EGY SZIGETRENDSZER MORFODINAMIKÁJÁNAK VIZSGÁLATA A MAROS APÁTFALVI SZAKASZÁN Sipos György 1 Kiss Tímea 2 Bevezetés, célkitűzés Bár a Maros a Tisza legnagyobb mellékfolyója, geomorfológiai jellegű kutatások ritkán foglalkoztak a mederrel, illetve a benne található formák változásával, alakulásával. Ennek egyik oka valószínűleg az, hogy a folyónak hazánk területére csupán 28,3 km-nyi szakasza esik teljes szélességében, míg további 22 km Apátfalvától Nagylakig a magyar-román határt képezi (1. ábra). Lévén ez határszakasz a 29-50 fkm között az utóbbi 80 évben természetes folyamatok formálják, amely Magyarországon már csak néhány folyószakaszra jellemző csupán. Ez a háborítatlanság lehetővé teszi, hogy tanulmányozzuk a szabályozást követő, a folyó medrében bekövetkező szemiantropogén folyamatokat. 1. ábra. A vizsgálati terület A vizsgálat elsődleges célja, a feltöltő jellegű folyó ezen szakaszán megfigyelhető igen jelentős sziget- és zátonyképződés és átalakulás különböző módszerekkel történő vizsgálata egy közvetlenül Apátfalva alatt található mintaterületen. A kutatás során a következő kérdésekre kerestük a választ: Szigetképződés egyensúlyi állapotot tükröz-e az adott szakaszon? Állandó képződmények-e ezek a szigetek? Ha nem, akkor milyen sebességgel alakulnak át, illetve vándorolnak? 1 Sipos György, egyetemi hallgató, Szegedi Tudományegyetem 2 Dr. Kiss Tímea, egyetemi tanársegéd, Szegedi Tudományegyetem Természeti Földrajzi Tanszék 1
Kiss Tímea Sipos György: Egy szigetrendszer Mely időszakokban formálódnak legintenzívebben? Milyen mértékben tükrözi a fás vegetáció a szigetek épülésének időszakát? A vizsgálat alapkutatási jellegén kívül felvet egy fontos gyakorlati kérdést is. Korábbi kutatásaink szerint a szigetek uszályán nagy vastagságú agyag és iszap rakódik le, amelyek erősen szennyezettek lehetnek (Kiss T. Sipos Gy. 2001). Ha ezek a szigetek vándorolnak (azaz egyik végük intenzíven pusztul, míg a másik épül), akkor egy esetleges korábbi, kiülepedett szennyeződés évtizedek múlva újra bejuthat a folyóba, veszélyeztetve annak ökológiai stabilitását. A vizsgálati terület A Maros futását a szabályozások a vizsgált szakaszon jelentősen módosították: a korábban meanderező folyó ma csaknem egyenes mederben fut. Ennek következtében megváltozott munkavégző képessége is: az egyensúlyi állapotú folyószakaszból feltöltővé vált, Nagylak és Makó között több tucat sziget és zátony képződött így a sodorvonal futása állandóan változik. A Maros nagyon sok hordalékot szállít, hordaléktöménysége (650 g/m 3 ) nagyobb, mint a Tiszáé (Tápénál 340 g/m 3 ), árvízkor akár a 10 000 g/m 3 értéket is elérheti (ATIVIZIG). A hordalék szemcseösszetételére jellemző, hogy a durvább, homokos fenéküledékekben nagyrészt a 0,63 0,32 mm-es frakció, míg a finomabb, iszapos, lebegtetett-üledékekben általában a 0,05 0,02 mm-es frakció dominál (Kiss T. Sipos Gy. 2001). A vizsgálati terület a Maros Apátfalvától délre levő szakaszára (33-34 fkm) terjed ki, ahol a folyó egy kiszélesedő nódusz -ában 3 jelenleg egy 800 m hosszan elnyúló, kisvízkor majd 9 ha-nyi területű sziget- és zátonyrendszer található (2.