plik

Geomorfologiczne efekty działalności wody

na stoku

Hydrologia stoku

Znajomość podstawowych zasad funkcjonowania stoku pod względem hydrolo

gicznym jest niezbędna dla zrozumienia uwarunkowań i charakteru erozji wodnej w je
go obrębie. Woda pochodzi z opadu atmosferycznego i może: a)

po po

wierzchni w dół stoku w sposób rozproszony lub skoncentrowany, b) infiltrować
w grunt i odpływać podpowierzchniowo lub c) być czasowo retencjonowana w postaci

pokrywy

a po jej stopieniu spływać lub infiltrować.

tym,

część wód

opadowych będzie infiltrować w grunt, a

odpływać po powierzchni,

moż

liwości retencyjne różnych składników stokowego systemu hydrologicznego

7.1).

Część opadu jest przechwytywana przez roślinność w procesie zwanym intercepcją.

Ocean

Ryc. 7.1. Hydrologia stoku przedstawiona jako system zbiorników retencyjnych (wg

145

Przy

zwartej pokrywie roślinnej opad efektywny osiągający powierzchnię ziemi

może być zredukowany nawet o kilkadziesiąt procent. W dalszej kolejności część tej

wody jest oddawana z powrotem do atmosfery wskutek ewapotranspiracji, a tylko

część z opóźnieniem dociera do powierzchni.

Zdolności retencyjne

zależą od dwóch cech: pojemności wodnej i prze

puszczalności wodnej (RAMKA

Gdy intensywność opadu jest na tyle mała, że

grunt

w stanie

całą objętość wody, do odpływu powierzchniowego nie do

chodzi. System krążenia wody w gruncie jest na ogół bardzo złożony, można

wskazać jego główne elementy składowe. W wyżej położonej strefie aeracji część wo

dy przemieszcza się w pionie i po pewnym czasie osiąga zwierciadło wód podziem
nych wyznaczające strop strefy napełnienia wodą, czyli strefy saturacji. Dalszy ruch

wody w strefie saturacji odbywa się bardzo powoli. Znacznie szybsze jest krążenie wo

dy w strefie aeracji, gdzie jej część spływa w dół stoku, mniej więcej równolegle do je
go powierzchni, w postaci spływu

Jest on wymuszany pogarszają

cą się wraz z głębokością przepuszczalnością wodną podłoża. Zmniejszenie przepusz
czalności wynika z mniejszej objętości wolnych przestrzeni między ziarnami, ich wtór-

7.1

Przepuszczalność i pojemność wodna strefy aeracji i saturacji

Przepuszczalność - to zdolność gruntu do przewodzenia wody wolnej.

szybkość

ruchu wody w pionie, przy pełnym nasyceniu i w warunkach normalnego ciśnienia. Jest

wyrażana w jednostkach darcy (od nazwiska francuskiego badacza H. Darcy'ego).

czynnik przepuszczalności 1 darcy określa grunt, w którym przez 1

przekroju po

przecznego przepłynie w ciągu 1 s 1

cieczy, przy różnicy ciśnienia 1

na odcinku

1 cm.

Przepuszczalność gruntów różni się znacznie. Dla żwirów i grubych piasków wynosi 100

darcy, dla piasków drobnoziarnistych i lessów około

darcy, dla glin poniżej 0,1 dar

cy, dla iłów i niespękanych skał masywnych poniżej 0,001 darcy.
Pojemność wodna określa całkowitą objętość wody, która może zostać zmagazynowana

w jednostce objętości ośrodka skalnego. Woda gromadzi się w różnego rodzaju próżniach:

porach, pęknięciach i kawernach powstałych przez wyługowanie części substancji mine

Jej miarą są współczynnik porowatości, czyli stosunek objętości porów do objęto

ści całkowitej, oraz - dla zwięzłego podłoża skalnego - współczynnik szczelinowatości,

czyli stosunek sumarycznej powierzchni

do powierzchni poła pomiarowego. Po

rowatość skał i utworów powierzchniowych jest bardzo zróżnicowana, od mniej niż 2%

dla większości skał zwięzłych, przez

dla piasków do ponad 75% dla torfów. War

to zauważyć, że iły mogą osiągać bardzo wysokie współczynniki porowatości

50%), ale

ze względu na bardzo małe rozmiary porów ich przepuszczalność jest bardzo mała.
Grunt znajduje się w stanie saturacji, gdy wszystkie wolne przestrzenie są wypełnione wo

dą. Dolną granicę tej strefy wyznacza strop nieprzepuszczalnego podłoża skalnego, górna

granica jest zmienna i zależy od wielkości i ciągłości zasilania wodami atmosferycznymi.

Jeśli tylko część wolnych przestrzeni jest wypełniona wodą, mówimy o strefie aeracji.

146

nego zapełnienia przez drobne cząstki z przemywanych partii przypowierzchniowych
oraz tworzenia się poziomych stref akumulacji związków żelaza (orsztynu) lub węgla
nu wapnia.

Do spływu powierzchniowego dochodzi w dwóch sytuacjach. Po pierwsze, gdy

przepuszczalność wodna podłoża jest

w stosunku do intensywności

opadu. Odpływ jest inicjowany podczas szczególnie wydajnych deszczów, zwłaszcza
na stokach podścielonych przez grunty słabo przepuszczalne: ilaste i gliniaste, ale

zbite i mające w stropie skorupy scementowane związkami wytrącającymi się pod

czas parowania. Ten rodzaj spływu powierzchniowego pojawia się dość powszechnie
w obszarach o klimacie półsuchym i suchym. Po drugie, pojawieniu się spływu po
wierzchniowego sprzyja czasowe podniesienie się zwierciadła wód podziemnych do
powierzchni terenu i zanik strefy aeracji. Dochodzi do tego w trakcie długich okresów
deszczowych, przy czym intensywność opadu wcale nie musi być duża. Zanik strefy
aeracji jest ułatwiony tam, gdzie strop strefy saturacji jest położony blisko powierzch
ni, a więc w obniżeniach powierzchni

zwłaszcza w pobliżu den dolin. W tym

ostatnim przypadku do odpływu powierzchniowego zmuszone są wody, które wcze
śniej krążyły w gruncie w postaci spływu

Ten rodzaj spływu jest ty

powy dla obszarów o klimacie wilgotnym oraz sezonowo zmiennym, podczas pory
deszczowej.

