АНАЛИЗ БЕРЕГОВОЙ ЭРОЗИИ КОМБИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ ВОЗДУШНОГО И НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ: ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО РЕКЕ ВИСЛА

В статье показана возможность создания цифровых моделей высот с высоким разрешением (HRDEM) на основе комбинирования данных воздушного лазерного сканирования (ALS, 2012 г.) и наземного лазерного сканирования (TLS, 2015 г.) для качественного и количественного анализа современных процессов, связанных с морфодинамикой русла реки Висла (недалеко от г. Нишава, Центральная Польша). Изучен участок реки длиной почти 1 км в его низинной части, где русло имеет ширину 440 м, а берега – высоту 3.5–5.0 м, расположенный на расстоянии 27 км ниже по течению от водохранилища в г. Влоцлавек, при этом изученный участок находится под влиянием водохранилища. Измерения методом TLS проводились с противоположного берега реки с расстояния до 750 м. Сочетание данных ALS и TLS позволило исследовать и оценить как горизонтальные изменения высоты берега реки, так и изменения его профиля с высоким разрешением – около 900 точек/м². Полученные результаты показывают, что на данном участке реки в течение трех лет между измерениями, проведенными методами ALS (2012 г.) и TLS (2015 г.), изменились как поперечный профиль берега, так и местоположение его верхнего края. Масштабы изменений варьируются от полного отсутствия эрозии до опускания верхнего края обрыва примерно на 1 м (в некоторых точках даже до 2 м). Использованные методы позволили оценить площадь наблюдаемых изменений, в отличие от обычных методов, которые позволяют проводить только анализ отдельных поперечных разрезов.

1. Avian M., 2012. Performance and limits of different long-range TLS-sensors for monitoring high mountain geomorphic processes at different spatial scales. Geophysical Research Abstracts 14, EGU2012-10081. Available from: http://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2012/EGU2012-10081.pdf.

2. Babiński Z., 1982. The influence of the water dam in Włocławek of fluvial processes of the Vistula River. Dokumentacja Geograficzna 1–2, 1–92 (in Polish).

3. Babiński Z., 1992. The present-day fluvial processes of the Lower Vistula River. Prace Geograficzne, IGiPZ PAN, 157 (in Polish).

4. Babiński Z., 1993. Ciechocinek dam and its Nieszawa Reservoir – forecast of geographical environment changes chemical denudation within the drainage basin of the Ruda River. Zeszyty IGiPZ PAN 12, 5–27 (in Polish).

5. Babiński Z., 1995. Procesy erozyjno-akumulacyjne poniżej stopnia wodnego “Włocławek”. In: Hydrologiczne i geomorfologiczne problemy zbiornika Włocławek, Przewodnik Wycieczki, Nr. 1, 44 Zjazd PTG, Toruń, p. 16–20 (in Polish).

6. Babiński Z., 1997. Erosion-accumulation processes below the Włocławek Reservoir, their consequences and impact on the morphodynamics of the planned Nieszawa Reservoir, IGiPZ PAN, Toruń (in Polish).

7. Babiński Z., Habel M., 2017. Impact of a single dam on sediment transport continuity in large lowland rivers. In: River sedimentation – proceedings of the 13th International Symposium on river sedimentation. ISRS 2016, p. 975–982.

8. Babiński Z., Habel M., Chalov S., 2014. Prediction of the Vistula channel development between Wloclawek and Torun: evaluation with regard to the new geological survey. Quaestiones Geographicae 33 (3), 7–15. https://doi.org/10.2478/quageo-2014-0025.

9. Banach M., 1998. Dynamics of the Lower Vistula banks. Dokumentacja Geograficzna IGiPZ PAN 9 (in Polish).

10. Bremer M., Sass O., 2012. Combining airborne and terrestrial laser scanning for quantifying erosion and deposition by a debris flow event. Geomorphology 138 (1), 49–60. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2011.08.024.

11. Cebulski J., 2014, The use of Terrestrial Laser Scanner (TLS) to assess the activity of landslides, for example of Bodaki landslide (BeskidNiski Mts.) Landform Analysis 26, 105–113. https://doi.org/10.12657%2Flandfana.026.010.