ábra). A terület meghatározó formáinak a rendszer vázát képező öt sziget (számozásuk folyás irányban) tekinthető, amelyek még nagyvízkor is a Maros vízszintje fölé emelkednek, ennek bizonyítéka a szigeteken található sűrű puhafás ártéri erdő. Folyamatos változásukat, vándorlásukat a felső végeken megfigyelhető leszakadásos, eróziós formák, valamint az alsó végekhez legyezőszerűen kapcsolódó fonatos zátonyok jelzik. A szigetek tetején folyóhát jellegű képződmények és homokfoltok mutatják a kivételesen nagy árvizek építő munkáját. A harmadik sziget tetején keresztirányú eróziós nyomok is felfedezhetők. Ezeket a második sziget mellékágából érkező, a harmadik szigetnek ütköző, azon átcsapó áramlatok hozták létre. A szigetek általában meredek lejtőkkel (30-80 ) ereszkednek le a kis- és középvízi meder irányába. A lejtők alján, az eróziós árkokban az apadás során nagy vastagságú iszap halmozódik fel. Az öt sziget közül az első magasságával, a második területével tűnik ki. A rendszer formái között a második nagy csoportot a zátonyok képezik, amelyekre azonban a jelenlegi vizsgálat nem terjed ki. Jellegzetes helyzetük és alakjuk alapján elkülönítettünk szigetekhez kapcsolódó fonatos zátonyokat, illetve mellékágakban előrenyomuló nyelv alakú zátonyokat (Balogh K. 1991). Utóbbiak közül a legjellegzetesebb zátonyrendszert az első és második sziget között előrenyomuló zátonyok alkotják. Áramlással szembeni lejtőik dőlésszöge csupán 1 2, ugyanakkor frontjuknál a lejtés eléri a 30 32 -ot is. Anyaguk döntően közép- és durvaszemű homok, de a formák kezdeténél a főbb sodrási irányoknak megfelelően kavics-sávok is megfigyelhetőek. A frontok előterében iszapos, környezetüknél jóval mélyebb eróziós mélyedések jelzik a lebukó víz munkáját. 3 Nódusznak (csomó) nevezzük a közel egyenes folyók azon kiszélesedő szakaszait, ahol a folyó rendszerint zátonyokat és szigeteket képez, s így a meder fonatos mintázatot vesz fel (Leopold L.B. Wolman M.G. 1957). 2
2. ábra. Az apátfalvi sziget- és zátonyrendszer geomorfológiai térképe Módszerek A vizsgálat során különböző módszereket használtunk fel, hogy a szigetek vándorlását nyomon követhessük, annak mértékét meghatározhassuk. Az elmúlt ötven évben bekövetkező változásokról három légifotó (1950, 1964, 1991), egy 1:25.000-es topográfiai térkép (1981) és a 2001-ben általunk elkészített részletes geomorfológiai térkép (2.ábra) segítségével kaptunk információt. Ezek hasznosnak bizonyultak a terület átfogó vizsgálatára, a főbb mozgások meghatározására, azonban a fenti időpontok közötti intenzívebb változási periódusokat nem általuk nem rekonstruálhatjuk, mivel ezeket egy-egy árvízi eseményhez csak fenntartásokkal kapcsolhatjuk. A légifotókon és a térképeken a geokorrekciót ERDAS Imagine 8.4. szoftverrel végeztük el, a képeket EOV rendszerbe transzformáltuk. Az általunk vizsgált felszínformák (szigetek és a partvonal) alapján, immár ArcView GIS 3.2 szoftver segítségével vektoros állományokat képeztünk, majd ezeket egymásba fedettük. A szigetek mozgására vonatkozó méréseket az így előkészített térképeken végeztük el. Az analízis során szigetnek tekintettük a meder azon képződményeit, amelyek állandó vegetációval borítottak. Annak ellenére, hogy a felvételek kis- és középvízkor készültek a különböző vízállások elhanyagolható módon befolyásolták a szigetek méretét, mivel azok oldalai igen meredekek. Az utóbbi 35 évben történt változások egy részét dendrológiai vizsgálatok segítségével ismerhettük meg. Ezen vizsgálatokat két szigeten végeztük el, s belőlük a szigetnövekedés mértékére és a főbb változási periódusok idejére következtettünk. Ennek a módszernek az alkalmazását az indokolja, hogy megfigyeléseink szerint a nyár- és