Jak więc widać, na charakter systemu hydrologicznego indywidualnego stoku

wiele czynników i uwarunkowań. Najważniejsze są właściwości wodne gruntu

i charakter opadu (czas trwania, intensywność, rozkład w ciągu roku). Dodatkową ro
lę odgrywają topografia powierzchni stokowej i charakter pokrywy roślinnej. Z wyjąt
kiem cech opadu wszystkie pozostałe uwarunkowania mogą być modyfikowane przez

dlatego problematyka erozji wodnej na stoku jest tym działem geomorfo

logii, w którym relacje człowiek-środowisko są szczególnie mocno eksponowane.
Działania i zjawiska towarzyszące użytkowaniu rolniczemu, a więc

gruntu

pod wpływem maszyn rolniczych, wyrównywanie stoku oraz likwidacja zadrzewień
i miedz śródpolnych, stwarzanie charakterystycznej mikrorzeźby (bruzdy przy upra
wie roślin okopowych) i rozrzedzenie pokrywy roślinnej zwiększają prawdopodobień
stwo wystąpienia spływu powierzchniowego, a w konsekwencji erozji. Wypracowanie
odpowiednich sposobów zapobiegania tej erozji, zwanej erozją gleb, jest jednym z za
dań stojących przed geomorfologią stosowaną.

znaczenie deszczu

Pierwszym etapem erozji wodnej na stoku jest degradacja pod wpływem uderzeń

kropel deszczu. Oczywiście dochodzi do niej jedynie wówczas, gdy brak pokrywy ro
ślinnej lub jest ona na tyle rozproszona, że krople mogą docierać bezpośrednio do od
słoniętej powierzchni gruntu. Erozja deszczowa zachodzi więc głównie na stokach wy
korzystywanych rolniczo, a w warunkach naturalnych przede wszystkim w obszarach
półpustynnych i pustynnych.

Wielkość erozji zależy od energii przekazywanej przez kroplę uderzającą w grunt,

ta z kolei zależy od prędkości opadania kropli i jej masy (tab. 7.1). Średnica kropli

147

Tab. 7.1. Wielkość i maksymalna prędkość opadania kropel deszczu dla opadów o różnej intensywności

Rodzaj opadu

Intensywność

(mm

Średnia średnica

kropel (mm)

Maksymalna prędkość

opadania (m

Mżawka

0,25

0,9

4,1

Lekki deszcz

1,2

Umiarkowany deszcz

1,6

5,7

Silny deszcz

6,7

Ulewa

7,3

Na podstawie:

M.J., 1993,

Materials and Processes.

Oxford University Press, Oxford; tab. 12.1 (s. 223).

deszczu wynosi najczęściej 1-2 mm, ale w trakcie potężnych ulew tropikalnych mogą
one osiągać nawet 5-6 mm. Największe efekty erozyjne związane są z intensywnymi
i

ulewami, natomiast przy intensywności mniejszej niż 25 mm

są

one nieznaczne.

Geomorfologiczne skutki bombardowania przez krople deszczu są różnorodne.

Należą do nich rozbicie agregatów mineralnych pod wpływem uderzenia, przesunię
cie ziaren mineralnych po powierzchni oraz wyrzucenie mniejszych ziaren w powie
trze, na odległość do kilkudziesięciu centymetrów. Na stoku o nachyleniu ponad 20°

większość ziaren przemieszcza się w dół. W miejscu uderzenia powstają niewielkie

kratery, których obecność ukierunkowuje spływ wody po powierzchni, a w konse
kwencji erozję liniową. Równocześnie jednak pod wpływem deszczu dochodzi do

gruntu, ponieważ drobne ziarna, opadając na ziemię wypełniają próżnie

istniejące pomiędzy większymi ziarnami i agregatami. Powoduje to zmniejszenie moż
liwości pochłaniania wody przez grunt, co ułatwia inicjację spływu powierzchniowe
go. Biorąc pod uwagę powstające formy, skutki bombardowania są niewielkie. Głów
ne znaczenie opadu deszczowego polega na rozluźnieniu struktury warstwy po

wierzchniowej i przygotowaniu

w ten sposób do dalszego transportu za sprawą in

nych czynników erozyjnych.

Spływ

Geomorfologiczne znaczenie spływu

jest dwojakie i odzwier

ciedla dwa rodzaje interakcji pomiędzy wodą a podłożem skalnym - chemiczne i fi
zyczne. Przechodzenie do roztworu substancji mineralnych zawartych w skale (zwie-

glebie), czyli ługowanie, i ich odprowadzanie do rzek poprzez spływ śród

pokrywowy jest istotą denudacji chemicznej (zob. rozdział 7.7). Spływ podziemny ma
też w pewnych szczególnych przypadkach zdolność oddziaływania mechanicznego.
Powoduje on wymywanie ziaren ze struktury gruntu i ich transport w postaci stałej.
Spływ śródpokrywowy może odbywać się w formie skoncentrowanej (strumienie
podziemne) i

Wymywanie jest związane ze strumieniami podziemny

mi, natomiast ługowanie głównie ze spływem rozproszonym. Prędkość spływu pod
ziemnego różnicuje się w szerokich granicach i na ogół nie przekracza 1 m

148

W szerokich tunelach podziemnych jego prędkość może jednak przekraczać

100

a spływ odbywa się w sposób turbulentny.

Wymywanie cząstek gruntu przez strumienie podziemne jest określane jako

(ang.

niekiedy także jako erozja tunelowa. Tworzące się w ten spo

sób kanały podziemne są zróżnicowane pod względem średnicy od kilku milimetrów
do ponad 1 m, a długość złożonych systemów tuneli może przekraczać 1 km. W nie
których przypadkach ich wielkość pozwala na penetrację przez ludzi, tak że są one
uznawane za jaskinie.

