wynikiem pojawienia się nowych cieków wodnych. Test Ripleya K pokazuje najbardziej znaczący wzrost skupisk w odległości około 2,75 km od centrum regionu.

Słowa kluczowe

EN

river network; lakes drainage; Ripley’s K test; Pearson's test

PL

sieć rzeczna; odwodnienie jezior; test K Ripleya; test Pearsona

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Tom 21, cz. 2
• Strony: 1567--1578
• Opis fizyczny: Bibliogr. 46 poz., rys.

Twórcy

autor

Grzywna Antoni

• University of Life Sciences in Lublin, Poland

autor

Bochniak Andrzej

• University of Life Sciences in Lublin, Poland

autor

Nieścioruk Kamil

• University of Life Sciences in Lublin, Poland

Bibliografia

• 1. Chabudziński, Ł., Szulc, D., Brzezińska-Wójcik, T., Michalczyk, Z. (2018). Changes in the location and function of small water bodies in the upper Sanna River catchment – case study (SE Poland). Landscape Research, 43, 112-123.
• 2. Chmielewski, T.J. (2009). The future of the national ecological system in Poland. Problemy Ekorozwoju, 4, 73-82. (in Polish).
• 3. Choiński, A. (2007). Limnologia fizyczna Polski. Poznań: Uniwersytet Adama Mickiewicza.
• 4. Choiński, A. & Ptak, M. (2009). Lake Infill as the Main Factor Leading to Lake’s Disappearance. Polish Journal of Environmental Studies, 18(3), 347-352.
• 5. Choiński, A., Ławniczak, A., Ptak, M., Sobkowiak, L. (2011). Causes of lake area changes in Poland. Journal of Resources and Ecology, 2(2), 175-180.
• 6. Clifford P., Richardson S., Hémon D. (1989). Assessing the significance of the correlation between two spatial processes. Biometrics, 45, 123-134
• 7. Czarnecka, H. (ed.) (2005). Atlas podziału hydrograficznego Polski. Warszawa: Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej.
• 8. Davies, B., Biggs, J., Williams, P., Lee, J., Thompson, S. (2008). A comparison of the catchment sizes of rivers, streams, ponds, ditches and lakes: Implications for protecting aquatic biodiversity in an agricultural landscape. Hydrobiologia, 597, 7-17.
• 9. Dale, M.R.T. (1999). Spatial pattern analysis in plant ecology. Cambridge: Cambridge University Press.
• 10. Du, Y., Xue, H.P., Wu, S.J., Ling, F., Xiao, F., Wei, X.H. (2011). Lake area changes in the middle Yangtze region of China over 20th century. Journal Environment Management, 92(4), 1248-1255.
• 11. Fabich, A. & Kwidzińska, M. (2012). Changes in the water surface area of Lakes Udzierz and Mątasek in the light of cartographic materials. Limnological Review, 12(4), 169-177.
• 12. Fortin, M.J. & Dale M.R.T. (2005). Spatial analysis: a guide for ecologists. Cambridge: Cambridge University Press.
• 13. Gibson, L.A., Wilson, B.A., Cahill, D.M., Hill, J. (2004). Spatial prediction of rufous bristle bird habitat in a coastal heathland: a GIS-based approach. Journal of Applied Ecology, 41, 213-223.
• 14. Grzywna, A. (2013). The history of changes in water relations in the catchment basin of river Piwonia. Teka Komisji Ochrony i Kształtowania Środowiska Przyrodniczego, 10, 123-131.
• 15. Grzywna, A. & Nieścioruk, K. (2016). Changes of hydrographic network of Uściwierskie Lowering according to cartographic materials. Journal of Ecological Engineering, 17(4), 148-153.
• 16. Harasimiuk, M., Michalczyk, Z., Turczyński, M. (eds) (1998). Jeziora Łęczyńsko-Włodawskie. Lublin: Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej.
• 17. Hawthorne, T.L. (2011). Communities, cartography and GIS: Enhancing undergraduate geographic education with service learning. International Journal of Applied Geospatial Research, 2(2), 1-16.
• 18. Holdsworth, D.W. (2003). Historical geography: New ways of imaging and seeing the past. Progress in Human Geography, 27, 486-493.
• 19. Ignatius, A.R. & Jones, J.W. (2014). Small reservoir distribution, rate of construction, and uses in the upper and middle Chattahoochee basins of the Georgia Piedmont, USA, 1950-2010. International Journal of Geo-Information, 3, 460-480.
• 20. Janiec, B. (1993). Przyrodnicza ocena wpływu Kanału Wieprz-Krzna na jakość hydrosfery Pojezierza Łęczyńsko-Włodawskiego. Gospodarka Wodna, 2, 36-42.
• 21. Kowalewski, G. (2012). Over 200 years of drainage practices and lake level drawdown in the Uściwierskie Lowering (Łęczna-Włodawa Lakeland). Limnological Review, 12(4), 179-190.