fűzfák a középvíznél magasabbra emelkedő, a szigetekhez kapcsolódó zátonyokat már a képződésüket követő első vegetációs periódusban elfoglalják, ezáltal jól jelzik mely árvizekhez köthető nagyobb volumenű akkumuláció. A szigeteken egy-egy hossz-szelvény és a rá merőlegesen, egymástól 15 m távolságra felvett keresztszelvények mentén egyenletes lefedettséget szem előtt tartva minden fát megmintáztunk. A méréshez kézi fafúrót alkalmaztunk, amelynek segítségével a fákat 1 m magasságban fúrtuk meg. A fúrómagokat sztereomikroszkóp alatt értékeltük. A további árvízi események felszínformálásának mértékét GPS-mérésekkel kívánjuk meghatározni. Ezen mérések keretében kisvízkor (2001. január) meghatároztuk a szigetek alsó és felső végpontjainak, illetve a zátonyok frontvonalának pontos földrajzi koordinátáit. Ezeket a méréseket teodolitos térképezéssel egészítettük ki. Ezáltal a közeljövőben lehetőség nyílik egy újabb árvízi esemény felszínformálásának (mind az erózió mind az akkumuláció mértékének) meghatározására. 3
Kiss Tímea Sipos György: Egy szigetrendszer Az így nyert adatokat a Vízrajzi Évkönyv vízállás értékeivel (makói vízmérce) vetettük össze. Terepi tapasztalataink és méréseink szerint a 200 cm-es vagy afölötti vízálláskor megkezdődik a szigetek felső végének pusztulása, illetve a 350 cm-es vízálláskor a szigetek víz alá kerülnek. Ezért egy-egy évben összeszámoltuk, hogy az év hány napján haladta meg ezeket az értékeket a Maros vízállása, s ezt és az év legmagasabb vízállását (LNV) egy diagramban ábrázoltuk (3. ábra). 3. ábra. A Maros makói vízmércéjénél mért 200 és 350 cm feletti vízállású napok száma, illetve az adott év legmagasabb vízállása (cm) 700 160 600 200 cm felett 350 cm felett LNV 140 LNV (cm) 500 400 300 200 120 100 80 60 40 100 0 év 1950 1952 1954 1956 1958 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 200 cm ill. 350 cm feletti vízállású napok száma 1992 1994 1996 1998 20 0 évek Eredmények Légifotók elemzése A légifotók, a térképek és GPS-es felmérésünk alapján öt időpontban vizsgálhattuk meg a szigetek helyzetét illetve a partvonal futásának változását (4. ábra). A fenti adatok összevetése azt mutatja, hogy a legintenzívebb változások az 1960-as évek közepe előtt történtek: ekkor a szigetek helyzete és a partvonal futása is igen jelentősen változott. A hatvanas évek óta kisebb változások következtek be, bár ezek is több méteres elmozdulást jelentenek évente: 4
Időszak I. sziget II. sziget III. sziget IV. sziget V. sziget 200 cm feletti napok száma A hátrálás mértéke szigetek felső végén (m/év) 1950-64 1 * * 7,8 0,4 457 73 1964-81 2,1 2,7 3,7 3,5 1,2 978 156 1981-91 0,3 0,3 1,6 0,6 1,1 235 8 1991-01 0 0 6,5 1 nincs adat 161 43 Az akkumuláció mértéke a szigetek alsó végén (m/év) 1950-64 * * 2,2 2,2 1964-81 1,9 1,5 2,2 0,7 0,5 1981-91 5,3 1,7 1,6 0,9 2,1 1991-01 0 0,5 11,3 4,7 nincs adat *-al jelöltük, ha a sziget még nem létezett 1964 előtt, így a viszonyítási pont is 1964 volt. 350 cm feletti napok száma Az 1950-es, kiinduló állapotban a Maros egy enyhe bal-kanyarulatot képezett. Mederszélessége ezen a ponton nagy volt (275 m), míg a vizsgálati terület alatti és feletti szakaszon ennél jóval keskenyebb (140-148 m). Hogy ellensúlyozza ezt a megnövekedett mederszélességet, egy tucatnyi kisebb szigetet épített, így a hasznos meder leszűkült (az eredeti 80%-ára), így munkavégző képessége nem csökkent. Ez az állapot egy öregedő