Zjawisko sufozji jest szczególnie powszechne w mało zwięzłych utworach pyło

wych (lessach), ale występuje także w utworach ilastych, przede wszystkim w klimacie
półsuchym, oraz w torfach. Inicjalnymi drogami krążenia wód są powierzchnie spę
kań i korytarze drążone przez zwierzęta ryjące, skoncentrowany przepływ może za

chodzić także wzdłuż korzeni. W skałach ilastych ważną rolę odgrywają szczeliny
z wysychania, wykorzystywane i pogłębiane przez wody opadowe. Korytarze sufozyj-

mogą także rozwijać się od wylotu w głąb, wskutek porywania pojedynczych ziaren

przez wody

na powierzchnię.

występuje również w niektórych

skałach zwięzłych, jeśli ich struktura pozwala na odrywanie pojedynczych ziaren przez

wodę płynącą. Warunek ten spełniają między innymi piaskowce o dobrze rozwiniętym

systemie ciosu, w których istniejące spękania są poszerzane wskutek sufozji (ryc. 7.2).

Kilka dalszych warunków powinno być spełnionych, aby

mogła działać

efektywnie. Po pierwsze, strumień wody podziemnej musi mieć na tyle dużą energię,

7.2. Piaszczyste stożki przy wylocie szcze

lin są świadectwem sufozji, rezerwat

Krasnoludków", Sudety (fot. Migoń)

149

a) b) c)

7.3. Uwarunkowania sufozji: a) obecność

pęknięć, sięgających poniżej warstwy

czalnej, b) obecność warstwy nieprzepuszczalnej w podłożu, c) spływ podziemny w kierunku zamknięcia

wąwozu

aby mógł erozyjnie oddziaływać na ściany i dno tunelu. Jest to ułatwione przy prze
pływie turbulentnym, któremu z kolei

duży przekrój poprzeczny formy ini

oraz duży gradient hydrauliczny. Po drugie, ważna jest obecność warstw nie

przepuszczalnych lub słabiej przepuszczalnych na większej głębokości. Wymuszają
one przepływ warstwowy i powodują koncentrację erozji (ryc. 7.3).

Geomorfologiczne efekty sufozji na powierzchni terenu długo pozostają mało wi

doczne. Należą do nich płytkie niecki, zwane wymokami, oraz strefy akumulacji
mytego materiału u wylotu kanałów, niekiedy deponowane w formie stożków napły

wowych. Znacznie poważniejsze, także z gospodarczego punktu widzenia, są konse

kwencje zapadania się stropów tuneli sufozyjnych. Powstają wówczas zapadliska

7.4. Wąwóz rozcinający osady wypełniające dno suchej doliny i rozwijający się wskutek szybkiej erozji

wstecznej, o czym świadczą liczne amfiteatralne podcięcia wzdłuż zboczy wąwozu, pd. Brazylia (fot. Migoń)

150

o stromych ścianach i głębokości do kilku metrów, z czasem przekształcane w leje su-
fozyjne. Znaczące są skutki sufozji skoncentrowanej w miejscach wypływu wód pod
ziemnych. Początkowo rozwijają się w takich miejscach nisze i okapy, które z czasem
ulegają zarwaniu, mogą też występować niewielkie osuwiska. W konsekwencji stok
cofa się. Zjawisko to jest określane jako erozja wsteczna, gdyż jej motorem jest nisz
cząca działalność wody. Ma ono istotne znaczenie w rozwoju wąwozów, zwłaszcza
w obszarach lessowych, a jego tempo w skrajnych przypadkach wynosi nawet do kil
kudziesięciu metrów na dobę

7.4).

Spływ powierzchniowy i jego skutki

Spływ powierzchniowy przyjmuje dwie podstawowe formy. Pierwsza - to spływ

warstwowy, którego istotą jest przemieszczanie się warstwy wody po całej powierzch
ni stoku. Jest to więc równocześnie spływ nieskoncentrowany. Druga - to skoncentro
wany spływ liniowy, który dokonuje się wyraźnie określonymi drogami i powoduje
powstanie efemerycznych lub epizodycznych koryt. Spływ warstwowy w idealnej po
staci występuje bardzo rzadko, gdyż mikrotopografia stoku wymusza koncentrację

spływu. Najkorzystniejsze warunki dla spływu warstwowego występują u podnóża sto
ku, gdzie zmniejszenie nachylenia powoduje rozlewanie się wód z koryt stokowych na
boki. Te dwa rodzaje spływu mają nieco odmienne konsekwencje geomorfologiczne,
zarówno w górnej, jak i dolnej części stoku. Spływ warstwowy powoduje w miarę rów
nomierne zdzieranie materiału z powierzchni stoku, określane jako spłukiwanie lub

powierzchniowy. Z kolei w dolnej części stoku

zachodzi w szerokiej

strefie. Spływ liniowy powoduje erozję liniową. U podstawy stoku, przy wylocie form
erozyjnych, akumulacja powoduje powstanie stożków napływowych, ale często formy
erozyjne łączą się z aktywnymi korytami rzecznymi i do akumulacji podstokowej

w ogóle nie dochodzi.

Spłukiwanie

Spłukiwanie (ang. sheet

zachodzi wskutek spływu warstwowego, ale istotną

rolę w jego przebiegu odgrywa także bombardowanie kroplami deszczu. Dzieje się
tak, ponieważ siła erozyjna wolno spływającej (na ogół

0,5 m

cienkiej (do

20 mm) warstwy wody jest często

do pokonania oporów powierzch

ni: sił kohezji i tarcia. Bombardowanie (zob. rozdział 7.2) powoduje rozbijanie agre
gatów glebowych na mniejsze cząstki, które następnie mogą być unoszone w warstwie
wodnej. Im mniejsza grubość tej warstwy i bardziej gruboziarnista struktura gruntu,
tym większe jest znaczenie bombardowania.

