of 7/7
Stefan Bartoszewski Instytut Nauk o Ziemi Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie Wyprawy Geograficzne UMCS w Lublinie na Spitsbergen 1988-1989 Sesja Polarna 1989 Charakterystyka odpływu ze zlewni lodowca Scotta (Zachodni Spitsbergen) w 1988 r. Characteristics of outflow of the Scott Glacier (Western Spitsbergen) in 1988 Badania hydrologiczne w zlewni lodowca rozpoczęto w roku 1986 i kon- tynuowano w latach 1987 i 1988 (Bartoszewski 1987, 1988). Prace prowadzono w ramach Wypraw Geograficznych Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej. Celem badań było poznanie warunków kształtowania się odpływu oraz próba ilościowego ujęcia zjawiska w powiązaniu z innymi komponentami środowiska geograficznego. Powierzchnia badanej zlewni wynosi 10,125 km 2 , z tego lodowiec zajmuje 5,8 km 2 , co stanowi 57,3% ogólnej powierzchni. Czynny okres hydrologiczny na obszarze Spitsbergenu Zachodniego rozpoczyna się przeciętnie w czerwcu i trwa do października (Pulina 1986). W oparciu o kryteria hydrologiczne można wyróżnić w tym czasie okresy o specyficznych warunkach obiegu wody, tzw. sezony hydrologiczne: wiosnę, lato, jesień i zimę. Wydzielenia poszczególnych sezonów oparte są na analizie stanów wody zarejestrowanych na limnigramach oraz na zróżnicowaniu typów wód odpływających ze zlewni. Początek wiosny wyznacza dzień uruchomienia^ odpływu wód roztopowych. Jego źródłem jest tajanie pokrywy śnieżnej na nizinie nadmorskiej. Cieki peryglacjalne mają w tym okresie ablacyjny rytm odpływu charakteryzujący się dobowym cyklem zmian stanów wody i przepływów z minimum około godz. 8 i maksimum o godz. 17 LMT. Za koniec wiosny i początek lata przyjęto moment zaniku zwartej pokrywy śnieżnej na równinie nadmorskiej. Ustaje wówczas ablacyjny rytm odpływu w zlewniach niezlodowaconych (Bartoszewski, Rodzik, Wojciechowski 1988). W sezonie letnim zlewnie niezlodowacone mają zasilanie zmarzlinowo-deszczo- wo-śnieżne. Źródłem tego ostatniego jest tajanie płatów śnieżnych w obszarach górskich. W odpływie ze zlewni zlodowaconych dominuje odpływ proglacjalny. Rzeki lodowcowe cechuje dobowy rytm odpływu będący następstwem dobowego ODPŁYW 61

Charakterystyka odpływu ze zlewni lodowca Scotta (Zachodn ...geografia.umcs.lublin.pl/wyprawy/publikacje/wpns1989/1989 art 09.pdf · gdzie: Qmax — najwyższy przepływ dobowy,

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Charakterystyka odpływu ze zlewni lodowca Scotta (Zachodn...

Stefan Bartoszewski Instytut Nauk o Ziemi Uniwersytet Marii Curie-Skodowskiej w Lublinie

Wyprawy Geograficzne UMCS w Lublinie na Spitsbergen 1988-1989

Sesja Polarna 1989

Charakterystyka odpywu ze zlewni lodowca Scotta (Zachodni Spitsbergen) w 1988 r.

Characteristics of outflow of the Scott Glacier (Western Spitsbergen) in 1988

Badania hydrologiczne w zlewni lodowca rozpoczto w roku 1986 i kon-tynuowano w latach 1987 i 1988 (Bartoszewski 1987, 1988). Prace prowadzono w ramach Wypraw Geograficznych Uniwersytetu Marii Curie-Skodowskiej.

Celem bada byo poznanie warunkw ksztatowania si odpywu oraz prba ilociowego ujcia zjawiska w powizaniu z innymi komponentami rodowiska geograficznego.

Powierzchnia badanej zlewni wynosi 10,125 km2, z tego lodowiec zajmuje 5,8 km2, co stanowi 57,3% oglnej powierzchni.

