Tájtipológia víztértipológia. sajátos problémák, kutatásszervezés

Átírás

1 Tájtipológia víztértipológia sajátos problémák, kutatásszervezés

2 Táj (landscape) víztáj (riverscape) Vízfolyások: összekapcsolt rendszerek a felszíni és felszínalatti folyóvizek hálózata A vízhálózat típusát, az áramlás paramétereit a csapadék és a vízgyűjtő területek földtani felépítése alapvetően meghatározza A vízgyűjtő területek tájképét meghatározza: 1) múlt: a régió geológiai és biogeográfiai fejlődése 2) jelen: jelenkori történések: árvizek, erdőtüzek, emberi beavatkozások (erdőirtás, gátak, szennyezések, behurcolt fajok)

3 TÁJ (LANDSCAPE) extenzív fogalom a helyi földrajzi tényezők együttese VÍZTÁJ (RIVERSCAPE) a folyóvizek kiterjesztett értelmezése vízgyűjtő területekre ható természetes és mesterséges tényezők összessége és azok kölcsönös kapcsolata A víztáj fogalmának hidrobiológiai megközelítése (Fausch et al. 2003): a teljes vízgyűjtő terület a folyóvízhálózattal, ennek kapcsolatai a felszínalatti vízfolyással, szoros összefüggésben a környező szárazföldi ták jellemzőivel, mely körülmények között a víz folyásának sajátos áramlási jellemzői kialakulnak, melyek a forrástól a torkolatig jelentősen módosulnak természetes és emberi tényezők hatására, miközben sajátos mederrendszerét a folyó kialakítja (minden folyó egy önálló entitás)

4 A világ legnagyobb vízgyűjtő területe Amazonas DélAmerika fele forrásvidék Andok 4300 m gleccserek és hó, mellékágak kialakítják az Amazonas fő ágát az Andok lábátó közel lapos medencében egyenlítői esőerdőben az Atlanti óceánig ez a mindössze 200 m esés 3000 km történik, sajátos jellemzők alakulnak ki: 1) bő vízhozam és nagy mennyiségű üledékmozgás 2) erősen mélyítő hatás néhány mellékág akár 100 m mély is lehet 3) igen lassú szakaszok a folyó 5 km széles is lehet, lerakja az üledéket, az erdős árterületen vízigényes makrovegetáció biodiverzitási forró pont 4) alapvető víztáji módosulások a különböző szinteken a forrásvidéken, szorosok - üledéklerakás az alsó szakaszokon Ált. a folyamat függ a vízgyűjtő terület földrajzi helyzetétől, éghajlattól, orográfiától, biotikus változóktól, a meder minőségének térbeli változásaitól, egyébb geomorfológiai

5 Általános törvényszerűségek A vízgyűjtő területen belül a mederméret és komplexitás növekszik a forrásvidéktől távolodva I. vízfolyások eredete gleccserek, csapadék vagy pórózus kőzetek alatti forrásvizekből A vízgyűjtők határai a vízválasztók I. vízfolyások - II. - III. stb. összefüggő rendszerek vízhálózat Folyamok esetében több nagyméretű mellékág is van egy vízgyűjtő területnek több mellékvízgyűjtő területe is lehet

6 Erózió és a vízgyűjtő területek kora A folyóvizek eróziós ereje csökken a folyóvíz mértetének növekedésével Hordalékot (kő, kavics, homok, iszap) a folyó az alacsonyabbrendű vízfolyásoktól a magasabbak fele viszi függ a vízhozamtól és a folyóvölgy geomorfológiájától (esési szög, az alapkőzet ellenállása) A folyó építő munkája a szorosok között fekvő árterületeken hangsúlyosabb, a szorosokban a medermélyítés a jellemző A különböző áramlású és esésű szakaszok gyöngyfűzérszerűen váltakozank a folyó hosszában váltakozó medermélyítés (szorosok) és hordalékterítéssel (árterületek) A medermélyítés és üledéklerakás teszi lehetővé a folyó életközösségeinek dinamikáját