nódusz képét mutatta: a balparton a szigetek már olyan közel szorultak egymáshoz, hogy közöttük az átfolyás már csak nagyon kis sebességű lehetett. Ez előrevetítette az oldalágak eltömődését, ahogy az a jobb parton korábban, hasonló körülmények között megtörtént. Itt az 50-es években már inkább az ártérhez, mint a középvízi mederhez csatlakozott egy nagy szélességű homokos terület, amelyen már csak nagyvizek idején lehetett átfolyás. Mivel a fenti módon a meder mindkét oldalon leszűkült, a sodorvonal áttevődött. A következő légifotó (1964) már egy újraéledő nóduszt mutat: a mederszélesség jelentősen megnőtt, míg a vizsgált terület alatti és feletti szakaszon összeszűkült. Megváltoztak a mederben folyó víz áramlási viszonyai, így mederközepi zátonyok, illetve szigetek jöttek létre. Ebben az időszakban született meg az az öt sziget is, amely bár átalakult formában, de még ma is létezik. Összevetve ennek az időszaknak az fluviális formálódását az árvizes időszakok hosszával szembetűnik, hogy 1950-64 között viszonylag kevés volt a 200 cm-es, közepes vízállást meghaladó napok száma (az időszak 9%), s még kevesebb a mederből kilépő vizek aránya (1,3%). Ez arra enged következtetni, hogy a középvizeknek jelentős szerepe van a zátonyokból induló szigetformálásban, az akkumulációs folyamatok térnyerésében. Az előző állapothoz képest 1981-ig a változás mértéke kisebb ütemű volt, mint korábban: a partvonal futása nem változott jelentősen, a meglevő szigetek folyásirányban lefelé kezdtek el vándorolni. Az 1964-81 között eltelt 17 év alatt a szigetek felső vége 50-60 métert hátrált, míg folyásirányba csupán 30-40 métert nőttek. Ez a periódus tehát inkább a szigetek pusztulásának ideje volt, amelyet a gyakori nagyvizek (az időszak 15%-a) és árvizek (2,5%) okoztak. Ekkor mérték a Maros rekordmagasságú vízállásait is 1970-ben (624 cm) és 1975-ben (625 cm). Míg a balpart futása nem változott jelentősen, 1991-re a jobbpart felől szűkülni kezd a meder 50 méterrel a korábbiakhoz képest. A szigetek jelentősen növekedtek, hiszen míg pusztulásuk mértéke csupán 5-10 m, addig a korábbi alsó végük 20-50 méterrel került lejjebb. A szigetek a nódusz legnagyobb keresztmetszetének 21%-át foglalják el, míg alsó felén a hasznos mederszélesség már csak az eredeti 59%-a. A lefelé történő elmozdulás illetve növekedés mellett az is megfigyelhető, hogy a szigetek folyásirány szerinti jobb oldalán sokkal több üledék halmozódott fel, mint a baloldali peremeken, tehát egyre 5
Kiss Tímea Sipos György: Egy szigetrendszer közelebb tolódtak a jobb parthoz. A szűkülés és szigetvándorlás következtében a sodorvonal tehát újra áttevődött a balpart felé. A szigetépülés fenti üteme azzal magyarázható, hogy ebben az időszakban a közép- és árvizek gyakorisága messze alulmarad a korábbi időszakokhoz képest (sőt ekkor mérték az elmúlt 50 év legkisebb vízállását is). Az idén tavasszal végzett GPS-es méréseink is a fenti tendencia folytatódását jelzik, hiszen ezidő alatt a közép és árvizek aránya méginkább lecsökkent (már csak 5,5%). Az I- II. számú szigetek kiterjedése alig változott, azonban a III. és IV. szigetek jelentős mértékben megnyúltak, miközben hátráltak is. Ez együttesen a sodorvonal újbóli balra történő áthelyeződését mutatja, ahogy az az I II. szigeteket megkerülve utóbbiakat a folyásirányba tolja el. Ha a szigetek összkiterjedését megvizsgáljuk, megállapíthatjuk, hogy legnagyobb területűek 