Czynny okres hydrologiczny na obszarze Spitsbergenu Zachodniego rozpoczyna si przecitnie w czerwcu i trwa do padziernika (Pulina 1986). W oparciu o kryteria hydrologiczne mona wyrni w tym czasie okresy o specyficznych warunkach obiegu wody, tzw. sezony hydrologiczne: wiosn, lato, jesie i zim. Wydzielenia poszczeglnych sezonw oparte s na analizie stanw wody zarejestrowanych na limnigramach oraz na zrnicowaniu typw wd odpywajcych ze zlewni.

Pocztek wiosny wyznacza dzie uruchomienia^ odpywu wd roztopowych. Jego rdem jest tajanie pokrywy nienej na nizinie nadmorskiej. Cieki peryglacjalne maj w tym okresie ablacyjny rytm odpywu charakteryzujcy si dobowym cyklem zmian stanw wody i przepyww z minimum okoo godz. 8 i maksimum o godz. 17 LMT. Za koniec wiosny i pocztek lata przyjto moment zaniku zwartej pokrywy nienej na rwninie nadmorskiej. Ustaje wwczas ablacyjny rytm odpywu w zlewniach niezlodowaconych (Bartoszewski, Rodzik, Wojciechowski 1988).

W sezonie letnim zlewnie niezlodowacone maj zasilanie zmarzlinowo-deszczo-wo-niene. rdem tego ostatniego jest tajanie patw nienych w obszarach grskich. W odpywie ze zlewni zlodowaconych dominuje odpyw proglacjalny. Rzeki lodowcowe cechuje dobowy rytm odpywu bdcy nastpstwem dobowego

ODPYW

61

cyklu termicznego (Pard 1957). Najwysze przepywy wystpuj okoo godz. 18, a najnisze o godz. 8 LMT. U schyku lata spada dopyw energii sonecznej wskutek malejcego kta padania promieni sonecznych i wzrostu zachmurzenia, zmniejszaj si dobowe amplitudy temperatury powietrza. Wielkoci godzinnych wartoci odpywu ablacyjnego ulegaj wyrwnaniu, a sam odpyw ulega ograniczeniu. Moment, gdy dobowy cykl odpywu zanika wyznacza koniec lata i pocztek hydrologicznej jesieni.

Jesie jest okresem zmniejszenia rozmiarw ablacji lodowcowej, ale krtkotrwae ocieplenia wraz z opadami deszczu i wystpieniem cyrkulacji fenowej mog by przyczyn gwatownych wezbra. Spadki temperatury w kocowym etapie hydro-logicznej jesieni powoduj ograniczenie ablacji lodowcowej, szczeglnie odpywu supraglacjalnego. Pojawiaj si odpywy niwkowe.

Pocztek sezonu zimowego to moment trwaego spadku temperatury powietrza poniej 0C i zamarznicie wierzchniej warstwy gruntu. Przepywy w kolejnych dniach s coraz nisze, opisuje je krzywa wysychania. Koniec hydrologicznej zimy wyznacza zjawisko ustania odpywu powierzchniowego, co bywa utosamiane z zakoczeniem polarnego roku hydrologicznego.

Badania hydrograficzne w roku 1988 prowadzono w okresie od 1 lipca do 8 padziernika. Odpyw cakowity wynis prawie 7 173 tys. m3, co odpowiada odpywowi jednostkowemu 82,8 dm3/s km2 i warstwie odpywu 708,4 mm.

Lato 1988 r. rozpoczo si 1 lipca, czyli dwa tygodnie wczeniej ni w roku poprzednim, a trwao do 21 sierpnia. Wezbranie roztopowe w 1988 ., ktre wystpio w okresie poprzedzajcym rozpoczcie bada terenowych, miao gwa-towny przebieg. wiadczya o tym prawie pmetrowa warstwa wirw osadzonych na lodzie wypeniajcym na pocztku lata dno doliny najwikszego, prawostron-nego dopywu rzeki Scotta. W pierwszych dniach lipca paty niegu zachoway si jedynie w obnieniach terenu i na stokach gr nadbrzenych.

Sezon letni charakteryzowa si wyrwnanym odpywem. Za miernik zmiennoci uznano wspczynnik obliczony wedug wzoru:

Q m a x Q m i n

gdzie: Q m a x najwyszy przepyw dobowy, Q m i n najniszy przepyw dobowy, Qr redni przepyw

sezonowy.