• 22. Kowalewski G. & Żurek S. (2016). Terrestrialisation of the lakes in the Uściwierskie Lowering and Lake Brzeziczno (Łęczna-Włodawa Lake District). Acta Geographica Lodziensia, 105, 27-37.
• 23. Marszelewski ,W. & Adamczyk A. (2004). Changes in the area of the Mazurian Lakes in the light of the cartographic materials at the scale 1:25000. Limnological Review, 4, 167-176.
• 24. Marszelewski, W. (2005). Zmiany warunków abiotycznych w jeziorach Polski północnowchodniej. Toruń: Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika.
• 25. Michalczyk, Z., Chmiel, S., Turczyński, M. (2011). Lake water stage dynamics in the Łęczna-Włodawa Lake District in 1991-2010. Limnological Review, 11(3), 113-122.
• 26. Michalczyk Z., Mięsiak-Wójcik K., Sposób J., Turczyński M. (2012). The hydrological consequences of human impact in the Lublin Region. Annales UMCS, sec. B, 63-78.
• 27. Michalczyk Z., Mięsiak-Wójcik K., Sposób J., Turczyński M. (2017). The state of and changes in water conditions in the Łęczna-Włodawa Lake District. Przegląd Geograficzny, 89, 1, 9-28.
• 28. Mięsiak-Wójcik K., Turczyński M., Sposób J. (2014). Natural and anthropogenic changes of standing water bodies in West Polesie (East Poland). Water resources and wetlands, Conference Proceedings, 36-43.
• 29. Miller, C. (2005). The use of GIS to compare the land areas captured by very basic and complex wellhead protection area models. Journal of Environmental Health, 68(4), 21-26.
• 30. Mościcka, A. (2009). GIS technology as an alternative way of access to historical knowledge. In: Mestrovic D.M. (ed.). Digital scholarship. New York: Routledge.
• 31. Myga-Piątek, U. (2010). Przemiany krajobrazów kulturowych w świetle idei zrównoważonego rozwoju. Problemy Ekorozwoju, 5, 95-108.
• 32. Nieścioruk, K. (2013). Cartographic source materials and cartographic method of research in the past environment analyses. Bulletin of Geography, Socio-economic series, 22, 81-95.
• 33. Nita, J. & Myga-Piątek, U. (2012). Rola GIS w ocenie historycznych opracowań kartograficznych na przykładzie Wyżyny Częstochowskiej. Prace Komisji Krajobrazu Kulturowego PTG, 16, 116-135.
• 34. Parparov, A. & Gal, G. (2012). Assessment and implementation of a methodological framework for sustainable management: Lake Kinneret as a case study. Journal of Environmental Management, 101, 111-117.
• 35. Próchnicki, P. (2011). Changes in the building structure of Choroszcz and Narew Districts over the years 1931-1998. Electronic Journal of Polish Agricultural Universities, www.ejpau.media.pl/volume14/issue3/art-01.html.
• 36. Ptak, M. (2013). Zmiany powierzchni i batymetrii wybranych jezior Pojezierza Pomorskiego. Prace Geograficzne, 133, 61-76.
• 37. Radwan, S., Gliński, J., Geodecki, M., Rozmus, M. (eds.) (2002). Środowisko przyrodnicze Polesia – stan aktualny i zmiany. Acta Agrophysics, 66, 1-120.
• 38. Querner, E., Ślesicka, A., Mioduszewski, W. (2004). Ecohydrological system analysis of the Lower Biebrza Basin. Ecohydrology and Hydrobiology, 4(3), 307-313.
• 39. Sidle, R.C., Ziegler, A.D., Vogler, J.B. (2007). Contemporary changes in open water surface area of Lake Inle, Myanmar. Sustainability Science, 2, 55-65.
• 40. Skiwierawski, A. (2018). Past anthropogenic changes in the lake ecosystems of late glacial landscapes in north-eastern Poland. Landscape Research 43(1), 37-49.
• 41. Suchożebrska, M., Chabudziński, Ł. (2007). Anthropogenic transformations of the hydrographical network in lake catchment areas of the Uściwierz Lowering (Łęczna- Włodawa Lake District). Limnological Review 7, 225-231.
• 42. Szumińska, D. & Absalon, D. (2012). Transformation of a Water Network in a Moraine Upland-Outwash Plain-Valley Landscape. Polish Journal of Environment Studies, 21(2), 259-265.
• 43. Towers, G. (2011). Cultural dasymetric population mapping with historical GIS: A case study from the southern Appalachians. International Journal of Applied Geospatial Research, 2, 38-56.
• 44. Walsh, S.E., Soranno, P.A., Rutledge, D.T. (2003). Lakes, wetlands, and streams as predictors of land use/cover distribution. Environmental Management, 31, 198-214.
• 45. Wilgat, T. (1954). Jeziora Łęczyńsko-Włodawskie. Annales UMCS, sec. B, 8, 37-122.
• 46. Withers, C.W.J. (2009). Place and the “Spatial Turn” in geography and in history. Journal of the History of Ideas, 70, 637-658.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).