1964-es felvételen voltak, s húsz év alatt összterületük közel 25%-a semmisült meg. időpont 1950 1964 1981 1991 szigetek összterülete (m 2 ) 945 993 740 698 Tehát, miközben folyásirányban lefelé fokozatosan hosszabbodnak, egyben keskenyebbé is válnak, végül mintegy felemésztődnek. Ennek magyarázatát abban látjuk, hogy a nódusz elvégződésénél a szigetek egyre kisebb területre szorulnak (itt már 1991-ben a keresztmetszet 41%-át foglalták el), így közöttük a vízsebesség megnő, és megkezdődik pusztulásuk nemcsak a felső végükön, de oldalaikon is. A rendelkezésünkre álló térképek, légifelvételek és GPS adatok geoinformatikai feldolgozása lehetővé tette számunkra, hogy megfigyeljük és értékeljük a vizsgálati szakaszon a futásvonal változását. A felvételek jól tükrözik, hogy milyen dinamikusan változik ez a rendszer, azonban a változás mozgatórugóival a különböző magasságú és sebességű nagyés árvizekkel csak közvetetten kapcsolhatjuk össze. Ahhoz, hogy az épülés időszakait pontosabban meghatározzuk, dendrológiai vizsgálatokat alkalmaztunk. Dendrológiai vizsgálatok A dendrológiai vizsgálat szerint az I. sziget magja jóval öregebb, mint a IV. számú, lévén előbbi már 1963-1965-ben fával borított volt, míg a IV. sziget legidősebb fái 1974-ben telepedtek le a sziget felső végén. Mivel az I. sziget nagyobb és öregebb is IV. szigetnél, ezért a szigetépülést ennek a példáján mutatjuk be (5. ábra). Itt kell megjegyeznünk, hogy a fák kora azt jelzi, hogy az adott szigetfelszín mikor emelkedett a középvíz szintje fölé, hiszen fonatos zátonyok mindig kísérik a szigeteket, azonban ezeken fás vegetáció még nem tud megélni az elöntés hossza miatt. A sziget legidősebb fái a folyásiránnyal szembeni, keleti oldalon találhatóak: koruk 36-38 év, ami arra utal, hogy a sziget ezen része 1963 óta olyan szárazulat, amely a középvíz szintje fölé emelkedik. Ennek a felszínnek az épülése nagy valószínűséggel az 1962-es évhez köthető, amikor közel két hónapig nagyvíz volt, s ebből két héten át 350 cm feletti árvízi vízállást mértek. A sziget épülésének következő időszaka az 1970-es árvízhez köthető. Ekkor a már meglevő szigetfelszínhez kapcsolódott egy keskeny uszály, amelynek a maradványai jelenleg a sziget északi felében találhatók meg. A fenti két felszín nemcsak a legidősebb, de a legnagyobb magasságú is, hiszen ez az őket elborító illetve létrehozó árvíz rekordmagasságot (624 cm) és hosszúságot (közel 5 hónap) ért el. 6
Ehhez a szigetmaghoz az 1974-es és 1981-es árvizek egy viszonylag széles sávot kapcsoltak a déli és keleti oldalon. Azonban mivel mindkét árvíz csupán 520 cm magasságot ért el, ez a szegély közel fél méterrel alacsonyabb, mint a nála idősebb részek. Az 1985-ös és 1988-as árvizek igaz viszonylag hosszan elhúzódtak (63 illetve 41 nap), azonban ekkor nem mértek túl magas vízállásokat. Ezért ekkor csupán egy-egy keskeny sávval nőtt a szigetek területe a csendesebb vizű déli és nyugati részeken. Ezek ma is egy lépcsővel különülnek el az idősebb felszínektől. Mivel a 90-es évek közepétől kezdődően a vízállások igen alacsonyak (sőt ekkor mérték a legkisebb vizet is: -103 cm), a sziget alacsonyabb részeire is betelepedtek a füzek, noha ezek a felszínek nagyvízkor már vízzel borítottak. Tehát a definíció szerint már nem a sziget, hanem a hozzákapcsolódó fonatos zátony felszíne. Ennek ellenére mivel sűrű, bokros megjelenésű ez az erdőrész, erőteljesen lelassítja az áramló