Wspczynnik zmiennoci dla lata 1988 r. wynis 2,14. Sezony letnie w okresie poprzednim cechowaa wiksza nieregularno przepyww, o czym wiadcz wysze wspczynniki, 3,06 w r. 1986 i 4,17 w r. 1987. Wezbrania w okresie 1986-87 wyrniay si znacznymi kulminacjami: 3,350 m3/s w 1986 r. i 5,072 m3/s w 1987 r. Niewielkie wezbrania, ktre zanotowano w poowie lipca i sierpnia 1988 r. miay charakter deszczowo-ablacyjny (rye. 1). Wywoay je opady deszczu w dniach 14-16 lipca oraz 7-9 i 24-27 sierpnia (Gluza 1989).

62

Polarne lato charakteryzuje si dominacj wd proglacjalnych w odpywie. Wydzielenie tej skadowej oparto na synchronicznych pomiarach iloci niesionej wody w profilu kluczowym, zamykajcym zlewni o powierzchni 10,125 km2, oraz w profilu zlokalizowanym w przeomie moreny czoowej lodowca Scotta, kont-rolujcym odpyw z grskiej czci zlewni o powierzchni 7,5 km2. Na pocztku lipca 1987 i 1988 r. lodowcowa cz zlewni dostarczaa okoo 75% cakowitego odpywu. Pozostaa cz pochodzia z degradacji wieloletniej zmarzliny oraz tajania patw niegu zalegajcych na zboczach grskich.

Okresowe pomiary przepywu w profilach kontrolnych oraz serie przepyww patrolowych na dopywach rzeki Scotta umoliwiy udokumentowanie zjawiska zmniejszania si przepywu wraz z biegiem rzeki, przez co ilo wody odpywajcej w profilu kluczowym moe by mniejsza od tej samej wielkoci w profilu moreny czoowej. Szczeglnie sprzyjajce warunki do transformacji odpywu powierzch-niowego w podziemny istniej w obrbie sandru zewntrznego. Jest on modelowany przez liczne cieki roztokowe o niestabilnych korytach, a wirowe podoe stwarza doskonae warunki do infiltracji wd rzecznych. Na podstawie obserwacji przep-rowadzonych w latach 1987-88 stwierdzono, e anomalie przepywu pojawiaj si w drugiej poowie lipca, co prawdopodobnie wie si ze wzrostem miszoci warstwy czynnej lub wzrostem tempa jej rozmarzania (Repelewska-Pkalowa, Gluza 1988).

Hydrologiczna jesie w 1988 r. rozpocza si 22 sierpnia i trwaa do 15 wrzenia. By to okres wzmoonej cyrkulacji cyklonalnej i zwikszonych opadw (Gluza 1989). Sezonowa suma opadu wyniosa 27,4 mm. Odpyw jednostkowy by rwny 108,7 dm3/s km2 i niewiele rni si od wielkoci obliczonej dla sezonu letniego (tab. I). Wskanik odpywu by dwukrotnie niszy ni w lecie, co wynika z rnic w czasie trwania poszczeglnych sezonw. Jesie cechowaa dua zmienno przepyww. Wspczynnik zmiennoci wynis 3,12. Na wykresie przepyww widoczne s 3 kulminacje zwizane z okresowym wzrostem temperatury powietrza do 8,2C w dniu 6 wrzenia i znacznymi opadami deszczu: 11,1 mm w dniach 24-27 sierpnia i 13,1 mm w terminie 7-9 wrzenia. redni dobowy przepyw 3,518 m3/s z dnia 7 wrzenia stanowi maksimum przepywu w 1988 r. Zakoczenie ostatniego wezbrania jesienngo przypieszy szybki spadek temperatury powietrza do wartoci poniej 0C i zahamowanie odpywu wd supraglacjalnych. Na rzekach pojawiy si zjawiska lodowe.

W dniu 16 wrzenia 1988 ., wskutek zamarznicia wierzchniej warstwy gruntu, przestay funkcjonowa niewielkie rda zlokalizowane w rozciciach terasy 20-25 m npm. Dzie ten wyznacza pocztek hydrologicznej zimy. Termin zakoczenia sezonu zimowego wie si ze zjawiskiem ustania odpywu powierzchniowego ze zlewni Scotta, co nastpio 7 padziernika.