Efektywność spłukiwania jest największa na wypukłych odcinkach stoku, gdzie

liniowe formy erozyjne tworzą się z trudem. Efektem tego procesu jest usunięcie
przypowierzchniowej warstwy mineralnej i odsłonięcie głębszych horyzontów pokry
wy zwietrzelinowej lub warstw osadowych. Dłuższe działanie spłukiwania może do
prowadzić do całkowitego zdarcia luźnych utworów pokrywowych i odsłonięcia skal
nego podłoża (fot. 6). W obszarach o klimacie wilgotnym, również w Polsce,

151

waniu podlegają przede wszystkim górne horyzonty profilu glebowego, bogate
w związki humusowe o ciemnej barwie. Przejawem tych zjawisk jest często spotykany,
jaśniejszy ton powierzchni terenu w górnych partiach stoku. W środkowej i dolnej

części stoku efektywność spłukiwania maleje, ponieważ warstwa wody jest już zwykle
całkowicie obciążona materiałem i niezdolna do transportu jego dodatkowych ilości.
Wielkość spłukiwania wyrażana jest na różne sposoby: jako grubość zdartej warstwy

w jednostce czasu (np. w mm na rok) lub jako masa usuniętego materiału na jednost

kę powierzchni w czasie (np. w g

Materiał spłukany z górnej części stoku jest osadzany w części

ewentual

nie w obrębie spłaszczeń i zagłębień w obrębie stoku. Powstały w ten sposób sedy-

określany jest jako utwór deluwialny lub w skrócie jako deluwium. Deluwia są

utworami drobnoziarnistymi, najczęściej piaszczysto-pylastymi, często

warstwową budowę lub przynajmniej niewyraźną

Poszczególne warstwy

odpowiadają poszczególnym epizodom spłukiwania. Mogą one zawierać soczewki
materiału grubszego, powstałe w trakcie szczególnie intensywnych opadów i wyjątko

wo wydajnego spływu. Grubość deluwiów jest bardzo zróżnicowana i odzwierciedla

głównie warunki lokalne, w tym zwłaszcza sumaryczny czas oddziaływania spłukiwa
nia i podatność pokrywy stokowej na erozję. Może ona dochodzić do 10 m.

Spłukiwanie było i nadal jest przedmiotem licznych programów badań tereno

wych. Typową metodą pomiaru jego intensywności jest zakładanie specjalnych pole

tek obserwacyjnych o znanej powierzchni, ograniczonych od dołu chwytaczem spłuki

wanego materiału. Najczęściej obserwacje prowadzone są równocześnie na kilku po

letkach, różniących się od siebie cechami powierzchni (np. zwartością roślinności, na
chyleniem, długością stoku), a w pobliżu jest zakładany posterunek meteorologiczny

7.5). Dzięki takim badaniom było możliwe udokumentowanie różnorodności

7.5. Poletka eksperymentalne do badania

powierzchniowego (fot. Migoń)

152

Tab. 7.2. Wielkość spłukiwania na stokach o różnym nachyleniu i sposobie użytkowania gruntu

(w okolicach Szymbarku, Beskidy)

Nachylenie stoku

Rośliny okopowe

Zboża

Użytki zielone

Lasy

Spłukiwanie w mm rok

10°

1,05

0,0015

0,001

0,000 001

20°

2,96

0,0042

0,0027

0,000 003

30°

5,21

0,0076

0,005

0,000 004

Spłukiwanie w t

10°

26,1

0,038

0,02

0,000 028

20°

71,6

0,1

0,07

0,000 073

30°

130,0

0,19

0,125

0,000 135

Uwaga: Zestawienie to ukazuje przede wszystkim znaczne różnice w skali spłukiwania, sięgających kilku rzędów wielkości. Konkretne wartości
na różnych stokach w różnych środowiskach mogą się istotnie różnić od tych wartości.

Gil

1976. Spłukiwane gleby na stokach fliszowych w rejonie Szymbarku. Dokumentacja Geograficzna PAN, z. 2.

uwarunkowań spłukiwania. Wśród nich najważniejsze znaczenie ma sposób użytko

wania terenu, znajdujący swoje odbicie w charakterze i zwartości roślinności (tab.

7.2).

osiąga największe rozmiary na stokach rolniczych, jest wielokrotnie

mniejsze na pastwiskach oraz w lesie o skąpym podszycie. Na łąkach i w lesie o gę
stym podszycie spłukiwanie jest znikome. Dużą rolę proces ten odgrywa w klimacie
półsuchym, gdzie naturalna zwartość pokrywy roślinnej jest mała, a może być jeszcze
dodatkowo

wskutek wypasu kóz i owiec.

Do dalszych uwarunkowań należą rzeźba stoku, w tym jego nachylenie i długość

(spłukiwanie jest inicjowane łatwiej na stokach dłuższych i bardziej stromych), litolo

giczne cechy podłoża oraz wielkość opadu, w tym wielkość kropel deszczu. Wielość
tych czynników powoduje, że ustalenie uniwersalnych warunków progowych do zaini
cjowania spływu powierzchniowego, w szczególności sum opadu i jego intensywności,

jest niemożliwe.

7.4.2. Erozja liniowa

Spływ skoncentrowany jest odpowiedzialny za różne przejawy erozji liniowej na

stoku, a więc za rozcinanie powierzchni stokowej. Intensywność erozji zależy od tych
samych czynników, które decydują o efektywności spłukiwania. Należą do nich z jed
nej strony charakter opadu i jego natężenie, a z drugiej cechy powierzchni stokowej:

jej długość, nachylenie i rzeźba, litologiczne cechy podłoża, charakter roślinności

oraz sposób użytkowania na terenach zagospodarowanych (RAMKA 7.2). Najogól
niej rzecz ujmując, pozbawione roślinności długie stoki o dużym nachyleniu, zbudo

wane z mało zwięzłych utworów geologicznych, są najbardziej narażone na erozję
liniową.

Geomorfologicznym skutkiem erozji liniowej jest powstanie na stoku podłużnych

zagłębień, pełniących funkcję koryt dla przemieszczającej się po stoku wody. Trady-

153

Ramka 7.2

Równanie

Równanie Manninga pokazuje związek między prędkością strumienia i geometrycznymi

parametrami koryta i ma postać:

l/n

gdzie: R - promień hydrauliczny, S - średni spadek podłużny koryta, n - wskaźnik szorst

kości podłoża. Promień hydrauliczny jest stosunkiem powierzchni przekroju poprzeczne

go koryta do długości obwodu zwilżonego.
Wskaźnik szorstkości przyjmuje różne wartości dla różnych typów koryta:

Koryta sztuczne, obetonowane

0,011-0,017

Kanały i rowy

w materiale drobnoziarnistym
w żwirach

koryto skalne

0,016-0,030
0,022-0,030
0,025-0,060

Koryta naturalne

gładkie dno w aluwiach
otoczaki w korycie i roślinność wodna
głazy w korycie lub roślinność krzewista
rumowisko skalne lub drzewa

0,025-0,040
0,030-0,045
0,050-0,080
0,075-0,150

1993, Hillslope

and

Oxford University Press, Oxford.

cyjnie wyróżniane są dwa rodzaje takich koryt stokowych, a kryterium podziału jest

wielkość i trwałość w rzeźbie stoku. Najmniejsze formy nazywane są żłobinami (ang.
rilt).

