Fluviální geomorfologie
Lekce 7
Změny tvaru koryta: důkazy změn, příčiny změn, předpovědi budoucích změn
kanadskareka

Osnova přednášky
nVodní tok jako systém s historií
nExtrapolace současných pozorování řek na delší časové úseky
nDůkazy změn fluviálního systému
n
nTypy disturbancí fluviálního systému
nPříčiny změn ve fluviálním systému
nPředpovídání změn morfologie koryta

Povodí jako historický systém
nFluviální systém je fyzikální systém s historií.
nSoučasná podoba řeky je výsledkem jak současných tak i minulých procesů a podmínek - fluviální
systém má paměť.
nVlivy minulosti jsou méně patrné v  systémech s krátkými časy odezvy.

Rekonstrukce minulého vývoje řek
nPoznání historického vývoje řeky se odvíjí od pochopení současného stavu.
nSoučasná měření rychlosti fluviálních procesů lze s opatrností extrapolovat na období 102 až
104 roků.
nPro správnou extrapolaci do minulosti je třeba znát:
nvýchozí podmínky, ze kterých se řeka začala vyvíjet;
nzda je naměřená rychlost změny reprezentativní i pro delší časové období;
nzda změny probíhají synchronně na větším území;
njak se mění v průběhu času statut proměnných fluviálního systému (přírodních podmínek).

Rekonstrukce minulého vývoje řek
nVolba časového měřítka pro studium vývoje řeky se odvíjí od:
nmožné velikosti změn přírodního prostředí, které můžou během zvoleného časového úseku nastat,
nmíře přizpůsobivosti jednotlivých morfologických prvků říčního koryta.
nKombinací předchozích dvou faktorů lze odvodit pro konkrétní morfologický prvek koryta:
npotenciál pro dosažení stavu rovnováhy s panujícími podmínkami přírodního prostředí,
npravděpodobnou reakci na změnu o určité velikosti.

Důkazy změn
Přímá pozorování (zřídka kontinuální)
přístrojová pozorování
fotografická dokumentace
terénní výzkum
Historické záznamy
mapy a fotografie z různého data
písemné zprávy
Sedimentární sledy
povrchové tvary
vnitřní stavba
Datovací techniky
(1) Relativní metody
           relativní výška
           organické zbytky
           artefakty
(2) Absolutní metody
           radioaktivní izotopy
           dendrochronologie

Přímá pozorování
nLeopold (1973)
Scan0081 Scan0082

Historické záznamy
nHodnocení výskytu sesuvů, skalního řícení, lavin a povodní od r. 1500 na základě záznamů  o držbě
půdy v norské oblasti Josterdalsbre.
sejmout0010

Historické záznamy
nRekonstrukce vývoje trasy koryta řeky Sid (Devon, UK) ze čtyř historických map v období 1839 až
1958.
Scan0067

Fluviální sedimenty
nRekonstrukce vývoje meandrů na řece Beatton (Britská Kolumbie, Kanada) v posledních 250 letech
pomocí valů jesepních lavic.
Scan0068 Scan0072

Datovací techniky
nRelativní datování
nMetoda relativních výšek – tvary položené v terénu výše se považují za starší; určování
relativního stáří říčních teras.
nOrganické zbytky – např. pylová zrna.
nČlověkem vyrobené předměty – např. zbytky       keramiky prehistorických kultur.
nAbsolutní datování
nRadiometrické datování – radioaktivní izotopy některých prvků; časové rozpětí 103 až 108 let;
metoda 14C, kosmogenní izotopy.
nDendrochronologie – přesné datování v rozsahu posledních 2000 let; zbytky dřev v sedimentech nebo
stáří žijících stromů.

Relativní datování výplně říčních ramen pomocí pylového spektra
Scan0070 Scan0071


Dendrochronologické datování povodňových hlín v Mohelnické brázdě
Scan0073 Scan0074 Scan0075


Příčiny změn
nDva typy vnějších narušení fluviálního systému:
npulzní disturbance,
npermanentní disturbance.
nZměny fluviálního systému jsou reakcí na změny vnějších podmínek jako je klima, vegetace, využití
země nebo poloha erozní báze.
nKlima ovlivňuje charakter vegetace a srážko-odtokové vztahy, což má vliv na hydrologický režim
řek, zvětrávání hornin, přísun sedimentů do koryta a jejich následný transport.
nPro geomorfologii jsou nejdůležitější údaje o paleosrážkách (např. sezónnost, srážkové extrémy) a
paleoodtoku (např. N-letost průtoků).

Hlavní trendy ve vývoji teploty pro různá časová období (SZ Evropa)
Scan0076


Historické záznamy o kolísání klimatu
nNil - 5 období s výjimečně silnými povodněmi: 630, 850 – 930, 1100 – 1150, 1400 – 1450, pol. 19.
stol; průměrná rychlost agradace v korytě a údolní nivě 10 cm/100 let.
nEvropa – zvýšený výskyt povodní v období 1150 – 1500 s maximy kolem roků 1310 a 1450.