vizet, így itt egy-egy magasabb vízállás esetén több centiméteres agyagréteg halmozódik fel. 5. ábra. A fák kora jó egyezést mutatott a szigetépítő árvizekkel, rendszerint az árvizet követő évben már megjelentek a fák a friss homok- illetve agyagfelszíneken. Mindkét szigetnél jól nyomon követhető volt épülésük tendenciája: A legidősebb fák így a szigetek legidősebb felszínei is a folyásiránnyal szemben állnak (tehát a keleti végen), míg a legfiatalabb fák a szigetek nyugati végénél találhatóak. A keresztszelvények tanúsága szerint a szigetek északról dél felé is egyre fiatalodnak: míg északi, sodorvonal felé eső partjuk folyamatosan pusztul, addig déli szegélyük folyamatosan épül. 7
Kiss Tímea Sipos György: Egy szigetrendszer Összegzés A rendelkezésünkre álló adatok elemzése alapján az alábbi megállapításokat tettük a szigetrendszer fejlődésével kapcsolatban: 1) A szabályozások után a mesterségesen kialakított egyenes mederben nóduszok jöttek létre, amelyekben szigetek és zátonyok képződtek. (Hasonló változásokat más folyókon is megfigyeltek Werritty A. - Leys K. 2001, ahol a korábbi egyensúlyi állapot megzavarása miatt megváltozott a szakaszjelleg: a szabályozás után a bevágódó felsőbb szakaszról érkező hordalékot a hordalékkúp előterében rakta le a folyó.) A vizsgált nódusz az elmúlt ötven év alatt már egyszer elérte azt az állapotot, amikor szigeteinek többsége a partvonalba olvadt és a meder csomószerű tágulata megszűnt. Azonban a mederközepén két szigetmag elég volt ahhoz, hogy a nódusz újjászülessen, újra kitáguljon és újabb szigetek képződjenek benne. Mivel eközben emberi beavatkozás nem érintette a területet, úgy tűnik, hogy a jelenlegi felszínformálódás iránya és jellege ciklikus egyensúlyi állapotot tükröz (4. ábra). 4. ábra. 2) A fenti vizsgálatok szerint a szigetek helyzete folyamatosan változik: csoportokba tömörülnek, amelyek hol a bal, hol a jobb part felé vándorolnak, miközben folyásirányban lefelé is mozognak. Egy-egy extrém időszakban akár 6 méter/évet is erodálódhat folyásiránnyal szembeni végük, míg uszályuk akár évente 11 méterrel is megnőhet. Természetesen épülésük és pusztulásuk ütemét befolyásolja a sodorvonalhoz viszonyított helyzetük, és az, hogy éppen a nódusz mely részén találhatóak. 3) A légifelvételek és a topográfiai térképek geoinformatikai feldolgozásának eredménye egyezést mutatott a dendrológiai vizsgálattal. Így a két módszer mintegy kiegészítette 8
egymást: a dendrológia segítségével pontosan köthető volt a szigetek épülése egy-egy árvízi eseményhez, míg a geoinformatikai elemzés lehetővé tette, hogy az egész nóduszt egy egységként elemezhessük, és hogy ne csak az akkumuláció, de az erózió mértékét is megállapíthassuk. A kutatást a KAC 027874-01 sz. pályázata támogatja. Irodalom Balogh K. 1991: Szedimentológia I. kötet. Akadémiai Kiadó pp. 131-187. Kiss T. Sipos Gy. 2001: A morfológia és nehézfémtartalom kapcsolatának vizsgálata a Maros medrében és hullámterén. in: Ilyés Z. Keményfi R. (szerk): A táj megértése felé. Debrecen Eger, pp.63-83. Leopold L.B. Wolman M.G. 1957: River channel patterns: braided, meandering, and straight. US. Geol. Survey Prof. Paper p. 282. Morisawa M. 1985: Rivers: form and process. Longman London p. 222 Vízrajzi Évkönyv 1950-1999. Werritty A. - Leys K. 2001: The sensitivity of Scottish rivers and upland valley floors to recent environmental change. Catena, Vol.42, Issue 2-4. 251-273 9