Są to niewielkie koryta szerokości do kilkudziesięciu centymetrów i głębokości

do 20-30 cm, najczęściej o V-kształtnym profilu poprzecznym. W dół stoku stają się
one na ogół głębsze, ich profil podłużny jest niewyrównany, z licznymi progami i ko
ciołkami. W wielu przypadkach żłobiny nie tworzą zintegrowanego systemu drenażu
na stoku, a poszczególne koryta spłycają się i zanikają. Są to formy nietrwałe. Mogą
powstawać i ulegać zanikowi w trakcie tego samego epizodu opadowo-spływowego,
natomiast po ustaniu opadu mogą być łatwo zlikwidowane przez przeoranie. Rozwój
żłobin jest określany jako erozja żłobinowa lub bruzdowa (fot. 7).

Wyraźną predyspozycję do rozwoju żłobin stwarzają rodzaj upraw na stoku i kie

runek orki. Szczególnie podatne są stoki zajęte przez uprawy roślin okopowych, głów
nie ziemniaków. Obniżenia pomiędzy grzędami, niechronione przez pokrywę roślin
ną, są poddawane silnej erozji, a ich pogłębienie podczas jednego epizodu erozyjne
go może sięgać ponad 0,5 m. U wylotu bruzd tworzą się wówczas rozległe stożki na
pływowe (RAMKA 7.3).

154

Ramka 7.3

Erozyjne i akumulacyjne skutki ulewnych deszczów

Obszernie

udokumentowane krótkotrwałe

12 V 1990 r.

w godzinach wieczornych koło

na Dolnym Śląsku. Szacuje się, że w ciągu oko

20 minut spadło

mm deszczu, a sumaryczny przepływ w

ciekach wzrósł

z 0,1 do 11,5

a więc ponad 100 razy.

Geomorfologiczne skutki gwałtownego spływu wód opadowych - to:

• epizodyczne koryta w dnach suchych

denudacyjnych,

•

rozmieszczone bruzdy erozyjne na stokach,

• wanny i kociołki eworsyjne na linii spływu,

• tunele i studnie sufozyjne,

• stożki deluwialne (największe o promieniu do 80 m),

• pokrywy deluwialne na roślinności,

• nadbudowa dna doliny osadami

a) ukształtowanie terenu, b) skutki geomorfologiczne: 1 - epizodyczne koryta i stożki deluwialne,
2 - pola bruzd erozyjnych, 3 - strefa akumulacji u podnóża stoku, 4 - strefa akumulacji na spłaszcze
niach antropogenicznych, 5 - skarpy teras rolnych, 6 - pole kukurydzy, 7 - inne uprawy i pastwiska

Teisseyre A.K., 1994. Spływ stokowy i współczesne osady

w lessowym rejonie Henrykowa na Dolnym Śląsku.

Acta Uni-

versitatis Wratislaviensis 1586, Prace Geologiczno-Mineralogiczne, t. 43.

155

Całokształt procesów prowadzących do powstania i rozwoju form większych

i trwalszych niż żłobiny jest określany jako erozja wąwozowa (ang.

erosion).

For

my te są jednak bardzo zróżnicowane pod względem wielkości, kierunku
ceń rzeźby, charakteru dna i zboczy. Rozwój części z nich, zwłaszcza form mniejszych,
może być przypisany wyłącznie niszczącej działalności wód płynącej po powierzchni.
Większe formy mają jednak genezę złożoną, a obok erozji liniowej ważną rolę odgry

wają inne procesy: erozja

i ruchy masowe.

Wąwozy i formy pokrewne

Wąwozy (ang. gully) - to w ścisłym znaczeniu pozbawione stałego odpływu doli

ny o specyficznych cechach morfologicznych. Epizodyczność odpływu i, co za tym
idzie, brak trwałych form korytowych, wyróżnia wąwozy spośród dolin rzecznych. Ty
powe cechy rzeźby wąwozów to wąskie dno o niewyrównanym spadku podłużnym,
strome, miejscami nawet urwiste zbocza, zakończone u góry wyraźnym załomem sto
ku. Często wąwozy rozpoczynają się nagle, a łagodnie nachylona powierzchnia stoku
bądź wierzchowiny jest podcięta amfiteatrem o stromych zboczach. Długość wąwo
zów jest zróżnicowana. Małe formy mogą mieć zaledwie kilkanaście metrów długości,
duże osiągają wiele kilometrów. Wąwozy mogą występować pojedynczo, ale w wielu
obszarach tworzą bardzo rozbudowane systemy o hierarchicznym charakterze i łącz
nej długości dziesiątków kilometrów (ryc. 7.6). Zróżnicowana jest także głębokość

wąwozów, od kilku do ponad 100 m. Wąwozy rozwijają się w podłożu, które jest ma

ło odporne na erozję liniową, ale równocześnie na tyle wytrzymałe, że mogą w nim

7.6. Wąwozy w krajobrazie lessowym Wyżyny Lubelskiej, okolice

(na

Atlasu

form i typów rzeźby terenu Polski,

1960)

156

tworzyć się i utrzymywać zbocza o dużym nachyleniu, a nawet pionowe ściany. Jest to
w znacznym stopniu uzależnione od wilgotności

W stanie suchym strome

zbocza wąwozów są bardzo odporne na degradację, a największe systemy wąwozów

w obszarach o klimacie z wyraźną porą suchą. Szczególnie predysponowa

ne do rozwoju wąwozów są utwory pyłowe, zwłaszcza less, oraz piaszczysto-pylaste

osady dawnych jezior. Erozja wąwozowa zachodzi także w pokrywach

zwietrzelinowych, utworach stokowych różnej genezy, lokalnie także w utworach
cjalnych oraz popiołach wulkanicznych. W Polsce wąwozy są związane głównie z ob
szarami występowania lessu i

szczególnie obficie na Płaskowyżu Nałęczow

skim, na Roztoczu, w okolicach Sandomierza i na Płaskowyżu Proszowickim.