Změny vyvolané vnitřním vývojem fluviálního systému
nZměny fluviálního systému mohou být výsledkem vnitřního vývoje systému; překročení tzv. vnitřních
geomorfologických prahů.
nPříklad: meandr – zvětšování křivolakosti při vývoji meandru vede k jeho odškrcení; odškrcení
sníží křivolakost a zvýší spád, obnoví se rovnováha mezi morfologií a vnějšími podmínkami (průtok,
množství splavenin).
nZměna = odškrcení meandru.
nDůvod změny = nerovnováha mezi tvarem koryta a kontrolními proměnnými (průtok, splaveniny) –
příliš malý spád pro transport splavenin.

Dominantní průtok
nMorfologie koryta reaguje na změny v hodnotě tzv. dominantního průtoku.
nDominantní průtok –průtok který v korytě vykonává nejvíce práce; práce = transport sedimentů.
nDominantní průtok ≈ korytotvorný průtok ≈ 1 až 2-letá povodeň.
Scan0077

Srovnání dominantního a korytotvorného průtoku
nŘeka Snake (Wyoming, USA)
nPrůměrný roční průtok = 14,6 m3.s-1
nDominantní průtok = 113 m3.s-1
nKorytotvorný průtok = 114 m3.s-1
Scan0078

Predikce budoucích změn
nPostup předpovědí změn koryta:
nobjasnění vztahu mezi přírodními podmínkami, odtokem a množstvím splavenin,
nobjasnění vlivu změn v odtoku a  množství splavenin na morfologii koryta.

Možné dopady klimatické změny na průměrný roční odtok a odnos sedimentů
Původní klima
Nové klima
Chladnější
(Tm – 5°C)
Vlhčí
(Pm + 250 mm)
Teplejší
(Tm + 2,5°C)
Vlhčí
(Pm + 250 mm)
Chladnější
(Tm – 5°C)
Sušší
(Pm – 125 mm)
Teplejší
(Tm + 2,5°C)
Sušší
(Pm – 125 mm)
Mírné
Tm = 10°C
Pm = 750 mm
Ru +
Sy –
Ru +
Sy – nebo Sy 0
Ru 0
Sy 0
Ru –
Sy +
Subhumidní
Tm = 12,5°C
Pm = 500 mm
Ru +
Sy –
Ru +
Sy –
Ru 0
Sy 0
Ru –
Sy 0
Semiaridní
Tm = 15°C
Pm = 350 mm
Ru +
Sy +
Ru +
Sy +
Ru –
Sy 0
Ru –
Sy –
Tm … průměrná roční teplota,
Pm … průměrné roční srážky,
Ru … průměrný roční odtok,
Sy … průměrný roční odnos sedimentů.

Empirické rovnice popisující vztahy mezi parametry koryta a průtokem a charakterem sedimentů
Parametr koryta
Funkční vztah
Šířka
w=44Qm0,38M-0,39
w=44Qma0,58M-0,37
Hloubka
d=0,51Qm0,29M0,34
d=0,12Qma0,42M0,35
Poměr šířka/hloubka
w/d=255M-1,08
w/d=80Qm0,10M-0,74
w/d=41Qma0,18M-0,74
Vlnová délka meandrů
λ=1935Qm0,34M-0,74
λ=394Qma0,48M-0,74
Křivolakost
S=0,94M0,25
Spád koryta
s=0,0036Qm-0,32M-0,38
Qm … průměrný roční průtok
Qma … průměrná roční povodeň
M … charakter unášených splavenin

Vliv změny průtoku a množství dnových splavenin na morfologii říčních koryt
nQ + → w+, d+, (w/d)+, λ+, s-
nQ – → w-, d-, (w/d)-, λ-, s+
nQsb + → w+, d-, (w/d)+, λ+, S-, s+
nQsb – → w-, d+, (w/d)-, λ-, S+, s-
n
nQ +, Qsb + → w+, d±, (w/d)+, λ+, S-, s±
nQ – , Qsb – → w-, d±, (w/d)-, λ-, S+, s±
nQ +, Qsb – → w±, d+, (w/d) ±, λ±, S±, s-
nQ – , Qsb + → w±, d-, (w/d) ±, λ±, S-, s+
n

Rekonstrukce změn morfologie koryta během holocénu
nZměny morfologie koryta řeky Colorado ve středním Texasu od konce posledního glaciálu po dnešek.
Scan0079

Rekonstrukce změn morfologie koryta během holocénu
nRekonstrukce vývoje morfologie koryta řeky Murrumbidgee (Nový Jižní Wales, Austrálie) v holocénu.
Scan0080