Przez cay sezon utrzymyway si ujemne temperatury powietrza, a opady atmosferyczne wystpoway wycznie w postaci niegu. Zima wyrniaa si bardzo niskimi i malejcymi przepywami. Krzywa codziennych przepyww przyja

ksztat krzywej wysychania. Najwyszy przepyw dobowy wynis 0,083 m3/s, a redni odpyw jednostkowy tylko 2,2 dm3/s-km2. Ta ostatnia warto bya 50-krotnie nisza w stosunku do odpowiednich wartoci podczas lata i jesieni.

Niskie temperatury powietrza byy przyczyn szybkiego tworzenia si pokrywy lodowej na rzekach. Jednolita pokrywa lodowa w przekroju kluczowym rzeki Scotta powstaa w dniu 20 wrzenia 1988 r. Zaobserwowano synchroniczny przebieg tego zjawiska w zlewniach Renarda, Blomli, Tjrn, Dyrstad, Logne i Dundrabeisen. Codzienne pomiary miszoci lodu wykazyway systematyczny przyrost pokrywy lodowej, rednio 2-3 cm/dob. Grubo pokrywy wzdu biegu rzeki bya zr-nicowana. Na pocztku padziernika rzeka Scotta bya na pytszych odcinkach zamarznita a do dna. ruch wody odbywa si w utworach pokrywowych przy wystpowaniu znacznego cinienia hydrostatycznego. Lokalnie obserwowano pka-nie pokrywy lodowej, samowypywy i tworzenie si warstwy lodu naoonego.

Odpyw wd w profilu kluczowym trwa do 7 padziernika 1988 r. Przepyw w tym dniu wynosi 0,002 m3/s, co odpowiada wartoci 0,2 dm3/s-km2. Dzie pniej, czyli 8 padziernika, rzeka zamarza do dna, a grubo pokrywy lodowej osigna 41 cm. Ustanie odpywu w profilu kluczowym nie oznaczao zakoczenia odpywu wd proglacjalnych. Odpyw ten pochodzi z systemu drenau subglacjal-nego i odbywa si pod pokryw naledzi, pomiar wykonany w tym dniu na przedpolu lodowca Scotta da wynik 0,009 m3/s, co odpowiada odpywowi jednostkowemu 1,2 dm3/s - km2.

ODPYW A TEMPERATURA POWIETRZA

Odpyw w zlewniach glacjalnych jest uwarunkowany przede wszystkim przebie-giem czynnikw radiacyjno-termicznych. Najbardziej wyrana zaleno midzy przepywem a temperatur powietrza wystpuje w okresie hydrologicznego lata, gdy gwn skadow odpywu stanowi wody z ablacji lodowcowej. Podczas wiosny dominuj w odpywie wody proniwalne, ktrych rdem jest tajanie pokrywy nienej na rwninach nadmorskich. Nie stwierdza si wwczas praktycznie zwizku korelacyjnego midzy wysokoci temperatury a wielkoci odpywu. Wspczyn-nik korelacji obliczony dla sezonu wiosennego 1987 r. wynis jedynie 0,27.

Analizujc dane z lat 1986-88 mna zauway, e zaleno odpywu od temperatury powietrza rnie si ksztatowaa w poszczeglnych latach. Wspczyn-niki korelacji midzy rednim przepywem dobowym rzeki Scotta a wysokoci redniej temperatury dobowej w Calypsobyen wyniosy: 1986 r. r = 0,83, 1987 r. r = 0,66, 1988 r. r = 0,73. Wszystkie wspczynniki s istotne na poziomie 0,1%. Najbardziej istotna zaleno wystpia w roku 1986, gdy przedmiotem analizy by jeden sezon hydrologicznylato, okres o jednorodnych warunkach formowania si odpywu. W pozostaych latach okres obserwacji obejmowa rne sezony hydro-logiczne, cechujce si odmiennymi rdami alimentacji odpywu.

64

Wanymi czynnikami modyfikujcymi ukad temperatura odpyw s opady deszczu oraz wystpowanie cyrkulacji fenowej. Procentowy udzia wd deszczowych w caoci odpywu wezbraniowego jest zazwyczaj niewielki, ale deszcz odgrywa szczegln rol jako czynnik uruchamiajcy i intensyfikujcy ablacj. Sytuacj tak stwierdzono podczas jesieni 1988 ., gdy wezbrania miay charakter ablacyjno--deszczowy i ablacyjno-fenoWy.

