Ułożenie i kształt otoczaków a mikroformy korytowe typu pebble cluster

• Autorzy: Giriat D. , Kosieradzka K. , Roszczeda U.

Warianty tytułu

EN

Orientation and shape of gravels vs. cluster bedforms

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Określenie stanu systemu korytowego wymaga rozpoznania zależności pomiędzy siłą transportową wody, morfologią koryta oraz cechami sedymentologicznymi materiału dennego i ich właściwościami hydraulicznymi. Celem badań było poznanie relacji między ułożeniem i kształtem otoczaków a typem mikroform na powierzchni odsypów korytowych i w rezultacie ustalenie, czy mogą one być pomocne w ocenie stabilności koryta na danym odcinku oraz dynamiki środowiska sedymentacyjnego. Pomiary wykonano na wybranych odcinkach badawczych wzdłuż biegu koryt potoków Rycerki i Danielki w Beskidzie Żywieckim. Na powierzchni wynurzonych odsypów udokumentowano fotograficznie mikroformy korytowe oraz zmierzono ułożenie i kształt we frakcjach 30–50 mm, 70–100 mm, 150–170 mm i 200–250 mm. Stwierdzono, że w osadach korytowych dominują głównie klasty spłaszczone i wydłużone. Największe badane frakcje zachowują ułożenie z transportu w trakcji i są uruchamiane jedynie podczas dużych wezbrań. Inicjują również tworzenie mikroform typu obstacle clast. Ułożenie poprzeczne klastów świadczy o gwałtownym opadaniu fali wezbraniowej. Ziarna frakcji 70–100 mm układają się dachówkowato. W czasie transportu przemieszczają się saltacyjnie, a w wyniku spadku siły transportowej ulegają reorientacji. Imbrykację stwierdzono w brzeżnej strefie odsypów. Mikroformy płaskiego dna (open bed), zlokalizowane w części środkowej i dystalnej odsypów, tworzą najdrobniejsze frakcje. Otoczaki zorientowane podłużnie lub chaotycznie leżą płasko. Ze względu na małą prędkość przepływu zachowują one w znacznym stopniu pozycję z transportu, stąd ich bezkierunkowe ułożenie. Badania sedymentologiczne w nawiązaniu do parametrów hydraulicznych koryta mogą pomóc określić rozkład naprężeń działających na dno i lokalny reżim przepływu.

EN

Assessment of contemporary state of a fluvial system requires recognition of a relationship between transport capacity, channel morphology and sedimentological properties of a bedload and its hydraulic effect. The objectives of study are: (1) to describe relationship between pebble shape and orientation, and cluster bedforms visible on a surface of emerged channel bars, and (2) to provide an answer on question, whither textural properties of gravel bedload can help estimate channel stability, and dynamics of sedimentary environment (in a given channel reach). The measurements we done in a few chosen sections of two mountain streams – Rycerka and Danielka, in Beskid Żywiecki (South Poland). On a surface of emerged channel bars, at first was made photographic documentation of pebble cluster, and then pebble orientation and shape was measured in fractions: 30–50, 70–100, 150–170 and 200–250 mm. The bed material is composed of a range of oblate and prolate gravel size particles. Sparse boulders and cobble size material usually prevent its orientation form the transportation phase and remain immobile during most flows (or smaller flood events, also). These particles initiate development of other sedimentary structures, i.e. obstacle clasts. The orientation of particles with a-axis transverse to flow is associated with traction carpet and indicates a high bedload transport rate and quite abrupt deposition. Particles of 70–100 mm were imbricated (a-axis parallel to flow). During transport, that particles move by sliding or in saltation, but even slight decrease of flow can cause its settling, and reorientation. Typical imbrication developed on a side of channel bars. Unclustered bedforms (i.e. open bed non-interlocked) were located in middle and distal part of channel bars and build with finer particles: pebbles and granules. Their orientation was plane or chaotic. Due to the low flow we can assume that they prevent its position from transportation phase. This study showed that orientation of particles and their arrangement in characteristic sedimentary structures is highly dependent on lithology of bed material. Flat and elongated pebbles (abundant in investigated streams) are most susceptible to form imbrication, and clustered bedforms, like: obstacle clasts or complex clusters. Such sedimentary structures can develop very quickly, and hence increase stability of gravel-bed stream.

Słowa kluczowe

PL

potoki gorskie; potok Rycerka; potok Danielka; rumowiska denne; formy denne; otoczaki; cechy geometryczne; rozmieszczenie przestrzenne

EN

mountain stream; Rycerka Stream; Danielka Stream; bed load; bed form; pebble; geometrical feature; spatial orientation

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2010
• Tom: 09
• Numer: 3
• Opis fizyczny: s.3-22,fot.,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Giriat D.