W języku potocznym przyjęło się używać określenia „wąwóz" także w odniesie

niu do innych suchych dolin

stoki, mimo że nie

one wszystkich

kryteriów

Stoki strome są niekiedy rozcinane

przez krótkie suche dolinki o dużym i niewyrównanym spadku (a więc jak w przypad
ku wąwozów), ale ich dno jest bardzo wąskie, a w profilu poprzecznym przypominają
one literę

Określane są one jako debrze, ale termin jest rzadko używany. Z ko

lei termin parów opisuje suchą dolinę, której dno jest już dość szerokie, spadek bar
dziej wyrównany, a zbocza złagodzone, pozbawione segmentów urwistych i - jeśli
pozwalają na to warunki klimatyczne - trwale zalesione.

W rozwoju wąwozów i form pokrewnych biorą udział różne procesy rzeźbotwór-

cze. Erozyjne oddziaływanie wody odpływającej w sposób skoncentrowany po po

wierzchni stoku ma największe znaczenie w powstawaniu debrzy.

typowych

form wąwozowych jest znacznie bardziej złożona i może przebiegać w różny sposób

(ryc. 7.7). Rozwój części wąwozów jest inicjowany przez silną erozję liniową, w wyni
ku czego w pewnym segmencie stoku powstaje wyraźnie wcięta forma dolinna. Może

być ona połączona z dnem doliny rzecznej

ale znane są też wąwozy występu

jące w izolacji. Uwarunkowania litologiczne erozji wąwozowej (podłoże o dużym

udziale frakcji pylastej)

także sufozji i to ona zaczyna odgrywać bardzo waż

ną rolę w dalszym rozwoju wąwozu. Nowa forma ukierunkowuje spływ podpo-

wierzchniowy, a podziemne strumienie wypływają na powierzchnię na zboczach ini

cjalnego wąwozu. W miejscach wypływu następuje największy ubytek materiału, two
rzą się i powiększają niewielkie nisze i kotły źródliskowe, rozrastając się w górę zbo
czy. Szczególnego znaczenia nabiera ten proces w górnym zamknięciu wąwozu, który

w efekcie rozrasta się w górę stoku, a jego całkowita długość rośnie. Mamy zatem do

czynienia ze zjawiskiem erozji wstecznej. Wzrost ilości wody epizodycznie płynącej
dnem wąwozu

dna i

pogłębianie formy także w niżej poło

żonych odcinkach. Za tym postępuje wzrost nachylenia zboczy, na których od czasu
do czasu dochodzi do obrywów, a wąwóz poszerza się. Obrywy zapewniają trwałość
pionowych ścian wąwozu, ale oberwany materiał skalny pozostaje u ich podnóża
i wskutek braku stałego odpływu nie może zostać usunięty. W ten sposób wraz z upły
wem czasu

poprzeczny wąwozu ulega złagodzeniu, a wąwóz przybiera cechy pa-

Należy wspomnieć, że określenie „wąwóz" pojawia się niekiedy także w odniesieniu do odcinków

dolin rzecznych, w tym gardzieli skalnych (np. wąwóz Kraków w Tatrach Zachodnich). Są to nazwy zwycza

jowe i nie można ich stosować w opisie geomorfologicznym.

157

Wąwozy Parów

Ryc. 7.7. Rozwój wąwozów i form pokrewnych (wg M. Klimaszewskiego)

rowu. Spełzywanie prowadzi do dalszego zmniejszenia nachylenia zboczy. Należy za
uważyć, że jedna forma dolinna może mieć na pewnych odcinkach cechy wąwozu

w ścisłym znaczeniu tego terminu, a na innych przypominać parów. Zwykle różnice

takie wskazują na pewne tendencje ewolucyjne w rozwoju danej doliny.

Powstanie

formy wąwozowej może nastąpić także w inny sposób. Część

wąwozów powstała przez zawalenie się stropu dużego tunelu sufozyjnego, przebiega

jącego płytko pod powierzchnią terenu. Na niektórych obszarach bardzo istotne są

uwarunkowania antropogeniczne. Wąwozy powstają w nich z przeobrażenia nie
utwardzonych dróg w obrębie stoku lub rynien używanych do zrywki drzewa. Erozja

wąwozowa może zostać także zapoczątkowana w miejscu, gdzie przerwana

ciągłość pokrywy roślinnej na stoku lub gdzie w wyniku prac ziemnych zostało nacię
te zwierciadło wód podziemnych.

Erozja wąwozowa zachodzi najczęściej w sposób epizodyczny, podczas opadów

o dużej intensywności. Wówczas wąwozami odbywa się spływ powierzchniowy, inten

się także odpływ podziemny z przyległych fragmentów stoku w kierunku wą

wozu. Następuje pogłębianie doliny i rozwija się erozja wsteczna, której towarzyszą

ruchy masowe na podcinanych i rozmywanych zboczach. W okresach rozdzielających
te epizody rzeźba wąwozów zmienia się w niewielkim stopniu, a zbocza w stanie su
chym utrzymują swoją stromość.

Znaczne natężenie erozji wąwozowej na dużym obszarze powoduje rozwój wyjąt

kowego rodzaju krajobrazu określanego mianem badlandu, czyli „złych

(ang.

land -

dosłownie „zła ziemia"). Cechuje się on znaczną gęstością wąwozów, de-

brzy i parowów, tworzących rozbudowane systemy o znacznej gęstości powierzchnio

Powierzchnie o niewielkim nachyleniu pomiędzy formami dolinnymi są zreduko

wane do minimum, sąsiednie wąwozy są często rozdzielone ostrymi grzbietami. Takie

obszary nie nadają się praktycznie do jakiejkolwiek działalności gospodarczej, są też
trudne do przejścia, stąd ich nazwa. W doskonałej postaci są one rozwinięte w

158

półsuchym,

w środkowo-zachodniej części Stanów Zjednoczonych (park na

rodowy Badlands w Dakocie

Występują również w wielu miejscach

w basenie Morza Śródziemnego (fot. 8), przy czym część z nich powstała w miejscach
poddanych nadmiernej presji człowieka (wylesienie, wypas). Obszary te zostały po
zbawione szaty roślinnej, co przy podatnym podłożu otworzyło drogę do erozji, któ

rej rozwoju nie można było zahamować.