LITERATURA

Bartoszewski S., 1987 Dynamika odpywu powierzchniowego w zlewniach rzek lodowcowych Scotta, Blomli i Tjrn podczas lata 1986 (Spitsbergen Zachodni). XIV Sympozjum Polarne, Lublin.

Bartoszewski S., 1988 Warunki ksztatowania si odpywu w zlewni rzeki Scotta (Zachodni Spitsbergen). Wyprawy Geograficzne UMCS na Spitsbergen, Lublin.

Bartoszewski S., Rodzik J Wojciechowski K 1988 The outflow of water in permafrost environment Spitsbergen. V International Conference on Permafrost, Trondheim, Norway.

Gluza A., 1989 Warunki pogodowe w lipcu, sierpniu i wrzeniu 1988 r. w Calypsobyen (Zachodni Spitsbergen). Wyprawy Geograficzne UMCS na Spitsbergen, Sesja Polarna 1989, Lublin.

Pulina M 1986 Problematyka geomorfologiczna i hydroglacjologiczna polskich wypraw na Spitsbergen w latach 1979 i 1980. Czas. Geogr. vol. LVII, 3, Wrocaw.

Parde M 1957 Rzeki. PWN, Warszawa. Repelewska-Pkalowa J., Gluza A., 1988 Dynamika czynnej warstwy zmarzliny w rejonie

poudniowego' obrzeenia Bellsundu (Zachodni Spitsbergen). Wyprawy Geograficzne UMCS na Spitsbergen, Lublin.

SUMMARY

The aim of hydrological studies carried out in the basin of Scott Glacier was getting familiar with outflow formation and quantitative characteristics of this phenomenon. The area of the studied basin is 10.125 km2 but the glacier occupies 57.3% of the total area.

In 1988 investigations were carried out during three hydrological seasons: summer, autumn and winter. The total outflow was 71,730,000 m3 in the period 1 July-7 October, 1988 which corresponds to a unit outflow of 82.8 dm3/s km2 and a outflow layer of 708.4 mm. Table 1 includes typical outflows.

The summer in 1988 was characterized by even outflow compared with previous years. The analysis of spatial differentiation of the outflow showed some outflow anomaly as a result of river water escape into sandur deposits.

Day and night maximum outflow were observed in the end of autumn. The maximum outflow 3518 m3/s was recorded on 7 September, 1988. Floods were caused by rain and foen.

Winter was characterized by very low and decreasing outflows. An everyday outflow curve was similar to that of drying up (Fig. 1). Surface outflow ceased on 8 October, 1988 as the river was frozen to the bottom.

The main factor influencing on the outflow of glacier basins are radiational and thermal conditions. There exists the statistical dependence expressed by the correlation coefficient between the temperature of air and day and night average flows. Its value was as follows: 1986 r = 0.83,1987 r = 0.66,1988 r = 0.73. The highest values could be noticed during the hydrological summer when participation of proglacial waters in the total outflow was most significant.

65

t*C

Rye. 1. Przebieg rednich dobowych przepyww rzeki Scotta oraz temperatury powietrza i opady w Calypsobyen w 1988 r. 1 temperatura powietrza na wysokoci 2 m, 2 dobowe sumy opadw, 3 rednie dobowe przepywy Fig. 1. The course of day and night average flows of the Scott's River, air temperature and rain and snow falls in Calypsobyen in 1988.1 the air temperature at the height of 2 m, 2 the day and night sums of precipitation, 3 the day and night average flows

66

Sezony Seasons

lato summer

1.07-21.08 .

jesie autumn 22.08-15.09

zima winter

16.09-7.10

ilo dni duration - days

52 25 22

objto odpywu tys. m? total outflow

4 752 2 378 43

3 2 odpyw jednostkowy dm/-km mean unitary flow

104,5 108,7" 2,2

wskanik odpywu mm runoff index

469,3 234,9 4,2

Tab. 1. Odpyw rzeki Scotta i sezony hydrologiczne w 1988 r. Tab. 1. The outflow of the river Scott and hydrological seasons in 1988

67