• Zakład Geomorfologii, Wydział Geografii i Studiów Regionalnych, Uniwersytet Warszawski, ul.Krakowskie Przedmieście 30, 00-927 Warszawa

autor

Kosieradzka K.

autor

Roszczeda U.

Bibliografia

• Bartnik W., 1992. Hydraulika potoków górskich z dnem ruchomym początek ruchu ruch rumowiska wleczonego. Zesz. Nauk. AR Krak., Rozprawy 171.
• Bojarski A., Jeleński J., Jelonek M., Litewka T., Wyżga B., Zalewski J., 2005. Zasady dobrej praktyki w utrzymaniu rzek i potoków górskich. Min. Środow. DZW Warszawa.
• Brayshaw A.C., 1984. The characteristics and origin of cluster bedforms in coarse-grained alluvial channels. [W:] Koster E.H., Steel R.J. (red.). Sedimentology of Gravel and Conglomerates. Canadian Society of Petroleum Geologists. Calgary 10, 77–85.
• Buffin-Bélenger T., Roy A.G., 1998. Effect of a pebble cluster on the turbulent structure of a depthlimited flow in a gravel-bed river. Geomorphology 25, 249–267.
• Carling P., Kelsey A., Glaister M.S., 1992. Effects of bed roughness, particle shape and orientation on initial motion criteria. [W:] P. Billy, R.D. Hey, C.R. Thorne, P. Tacconi (red.). Dynamics of Gravel Bed Rivers. John Wiley Chichester, 23–39.
• Chin A., 2003. The geomorphic significance of step-pools in mountain streams. Geomorphology 55, 125–137.
• Church M., Hassan M.A., Wolcott J.F., 1998. Stabilizing self-organized structures in gravel-bed stream channels: Field and experimental observations. Water Resour. Res. 34(11), 3169–3179.
• Dal Cin R., 1968. Pebble clusters, their origin and utilization in the study of paleo-currents. Sediment. Geol. 2, 233–242.
• Dąbkowski Sz.L., Skibiński J., Żbikowski A., 1982. Hydrauliczne podstawy projektów wodnomelioracyjnych. PWRiL Warszawa.
• de Jong C., Ergenzinger P., 1995. The interrelations between mountain valley form and river-bed arrangement. [W:] E.J. Hickin (red.). River Geomorphology. Wiley and Sons Chichester – New York, 55–91.
• Dynowska I., 1989. Przestrzenna zmienność przepływów rzek polskich. Prz. Geogr. 61(3), 291–299.
• Froehlich W., 1982. Mechanizm transportu fluwialnego i dostawy zwietrzelin do koryta w górskiej zlewni fliszowej. Prace Geogr. IGiPZ PAN 143.
• Giriat D., Kosieradzka K., Roszczęda U., 2008. Morfologia koryta a ułożenie otoczaków w potoku Rycerki (Beskid Żywiecki). [W:] E. Smolska, D. Giriat (red.). Rekonstrukcja dynamiki procesów geomorfologicznych – formy rzeźby i osady. UW – Kom. Badań Czwartorzędu PAN Warszawa, 177–187.
• Gradziński R., Kostecka A., Radomski A., Unrug R., 1986. Zarys sedymentologii. Wyd. Geol. Warszawa.
• Grant G.E., Swanson F.J., Wolman M.G., 1990. Pattern and origin of stepped-bed morphology in high-gradient streams, Western Cascades, Oregon. GSA Bull. 102, 340–352.
• Hassan M.A., Reid I., 1990. The influence of microform bed roughness elements on flow and sediment transport in gravel bed rivers. Earth Surf. Proc. Land., 15, 739–750.
• Horton R.E., 1945. Erosional development of streams and their drainage basins: hydrophysical approach to quantitative morphology. GSA Bull. 56: 275– 370.
• Johansson C.E., 1963. Orientation of pebbles in running water. A laboratory study. Geogr. Annaler 45, 85–112.
• Kikbridge A.D., 1993. Observations of the influence of bed roughness on turbulence structure in depth limited flows over gravel beds. [W:] N.J. Clifford, J.R. French, J. Hardisty (red.). Turbulence: Perspectives on Flow and Sediment Transport. Wiley Chichester – New York, 185–196.
• Kosieradzka K., 2009. Struktura i typy koryt potoków w Beskidzie Żywieckim. Praca magisterska. WGiSR UW, Warszawa.
• Leopold L.B., Maddock T. Jr., 1953. The hydraulic geometry of stream channel and some physiographic implications. US. Geol. Surv. Prof. Paper 252, 1–57.
• Malarz R., 2005. Effects of flood abrasion of the Carpathian alluvial gravels. Catena 64, 1–26.