7 Erózió és a vízgyűjtő területek kora Öreg folyók esetében az eróziós erő csökken, a folyóvölgy U alakú, egyetlen vízfolyás a völgy alján, ősi, elhagyott árterületekkek (teraszok) mindkét partján Fiatal folyók esetében az erőziós erőnek a völgyre gyakorolt hatása erős, a folyóvölgy mély, V-alakú, a folyó számos egymással kapcsolatban lévő ágra oszlik az árterületén

8 4 dimenziós folyóvíztáj Hosszanti (hegyvölgyi) dimenzió: folyókontinuitás elve folyósó a forrásvidék és torkollat között Átmeneti (oldalirányú) dimenzió: vízi és szárazföldi életterek közti kapcsolatok Függőleges (felszíni és felszínalatti) dimenzió: az anyakőzet minősége függvényében - pórózus kőzet esetében a folyó vize mélyen behatol az aljzatba ún. interszticiális áramlás úgy a folyómederben, mind az árterületen (ha a folyómeder homokos, kavicsos vagy iszapos) Időszakos (dinamikus) dimenzió: fizikai tulajdonságok értékei a folyó hosszában térben és időben változnak: egy adott időpontban az áradások és apadások befolyásolják a folyók hidrológiai jellemzőit, hordalék szálító képességeit és közösségeket alkotó fajok szálítását Növény és állatfajok elterjedése egy adott vízgyűjtő területen függ a vízgyűjtő terület statikus és dinamikus tényezőinek változásaitól a 4 dimenzió együttes hatása

9 Hauer és Lamberti, 5 o - kép

10 A vízgyűjtőterületek ökológiai integritása

11 Plecoptera álkérészek csak a hideg, köves-kavicsos, zuhatagos hegyvidéki szakaszokon RITHRON Anderwantha és Birch, 1954 Hynes, 1975 A folyók ökológiai állapotát egy adott időben alapvetően meghatározzák az forrásvidék állapotának jellemzői, biofizikai hatások értékelése csak a folyók és a környező életterek árterületek komplex felmérésével lehetséges Psychodidae lepkeszárnyú szúnyogok csak a melegebb, homokos, zavarosabb és kanyargós dombvidéki és alföldi szakaszokon POTAMON A folyóvízi életközössék egyes elemeinek (fajok) jól körülírható környezeti igényeik vannak melyek csak bizonyos szakaszokon válnak optimálissá a víztájak 4 dimenzióinak összegzéseképpen a lotikus életközösségek jellemzői

12 1. Árterületek életterei a folyóvíz fő és mellékmedrei a hullámterekkel 1.1. Eufluviális életterek - állandó kapcsolatban lévő vízterek eupotamon I.II.III. Vízfolyások, jellemző életterekkel medence, gázló...stb Parafluviális életterek az éves üledéklerakás helyei, kezdetleges ártéri növényzeti szukcesszióval 1.3. Mellékcsatornák időszakosan vagy állandóan leválasztott mellékágak 1.4. Ortofluviális életterek nagy áradások, jégzajlás után kialakuló csatornák, gyakran elárasztott medrek, üledékkel, hordalékfával, különböző korú ártéri növényzettel 2. Teraszok elhagyott árterületek, az aktív árterülettől elszigetelt, huzamosabb ideig száraz marad, jellegzetes szárazföldi növényzettel 3. Folyóvölgy lejtői: szárazföldi, de ökológiáját az árterület mikroklímája meghatározza, kisebb víztestekkel, melyek körül az árterületen található vegetáció is megjelenhet Perirheikus élőhelyek Egyre hangsúlyosabban szárazföldi Összekapcsolt strukturális elemek a víztájakon belül

13 A víztájak dinamikus tulajdonságai Víztáj =dinamikus, folyamatosan változó, mozaikos, egymással szoros kapcsolatban lévő élőhelyek halmaza, melyek folyamatosan keletkeznek, módósulnak, eltűnnek és újra megjelennek a meder építés és rombolás folyamatainak hatására, melyet nagymértékben befolyásol az áradások és a parti vegetáció dinamikája