7.6.

Denudacja chemiczna

Niezależnie od różnych przejawów erozji powierzchniowej i podziemnej w obrę

bie stoku zachodzą także procesy geochemiczne

się na

chemicz

ną. Terminem tym określa się ubytek masy skalnej z danego obszaru, odprowadzanej
w postaci rozpuszczonej

Oceny denudacji chemicznej i jej

zmienności dokonuje się najczęściej przez analizę chemiczną wód rzecznych, ponie

waż rzeki są ostatecznym odbiornikiem wód podziemnych zawierających materiał

rozpuszczony. Przedmiotem analizy mogą być poszczególne składniki (jony) lub prze-

Tab. 7.3. Denudacja chemiczna w wybranych obszarach granitowych świata, na podstawie badań w zlew

niach eksperymentalnych

Zlewnia

Roczna

suma

opadu (mm)

Średnia

roczna

temperatura

Roczny

(mm)

Całkowity

transport

krzemionki

(mol

Całkowity

transport
kationów
(mol

Całkowity

transport

materiału

rozpuszczo

nego (kg

583

2,4

252

243

(Kanada)

Sogndal (Szwecja)

984

n/a

875

141

145

(Kamerun)

1751

24,0

380

479

268

Panola (St. Zjedn.)

1149

15,3

338

676

425

Juiadale

1220

13,8

385

942

565

(Zimbabwe)

White Laggan

2822

6,0

2185

1004

1512

(Wielka Brytania)

Creek

4541

3,4

3668

1534

1714

(Kanada)

(Japonia)

1587

13,1

721

2580

2110

128

2300

27,0

822

1384

3681

142

(Indie)
Ilambalari (Indie)

3800

27,0

2019

3875

6021

281

Rio Icacos

4300

22,0

3680

8066

7552

443

(Puerto Rico)

Źródło: 01iva

Viers

2003. Chemical

environments.

Chemical Geology, 202, s. 225-56.

159

wodność elektryczna wody, będąca miarą

ładunku jonowego. Koncentra

cja jonów jest zwykle wyrażana w miligramach na litr (mg

przy czym duża kon

centracja przy niewielkim odpływie wcale nie oznacza dużej denudacji chemicznej.
Całościową denudację chemiczną wyraża się na ogół w t

Niezbędnym prekursorem denudacji chemicznej jest wietrzenie chemiczne (zob.

rozdział 5.3), natomiast jej wydajność zależy przede wszystkim od lokalnych warun
ków hydrologicznych. Decydują one o tym, ile substancji rozpuszczonej może być
odprowadzone z danego obszaru w jednostce czasu. Największe możliwości w tym
zakresie występują w obszarach wilgotnych o dużej energii rzeźby, która umożliwia
swobodny i szybki drenaż podpowierzchniowy. Najwyższe wskaźniki denudacji che
micznej w skali globalnej odnotowano w obszarach górskich w klimacie wilgotnym
(tab. 7.3). Istotny jest także charakter podłoża. Denudacja chemiczna obszarów zbu
dowanych z wapieni, gipsów i skał solnych jest na ogół wielokrotnie wyższa niż denu
dacja sąsiednich obszarów zbudowanych ze skał krystalicznych lub piaskowców. Da
ne o wielkości denudacji chemicznej w Polsce zawiera tabela 7.4.

Kluczowe znaczenie w ocenie denudacji chemicznej na podstawie wielkości ładun

ku rozpuszczonego w wodzie płynącej ma właściwe rozdzielenie różnych źródeł jego
pochodzenia. Tylko część tego ładunku jest rezultatem wietrzenia podłoża skalnego,
pozostała pochodzi z innych źródeł, wśród których

atmosferyczna i aktyw

ność biosfery są najważniejsze. Takie składniki, jak azotany i fosforany, w znikomym
stopniu pochodzą z rozkładu skał. Udział komponentu niedenudacyjnego rośnie
że wraz z zanieczyszczeniem atmosfery. Proporcja rzeczywistego udziału denudacji

waha się w bardzo szerokich granicach, od około 90% w wapiennych obszarach gór

skich o wilgotnym klimacie do zaledwie kilkunastu procent na obszarach nizinnych.

Denudacja chemiczna jest procesem niezwykle istotnym w kształtowaniu bilansu

denudacyjnego poszczególnych obszarów, ale jej bezpośrednie skutki geomorfolo
giczne są trudne do wskazania. Dzieje się tak, ponieważ chemicznemu wietrzeniu skal

Tab. 7.4. Przeciętna wielkość denudacji chemicznej w Polsce

Region

Przeciętna

denudacji

chemicznej (w t

Stosunek ilościowy denudacji

mechanicznej do chemicznej

Niziny środkowopolskie

15-30

1:10

Pojezierza

50-60

1:15

Wyżyny zbudowane ze skal

60-100

1:5

węglanowych
Wyżyny zbudowane ze skal

30-60

niewęglanowych
Kotliny podkarpackie

20-60

1:5

Karpaty fliszowe

60-110

1:1

Tatry - część wapienna

100-240

Tatry - część granitowa

15-30

Źródło: Maruszczak

1999. Denudacja

Geografia Polski. Środowisko przyrodnicze, L. Starkel

PWN Warszawa,

160

towarzyszy na ogół zmniejszenie gęstości ośrodka, tak więc ubytek masy wyrażany

w t

nie przekłada się w sposób bezpośredni na obniżenie powierzchni te

renu, wyrażane najczęściej w milimetrach na jednostkę czasu. Można jednak przy
puszczać, że nieckowate zagłębienia powierzchni stokowej, pozbawione jakiegokol

wiek odpływu powierzchniowego, zawdzięczają swój rozwój przynajmniej częściowo

denudacji

Geomorfologiczne efekty denudacji chemicznej stają

się oczywiste na terenach zbudowanych ze skał rozpuszczalnych, gdzie do roztworu
przechodzi niemal cała masa ośrodka skalnego (zob. rozdział 11).