• Miall A.D., 1985. Architectural-element analysis: A new method of facies analysis applied to fluvial deposits. Earth-Sci. Rev. 22, 261–308.
• Montgomery D.R., Buffington J.M., 1997. Channel-reach morphology in mountain drainage basins. GSA Bull. 109(5), 596–611.
• Nawara K., 1964. Transport i sedymentacja współczesnych żwirów Dunajca i niektórych jego dopływów. Prace Muz. Ziemi 6, 1–111.
• Owczarek P., 2007. Transformacja koryt rzecznych w warunkach dostawy grubofrakcyjnego materiału stokowego. Wyd. UŚ Katowice.
• Pettijohn F.J., 1957. Sedimentary rocks. Harper New York.
• Powell D.M., 1998. Patterns and processes of sediment sorting in gravel-bed rivers. Progr. Physical Geogr. 22(1), 1–32.
• Radecki-Pawlik A., 2002. Wybrane zagadnienia kształtowania się form korytowych potoku górskiego i form dennych rzeki nizinnej. Zesz. Nauk. AR Krak., Rozprawy 281.
• Reid I., Frostick L.E., Brayshaw A.C., 1992. Microform roughness elements and the selective entrainment and entrapment of particles in gravel-bed rivers. [W:] P. Billi, R.D. Hey, C.R. Thorne, P. Tacconi (red.). Dynamics of Gravel-Bed Rivers. Wiley Chichester, 253–276.
• Rosgen D.L., 1994. A classification of natural rivers. Catena 22, 169–199.
• Roszczęda U., 2008. Cechy sedymentologiczne gruboklastycznych osadów korytowych rzek górskich w Beskidzie Żywieckim. Praca magisterska. WGiSR UW, Warszawa.
• Rutkowski J., 2007. Petrografia żwirów – możliwości badawcze i podstawy interpretacji wyników. [W:] E. Mycielska-Dowgiałło, J. Rutkowski (red.). Badania cech teksturalnych osadów czwartorzędowych i wybrane metody oznaczania ich wieku. Wyd. SWPR. Warszawa. 45–74.
• Schmidt K.H., Ergenzinger P., 1992. Bedload entrainment, travel lengths, step lengths, rest periods – studied with passive (iron, magnetic) and active (radio) tracer techniques. Earth Surf. Proc. Landf. 17, 147–165.
• Schumm S.A., 1977. The fluvial system. Wiley – Interscience New York.
• Sneed E.D., Folk R.L., 1958. Pebbles in a lower Colorado River, Texas: A study in particle morphogenesis. J. Geol. 66(2), 114–150.
• Strom K.B., Papanicolaou A.N., 2007. Morphological characterization of cluster microforms. Sedimentology 55, 137–153.
• Teisseyre A.K., 1977. Pebble cluster as a directional structure in fluvial gravels: Modern and ancient examples. Geol. Sudet. 12(2), 79–97.
• Teisseyre A.K., 1991. Klasyfikacja rzek w świetle analizy systemu fluwialnego i geometrii hydraulicznej. Pr. Geol.-Mineral. 22, Wyd. Uniw. Wrocł. Wrocław.
• Unrug R., 1957. Współczesny transport i sedymentacja żwirów doliny Dunajca (zachodnie Karpaty). Acta Geol. Pol. 7(2), 217–257.
• Wentworth C.K., 1922. A field study of the shapes of river pebbles. US Geol. Surv. Bull. 730-C, 103–114.
• Wittenberg L., 2002. Structural patterns in coarse gravel river beds: typology, survey and assessment of the roles of grain size and river regime. Geogr. Annaler 84, A, 25–37.
• Wittenberg L., Newson M.D., 2005. Particle clusters in gravel-bed rivers: an experimental morphological approach to bed material transport and stability concepts. Earth Surf. Proc. Landf. 30(11), 1351–1368.
• Wyżga B., 2002. Wybrane metody badania przepływów wezbraniowych: ich częstotliwości oraz związków z przebiegiem procesów fluwialnych. Przykłady zastosowania dla rzek południowowschodniej Polski. Wyd. IOP Kraków.
• Wyżga B., 2004. Zapis dynamiki przepływu wody i transportu rumowiska w cechach teksturalnych żwirowych osadów korytowych i możliwości jego wykorzystania w interpretacjach peleogeograficznych. Pr. Kom. Paleogeogr. Czwartorzędu 2, 17–20.
• Zieliński T., 1998. Litofacjalna identyfikacja osadów rzecznych. [W:] E. Mycielska-Dowgiałło (red.). Struktury sedymentacyjne i postsedymentacyjne w osadach czwartorzędowych i ich wartość interpretacyjna. WGiSR UW Warszawa, 195–257.
• Zwoliński Z., 1989. Geomorficzne dostosowanie się koryta Parsęty do aktualnego reżimu rzecznego. IGiPZ PAN. Dokument. Geogr. 3–4.