14 A folyóvízi életterek dinamikája Parti vegetáció dinamikája: Áradások alkalmával az árterületek eróziójával nagymennyiségű faanyag jut a folyóba, ez megakadályozza a gyors folyást, a folyót a hordalék lerakására kényszeríti mederépítés a magok megtelepedését segíti. A fejlődő fiatal fák sűrűsége megköti az üledéket mely újraképzi a lerombolt parti vegetációt ártéri erdő újabb áradáskor a folyamat megismétlődhet Árterületek dinamikája: a szállított üledék változó térfogata, a vízszint elemkedés és csökkenés dinamikája az üledékes árterületek élőhelyeinek dinamikus változásai ár pulzusa vízi és szárazföldi életterek és életközösségek ugyanazok helyen eltérő időbennő a biodiverzitás és bioproduktivítás Felszíni vízfolyások áradásainak alkalmával a folyók a fölösleges vizet az árterületeken szétárasztják életér módosító hatások Felszín alatti vizek áradásainak homokos aljzatú folyók esetében oldalirányú beszivárgások során kitörhet holtmedrekben, fehagyott csatornákban mocsarak, forráspatakok megjelenése

15 Hauer és Lamberti, 8 o - kép

16 A víztájak vizsgálatának vetületei a biológiai vízminősítésben 1. Víztájléptékű elemzések természeti erőforrások felhasználása az egész vízgyűjtő területet érinti vízminőség, halászat, vadvilág, víziközlekedés, vízierőművek, árterületek termelékenysége, stb.

17 A lazac védelme 1. Az utóbbi években számuk erősen csökken túlhalászás és a természetes élőhelyeik csökkenése 2. Pl. a Columbia folyóba 20 millió lazac tért vissza az ikrázó helyekre 5 faj különböző populáció km² többszáz millió éves alkalmazkodások a mozaikos élőhelyek dinamikájához a vízgyűjtő területek dinamikus komplexitása (15 ökorégió) életmenetek plaszticitása egyes populációk csak néhány hónapig mások évekig maradtak sajátos élőhelyeiken helyileg alkalmazkodott populációk igen nagy változatosága 3. Nagymennyiségű táplálék helyi élelmezésben több száz embernek élelem 4. Ma a folyón többszáz gát, vízierőmű a lazac vándorlása gátolt, az árterületen közlekedés, létesítmények, árvízvédelem 5. Több millió dollár a lazac védelmére 1990-óta hiába, ma egyetlen mellékágban jelennek meg más folyókban sem -

18 A lazac védelme 1. Természetvédelmi dilemma: emberi felhasználásra és a lazac számára is legyen megfelelő folyó Két vetület: - el kell fogadni, hogy a lazac élettere az egész vízgyűjtő terület, folyódelta és tengeri életterek ha a lazacpopulációk szintje kritikus alá csökken nem tudnak alkalmazkodni a különböző életterekre jellemző eltérő ökológiai feltételeknek - a lazac alkalmazkodott a folyóvizek mozaikos élőhelyeinek dinamikájához ikrázó helyek védelme csak a vízgyűjtő területek természetszerű visszaállításával lehetséges erőművek, gátak felszámolása Siketelen próbálkozások: keltetőhelyek az eltűnt élőhelyek pótlására A vízgyűjtő területek víztájléptékű kezelésének fontossága

19 A víztájak vizsgálatának vetületei a biológiai vízminősítésben 2. Sajátos módszerek I. A vízgyűjtő területek határai és hidrográfiája Vízgyűjtő területek határai azok a kiemelkedő pontok, melyek elválasztják a szomszédos vízgyűjtő területektől. Vízgyűjtő területek hidrográfiája a vízi élőhelyek terbeli eloszlása általában jól vizsgálható 1: es térképekkel Részletes térképek értékes bizonyítékok a vízminőség és mennyiség becslésére egy adott vizsgált vízfolyás mentén

