Bedload transport in Polar gravel-bed rivers

Mgr. Lenka Ondráčková, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Dizertační práce se zabývá transportem sedimentů ve štěrkonosných tocích v polárních oblastech. Studium dnových splavenin, jejich transportu a změn jejich zrnitostních a tvarových charakteristik má dlouhou historii, avšak teprve v poslední době byly studovány v proglaciálních tocích vysokých zeměpisných šířek. Zadaná práce si klade za cíl studovat a porovnat chování divočících štěrkonosných toků a rozvíjet vhodné metody studia a sběru dat v polárních oblastech. Pro výzkum byla vybrána tři povodí proglaciálních divočících toků. Dvě povodí, která se nacházejí na souostroví Svalbard v severní části Billefjordu a jedno povodí, které leží na ostrově Jamese Rosse v Antarktidě. Jedná se o povodí štěrkonosných toků v předpolí ledovců, která byla zkoumána od roku 2016 v rámci výzkumných expedic. Povodí toku Muninelva na Svalbardu bylo vybráno z důvodu morfologie celého povodí, přítomnosti aktivních zdrojů sedimentů a vyvinutého říčního koryta. Druhé povodí toku Keller na ostrově Jamese Rosse bylo vybráno jako vhodné pro posouzení vlivu konektivity v povodí na transport sedimentů. Třetí povodí toku Hørbye na Svalbardu je charakteristické štěrkovými sedimenty v předpolí ledovce Hørbyebreen a vhodně posloužilo ke studiu jejich změn ve vztahu k hydrologické aktivitě na výplavové plošině. Práce přináší nové výsledky fluviálně-geomorfologického výzkumu zmiňovaných polárních toků. Je zaměřena na transport sedimentů v předpolí ledovců a vývoj zrnitostních a tvarových charakteristik. Zhodnocuje faktory ovlivňující transport sedimentů, jako jsou především jejich rozdílné zdroje a jejich aktivita a v neposlední řadě konektivita v povodí. Tato práce přináší komplexní informace o fungování proglaciálních říčních systémů ve vybraných povodích s ohledem na interakci mezi morfologií říčního dna, sedimenty a aktivitou říčního systému spojenou s klimatem. V úvahu je brána poloha zdrojů sedimentů, jejich aktivita (přítoky hlavního toku) a délka transportu do páteřního toku od pramene po ústí. Zároveň je posuzován vliv konektivity svahů ke korytu a morfologie výplavové plošiny, která má dominantní vliv v horních částech povodí. Nakonec se tyto vlivy odráží v tvarových charakteristikách transportovaných horninových typů zejména v rozdílném stupni zaoblení klastů.

Abstract:

The thesis deals with the transport of sediments in gravel streams in Polar regions. The study of bedload sediments, the transport and changes in their grain size and shape characteristics has a long history, but only recently have they been studied in proglacial rivers of high latitudes. The assigned work aims to study and compare the behaviour of braided gravel-bed rivers and to develop appropriate methods of study and data collection in the Polar regions. Three catchments of proglacial braided gravel-bed streams were selected for the research. Two river catchments are located on the Svalbard archipelago in northern Billefjorden and one river catchment is located on James Ross Island in Antarctica. These catchments of gravel-bed streams are located in the forefield of glaciers, which has been studied since 2016 during the research expeditions. The Munin River catchment on Svalbard was selected due to the morphology of the whole river catchment, the presence of active sediment sources and the well-developed river bed. The second catchment of the Keller River on James Ross Island was selected as a suitable example for assessing the impact of connectivity in the catchment area on sediment transport. The third catchment of the Hørbye River on Svalbard is characterized by gravel sediments in front of the Hørbye glacier and has been used to study their changes in relation to hydrological activity on the floodplain. This work brings new results of fluvial geomorphological research of the mentioned Polar braided rivers. It focuses on the transport of sediments in the forefield of glaciers and the development of grain size and shape characteristics. It evaluates the factors influencing the transport of sediments, such as their different sources and their activity and, last but not least, connectivity in the river catchment. This work provides comprehensive information on the functioning of proglacial river systems in selected river catchments with respect to the interaction between river bed morphology, sediments and hydrological activity associated with climate. The location of sediment sources, their activity (main river tributaries) and the length of transport to the main stream from the source to the mouth are taken into account. At the same time, the influence of the connectivity of the slopes to the river bed and the morphology of the braidplain, which has a dominant influence in the upper parts of the river basin, are assessed. Finally, these effects are reflected in the shape characteristics of the transported petrological types, especially in the different degree of roundness of the clasts.

Keywords

transport sedimentů, zdroje sedimentů, fluviální geomorfologie, polární oblasti, proglaciální toky, ústup ledovců, sediment transport, sediment sources, fluvial geomorphology, polar regions, proglacial streams, glacial retreat

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 1. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 31. 3. 2021
• Supervisor: doc. Mgr. Daniel Nývlt, Ph.D.
• Reader: RNDr. Tomáš Galia, Ph.D., Dr hab. Grzegorz Rachlewicz

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physical geography / Physical geography