Geomorfologie vysokogradientových koryt a jejich význam v krajině Moravskoslezských Beskyd

Mgr. Tomáš GALIA

Doctoral thesis

Geomorpholohy of high-gradient channels and their significance in the Moravskoslezské Beskydy Mts. and their piedmountain landscape

Anotácia:

Vysokogradientové toky patří v České republice mezi poměrně opomíjené součásti fluviálního systému a dosud je na ně nahlíženo spíše z technického hlediska (hrazení bystřin). Přitom však představují zdrojovou oblast sedimentů pro říční síť a často bývají iniciačními zónami povodňových událostí. Nelze opomenout ani jejich významné ekologické funkce. Jedním z cílů práce je rozpoznat vůdčí parametry výsledných korytových morfologií vysokogradientových koryt Vnějších Západních Karpat a rovněž popsat závislosti mezi těmito parametry. Přitom je kladen důraz i na litologii dnových sedimentů. Byly potvrzeny některé obecné trendy, jež byly dříve pozorovány na světových horských tocích, například pokles sklonu koryta nebo nárůst jeho bankfull šířky se zvětšující se plochou povodí. Naopak parametr bankfull hloubky koryta se projevil jako relativně nezávislý na ploše povodí. Hrubnutí sedimentů v lokálních tocích je spojeno s přímou donáškou materiálu do koryta a v místě, kde tok opouští úzce sevřené údolí, dochází s koncem dodávky primárního materiálu k poklesu velikosti dnových sedimentů. Velikost d90 a jeho poměr k šířce koryta je pravděpodobně důležitým predispozičním faktorem tvorby stupeň-tůň morfologie. Výskyt říčního dřeva v lokálních tocích je vázán spíše na hospodářskou činnost než na přírodní procesy. Výsledné hodnoty PCA analýzy vybraných parametrů (d90, obsah pískovců v dnových sedimentech, bankfull šířka a hloubka koryta, sevřenost údolí, přítomnost LWD, gradient toku, výskyt primárních zdrojnic sedimentů a korytových akumulací) nedokázaly spolehlivě rozlišit jednotlivé korytové morfologie, nicméně se projevilo určité řetězení morfologií dle fluviálního kontinua. V druhé části práce je rozpracována problematika fluviálního transportu dnových sedimentů v referenčních horských pramenných tocích. Řešení se opírá o pozorování transportovaných klastů během různých průtoků až do magnituda Q20-25 povodňové události a také o výsledky simulace této události v 1D modelovacím prostředí TOMSED. Bylo zjištěno, že ve zkoumaných tocích nastává dnový transport sedimentů při nižších hodnotách průtoku a tedy nižších hodnotách kritických podmínek (např. tečné napětí, jednotkový výkon toku) než je tomu při srovnatelném průtoku na alpských a andských tocích. Rozhodující vliv na celkovém množství transportovaného materiálu má jeho donáška do korytového systému bystřiny. Syntézou výsledků obou dílčích částí práce byly stanoveny zjednodušené modely chování místních toků, přičemž poměr donášky sedimentů a transportní kapacity toku má v mnoha případech vliv na predispozici skalního-kaskádového a kaskádového nebo stupeň-tůň a stupeň-peřej korytové morfologie. Celou práci uzavírá návrh managementu pro bystřinné toky flyšové oblasti Karpat.

Abstract:

High-gradient channels are a bit neglected parts of fluvial system in Czech Republic. Recently, technological point of view is prevailing with relation to torrent controls. However, mountain streams represent sediment links from hillslopes to low-gradient channels and they are often source zones of flood events. It is also notable to mention their ecological function. Firstly, the dissertation deals with recognition of leading parameters predispositing channel-reach morphologies together with description of relationships between these parameters. Moreover, lithological composition of bed sediments is accented. Some general trends known from worldwide research were validated, for example, decrease in channel gradient and increase in bankfull width is related to increase in basin area. By contrast, namely bankfull depth displays relatively independence of basin area. Downstream coarsening of bed material is connected with continuous sediment input in to local channels. Downstream fining of bed sediments begins in certain locations where streams leave channel-slope coupled valleys and direct input of material from adjacted hillslopes is stopped. Ratio between d90 and bankfull width is probably important predisposition factor of step-pool morphology origin. Occurrence of large woody debris in local channels is a result of rather forest management than natural processes. Resulted values of PCA analysis of selected parameters (d90, sandstone ratio in bed sediments, bankfull width, bankfull depth, valley confinement, occurrence of LWD, occurrence of direct sediment inputs and channel accumulations) obtained for individual channel reaches are not able to clearly distinguish channel-reach morphologies. Nevertheless, some chaining of channel-reach morphologies has been indicated with accordance to fluvial continuum. The second part of the dissertation deals with bedload transport in the reference mountain headwater channels. It was used method of particle displacement during various discharges up to Q20-Q25 flood event and there was also simulated Q20-25 flood event in the modelling software TOMSED. Bedload transport begins during lower discharges and thus, lower values of critical conditions (e.g. shear stress, unit stream power) in local channels that in Alpine or Andine environments. Sediment delivery in to channel segments is a dominant factor determining total amount of bedload transported material. There were developed simplified models of local stream behaviour by synthesis of previously mentioned results. Ratio between sediment delivery and transport capacity often affects resulted channel-reach morphology, in our case, pairs bedrock-cascade - cascade and step-pool - step-rapid morphologies. Management of torrents of flysch Carpathians is proposed in the closing part of the dissertation.

Kľúčové slová

vysokogradientový tok, korytová morfologie, transport hrubých sedimentů, Vnější Západní Karpaty

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 20. 6. 2012

Zverejniť od: 20. 6. 2012

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 30. 8. 2012
• Vedúci: Doc. RNDr. Jan Hradecký, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Doctoral programme / odbor:
Geography / Environmental Geography