20 A. Alapvető kutatási módszerek 1. Nagyléptékű térképek alapján behatárolni a vízgyűjtő területek határait egy legalább km². Ebből kiválasztani legalább egy 100 km² területet alaposabb vizsgálatokra (planiméter) 2. A folyóvízhálózat alapos rögzítése, forrásvidék természete, a felszínalatti vizek jelenlétére utaló adatok feltörő források az időszakos vízfolyások bejegyzése térképeken szaggatott vonalak (ha sok a szaggatott vonal a vízgyűjtő terület száraz, vagy az alapkőzet nagyon porózus százalékos arányok fontosak az állandó és időszakos vízfolyások között). Úgy a nedves, mint a száraz vízgyűjtőkben a vízmennyiség nagy része felszínalatti vizekben áramlik geohiraulikus folyamatosság. A találkozási pontok nagymértékben befolyásolják a táj képét. A vízkészletek becslésére felszínalatti vízfolyások térképei összevetni a felszínalatti vizek hálózatával meghatározó a felhasználható vízmennyiség becslésére

21 A. Alapvető kutatási módszerek 3. Patakrendűség megállapítása I.II.III. Patakok százalékos aránya potenciálisan hasonló élőhelyek. A vízhálózat sűrűsége összefüggésbe hozható a terület geológiai korával, a kialakulásának korával, csapadékmennyiség és minőség történeti alakulásával, vegetáció típusával, alapkőzet erózióval és beszivárgással szembeni ellenásása 4. A vízfolyások esése legmagasabb ponttól a legmélyebb pontig. Fontos lejegyezni a hasonló magaslati pontokból álló vonalak sűrűségét, ahol sűrűbb és áthalad a folyóvíz medrén szorosok alakulnak ki. Ritkábban álló vonalak szélesebb folyóvölgyeket jelölnek. Átlátszó fóliára átrajzolva behatárolható az esés mértéke operacionális térképek. 5. A szorosok és széles folyószakaszok arányának becslése: az áramlás dinamikája. A legtöbb térképen sajátos jellel szerepel a hordalék kiterjedésének becslése. A topográfiai térkép segítségével meg lehet rajzolni a folyóvíz profilját a legmagasabb vízszinttől a legalacsonyabbig hosszanti profil (xtengely a forrástól való távolság, y tengely magasság). Fel lehet tüntetni a vízeséses szakaszokat és a szélesebb szakaszokat 6. A vízgyűjtő terület része a tavak és vizes élőhelyek tavak földrajzi helyzetének behatárolása, lejegyzése és potenciális szerepe a folyóvíz hálózatra a tavakon átfolyó vizek átalakulnak üledék, téplálék, hőmérséklet tavak adatainak felvétele: magasság, terület, térfogat, vízhozam, stb.

22 Pitsch, 1993 térkép

23 A víztájak vizsgálatának vetületei a biológiai vízminősítésben 2. Sajátos módszerek II. A vízgyűjtő területek egyéb tájökológiai vonatkozásai A táj geológiai ismerete alapvetően fontos meghatározza a vízhozamot, vízkémiát, élőszervezetek mintázatait, stb. Pl. vulkanikus és átalakult kőzetek nem oldódnak vízben, ilyen kőzetek áthaladó vizek kevés oldott anyagot tartalmaznak, buffer rendszere alacsony, mészkő alapú mederben folyó vizek több oldott anyagot tartalmaznak, komplex buffer rendszerekkel Csapadék adatainak rögzítése a vízgyűjtő területen található meteorológiai állomásról Légifotók leújabbak beszerezhetőek Google Earth vagy más internetes portálokon,

24 B. Alapvető kutatási módszerek Ismert léptékű légifotók felhasználásával ki lehet számolni egyes tájegységek kiterjedését, hosszát adatbázisok létrehozása folyó hossza, területe, más térbeli sajátosságai a vízgyűjtő terület és környezetének általános képe befolyásolja a folyóvízi ökológiai folyamatokat A topográfiai és geológiai térképek összehasonlítása a mészköves területeke a felszínalatti vizek aránya nagyobb a kőzettípusok százalékos aránya a vízgyűjtő területen A vegetáció típusa a vízgyűjtő területen légifotók. Az egyes vegetáció típusok kiterjedésének rögzítése: ártéri növényzet, vizesterületek (wetland), szárazulat (erdők legelők, erdőirtások, mezőgazdaségi területek stb.) A vízi folyósók hasznosításának rögzítése: emberi tevékenység által létrehozott létesítmények szárazulatok elárasztásai, hidak, öntözőberendezések színkoddal lehet rögzíteni a térképen egyes felhasználási módokat százalékos becslés módosult élőhelyek