Zapobieganie erozji wodnej na stoku

Erozja wodna na stoku w obszarach niezamieszkanych i nieużytkowanych jest na

ogół zjawiskiem neutralnym z punktu widzenia gospodarki

Percepcja tego

zjawiska zmienia się jednak diametralnie, gdy zachodzi na stokach użytkowanych rol
niczo. Efektem erozji jest głównie zdzieranie najbardziej produktywnej warstwy przy

bogatej w związki humusowe, zatem całokształt tych zjawisk okre

śla się mianem erozji gleb. Należy jednak pamiętać, że zmniejszanie rolniczej przy
datności danego terenu jest nie tylko skutkiem erozji powierzchniowej w wyniku spłu
kiwania lub erozji bruzdowej. Rozwój wąwozów i zapadlisk sufozyjnych powoduje

stoku i trudności w dostępie do terenu, uniemożliwiając na przykład

prace polowe z użyciem maszyn rolniczych. Negatywne konsekwencje erozji wodnej
występują także w terenach nierolniczych. Niewłaściwie prowadzone prace leśne mo
gą przyczynić się do rozwoju głębokich wąwozów wzdłuż dawnych dróg transportu pni
drzew, uniemożliwiając ruch pojazdów po drogach leśnych. Podczas intensywnych
opadów takie wąwozy prowadzą w dół stoku znaczne masy wody, skracając czas ich
dobiegu do koryt rzecznych, co zwiększa zagrożenie powodziowe.

Z tych powodów problematyka erozji wodnej na stoku ma bardzo duże znacze

nie praktyczne, a prowadzone w wielu obszarach badania

nie tylko do po

znania mechanizmów i uwarunkowań procesów erozyjnych, ale także do wypracowa
nia najlepszych metod zapobiegania niekorzystnym zjawiskom. Różnorodność uwa
runkowań zjawisk erozyjnych na stokach powoduje jednak, że trudno o rozwiązania
uniwersalne. W każdym obszarze muszą one być dostosowane do lokalnych warun
ków geologicznych, klimatycznych, rzeźby terenu, a także - co nie mniej ważne - do
uwarunkowań kulturowych.

Nie ulega wątpliwości, że najważniejsze jest takie użytkowanie terenu i jego za

gospodarowanie, aby procesy erozyjne nie miały możliwości rozwoju. Powstrzymanie
erozji liniowej może być osiągnięte na kilka nie

się wzajemnie sposo

bów. Przede wszystkim należy unikać tworzenia jakichkolwiek potencjalnych dróg od

powierzchniowego w dół stoku. Dlatego preferowane są orka wzdłuż poziomic,

różne kierunki orki w różnych segmentach długich stoków, tarasowy, a nie liniowy

działek. W wielu obszarach stoki są celowo tarasowane, a poszczególne odcin

ki oddzielone od siebie umocnionymi murami oporowymi lub skarpami ziemnymi,
często zadrzewionymi (ryc. 7.8). Formy te nazywane są terasami rolniczymi (zob.
że rozdział 16). W takich warunkach nawet zmycie pewnej grubości warstwy glebowej

161

Ryc. 7.8. Tarasowanie stoków uprawnych w celu ograniczenia erozji wodnej stoku jest praktykowane

w regionie śródziemnomorskim od ponad dwóch tysięcy lat (fot.

Migoń)

podczas szczególnie intensywnej ulewy nie spowoduje nieodwracalnego ubytku. Zmy

wany materiał ulegnie zatrzymaniu w dolnej części. Przebieg dróg dojazdowych powi

nien być właściwie zaplanowany, z ominięciem najbardziej stromych odcinków stoku.
Ważny jest stan dróg, ponieważ źle utrzymane drogi, zwłaszcza te o nieutwardzonej
nawierzchni i źle odwadniane, są szczególnie podatne na erozję i mogą
się w głębokie wąwozy.

Erozja wąwozowa jest bardzo trudna do powstrzymania.

jest

przegrodzenie dna systemem progów zatrzymujących transportowany materiał, co

w konsekwencji osłabia także erozję dna i powoduje stabilizację zboczy wąwozu.

Część wąwozów jest przekształcana w obudowane koryta, o rozmiarach dostosowa
nych do przepływów. Miejsca szczególnie wydajnych wypływów wód podziemnych są
obudowywane i sztucznie drenowane, aby zapobiec negatywnym skutkom sufozji.

Środki zapobiegania erozji gleb polegają także na odpowiednim planowaniu spo

sobów użytkowania gruntu, dostosowanym do warunków środowiskowych. Należy do
nich taki system upraw, aby gleba nie pozostawała odsłonięta w porze roku cechują
cej się najbardziej intensywnymi opadami, a także wyłączanie pewnych segmentów
stoku z gospodarki uprawowej i zamiana ich na pastwiska, łąki czy wręcz zalesianie.

Literatura polska

Knapp B.J., 1986. Geograficzne elementy hydrologii. PWN, Warszawa.
Zawiera przystępnie podane wyjaśnienie związków pomiędzy zdarzeniami hydrologicznymi i geomorfolo
gicznymi.

Święchowicz

2002.

procesów stokowych

w odprowadzaniu

czonego i zawiesiny ze zlewni pogórskiej.

Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ.

162

Znaczna część książki jest poświęcona uwarunkowaniom spłukiwania na stokach, na przykładzie okolic Ła
zów na Pogórzu Wielickim.

Teisseyre

1994. Spływ stokowy i współczesne osady deluwialne w lessowym rejonie Henrykowa na Dolnym

Acta Universitatis Wratislaviensis 1586, Prace Geologiczno-Mineralogiczne, t.

Szczegółowy opis geomorfologicznych i sedymentologicznych skutków kilku ulew w obszarze lessowym
Przedgórza Sudeckiego, zawiera też bardzo obszerną bibliografię przedmiotu.

Zglobicki

2002. Dynamika współczesnych procesów denudacyjnych w północno-zachodniej części Wyżyny

Lubelskiej.

Wydawnictwo UMCS, Lublin.

Praca godna uwagi między innymi ze względu na obszerne zaprezentowanie i wykorzystanie metody znacz
nikowej wykorzystującej obecność izotopu cezu

Literatura zagraniczna

1993, Hillslope Materials and Processes. Oxford University Press, Oxford.

Obszerne monograficzne opracowanie z zakresu geomorfologii stoku, zawiera między innymi omówienie
procesów hydrologicznych na stoku, skutków erozyjnych spływu stokowego oraz genezy utworów deluwial-
nych.