25 C. Fejlett kutatási módszerek 1 A víztájak számítógépes térbeli elemzésének lehetőségei Igen részletes digitális adatsor tájegységek vizsgálatára háromdimenziós képi megjelenítése Legelterjedtebb a GIS (Geographic Information Systems) változatos ábrázolási lehetőségek táj különböző adatai a topográfia függvényében

26

27 C. Fejlett kutatási módszerek 2 Tájszintű ökológiai problémák behatárolása Milyen kérdések és problémák merülnek fel az illető vízgyűjtő területen tájléptékben vízügyi hatóságok koordinálják Mekkora legyen a monotorozandó terület példa lokálisabb és általánosabban elterjedt halfajok más és más területek A folyóvizek fenntartható fejlődése ökológiai, szociális, gazdasági vetületekkel rendelkezik, melyek összekapcsolanak szervezeteket és rendszereket ilyen értelemben az ökológiai rendszerek határai igen permeábilisak anyag és energiaáramlás tekintetében

28 C. Fejlett kutatási módszerek 2 Hipotézisek: A vízgyűjtő területen a mezőgazdasági területek dominálnak - milyen sajátos vízvédelmi problémákkal találkozhatok Megfigyelő és mintavételi pontok kijelölése - az illető folyóról a legteljesebb ökológiai információt nyerjük

29 A víztájkutatás gyakori kérdései A. A vízgyűjtő területek határai és hidrográfiája 1. Az adatgyűjtés alapján a vízgyűjtő terület száraz vagy nedves? 2. A vízgyűjtő terület nedvessége mennyire függ a felszíni vízhálózat sűrűségétől? 3. Mennyire fragmentált a vízhálózat tavak, vizes élőhelyek, hód gátak, felszínalatti vízfolyások vagy a folyóprofil a felszíni vizek összessége? 4. Dominálnak a homokpadok a folyók mentén kiterjedését tekintve? 5. Érintetlen az árterület a víztáj összes elemei azonosíthatóak? 6. Módosítja a vízfolyás jellegét a folyón létesített gátak, gyűjtőtavak:

30 A víztájkutatás gyakori kérdései B. A vízgyűjtő területek kutatásának egyéb vetületei 1.Az alapkőzet minősége mennyire határozza meg a vízhozamot? 2. A víz buffer rendszere fejlett vagy fejletlen? 3.A vízgyűjtő területen az emberi hatás dominál? 4.Milyen emberi létesítmények, aktivítás befolyásolja a vízminőséget? 5. Mely vízfolyások rendelkeznek természetes és fejlett ártéri vegetációval? 6. Mely az uralkodó vegetáció típus a vízgyűjtő területen és hogyan határozza meg a vízminőséget 7. Mely a meghatározó emberi tevékenység a vízgyűjtő területen

31 A víztájkutatás gyakori kérdései C. A vízgyűjtő területek számítógépes adatfeldolgozásának vetületei 1. Melyek a vízgyűjtő területen azok a problémák, melyek GIS rendszerű adatfeldolgozást nem igényelnek? 2. Melyek a vízgyűjtő területen azok a problémák, melyek GIS rendszerű adatfeldolgozást nem igényelnek? 3. Hogyan lehet a GIS rendszert használni a vízgyűjtő terület tájtörténetiökológiájának értékelésében

32 A víztájkutatás gyakori kérdései D. A vízgyűjtő területek tájléptékű ökológiai problémái 1.Minden tájegység szerepel a felmérésben, melyek befolyásolhatják a vízgyűjtő terület állapotát? 2.Megfigyelhető fragmentálódás a geohidraulikus folytonosságban melyet emberi tevékenység okozott ha igen összeegyeztethető a kutatási és monitoring programmal? 3. A vízgyűjtő területek határai ökológiai rendszerek határai is mennyire befolyásolják a folyók ökológiai állapotát

33

34 Anyagok és felszerelések Légifotók, digitális képek Geológiai térképek GIS bemutatások Felszínalatti vizek térképei Térképmérési ezközök Planiméter, digitalizáló, számítógép Szereoszkóp a légifotók értelmezéséhez Topográfiai térképek, különböző léptékkel Vegetáció térképek