12. Day S.S., Gran K.B., Belmont P., Wawrzyniec T., 2013a. Measuring bluff erosion part 1: terrestrial laser scanning methods for change detection. Earth Surface Processes and Landforms 38 (10), 1055–1067. https://doi.org/10.1002/esp.3353.

13. Day S.S., Gran K.B., Belmont P., Wawrzyniec T., 2013b. Measuring bluff erosion part 2: pairing aerial photographs and terrestrial laser scanning to create a watershed scale sediment budget. Earth Surface Processes and Landforms 38 (10), 1068–1082. https://doi.org/10.1002/esp.3359.

14. Fischer M., Huss M., Kummert M., Hoelzle M., 2016. Application and validation of long-range terrestrial laser scanning to monitor the mass balance of very small glaciers in the Swiss Alps. The Cryosphere 10 (3), 1279–1295. https://doi.org/10.5194/tc-10-1279-2016.

15. Gierszewski P., Szmańda J., Luc M., 2015. Changes of Vistula River channels pattern caused by Włocławek Dam functioning based on the analysis of aerial photographs. Przegląd Geograficzny 87 (3), 517–533 (in Polish).

16. Habel M., 2013. Dynamics of the Vistula River Channel Deformations Downstream of the Włocławek Reservoir. Wydawnictwo Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego, Bydgoszcz, 138 p.

17. Ingarden R., 1921. Rivers and Waterways in Former Three Partitions and Their Economic Significance for Poland. Kraków (in Polish).

18. Jaboyedoff M., Demers D., Locat J., Locat A., Locat P., Oppikofer T., Robitaille D., Turmel D., 2009. Use of terrestrial laser scanning for the characterization of retrogressive landslides in sensitive clay and rotational landslides in river banks. Canadian Geotechnical Journal 46 (12), 1379–1390. https://doi.org/10.1139/T09-073.

19. Julge K., Eelsalu M., Grünthal E., Talvik S., Ellmann A., Soomere T., Tonisson H., 2014. Combining airborne and terrestrial laser scanning to monitor coastal processes. In: Measuring and modeling of multi-scale interactions in the marine environment – IEEE/OES Baltic International Symposium 2014, BALTIC 2014, Art. no. 6887874.

20. Kaczmarek H., Tyszkowski S., Banach M., 2015. Landslide development at the shores of a Dam reservoir (Włocławek, Poland), based on 40 years of research. Environmental Earth Sciences 74 (5), 4247–4259. https://doi.org/10.1007/s12665-015-4479-3.

21. Kędra M., Wiejaczka Ł., Wesoły K., 2015. The role of reservoirs in shaping the dominant cyclicity and energy of mountain river flows. River Research and Applications 32 (4), 561–571. https://doi.org/10.1002/rra.2880.

22. Kociuba W., 2017. Analysis of geomorphic changes and quantification of sediment budgets of a small Arctic valley with the application of repeat TLS surveys. Zeitschrift für Geomorphologie, Supplementary Issues, 61 (2), 105–120. https://doi.org/10.1127/zfg_suppl/2017/0330.

23. Lawler D.M., 1993. The measurement of river bank erosion and lateral channel change: a review. Earth Surface Processes and Landforms 18 (9), 777–821. https://doi.org/10.1002/esp.3290180905.

24. Lawler D.M., Leeks G.J.L., 1992. River bank erosion events on the Upper Severn detected by the Photo-Electronic Erosion Pin (PEEP) system. In: J. Bogen, D.E. Walling, T.J. Day (Eds.), Erosion and sediment transport monitoring programmes in river basins: Proceedings of the Oslo Symposium. International Association for Hydrological Sciences Publication, vol. 210, p. 95–105.

25. Lawler D.M., West J.R., Couperthwaite J.S., Mitchell S.B., 2001. Application of a novelautomatic erosion and deposition monitoring system at a channel bank site on the tidal River Trent, UK. Estuarine, Coastal and Shelf Science 53 (2), 237–247. https://doi.org/10.1006/ecss.2001.0779.

26. Lorenc H. (Ed.), 2005. Atlas of Poland climate. IMGW, Warszawa (in Polish).

27. Milan D.J., Heritage G.L., Hetherington D., 2007. Application of a 3D laser scanner in the assessment of erosion and deposition volumes and channel change in a proglacial river. Earth Surface Processes and Landforms 32 (11), 1657–1674. https://doi.org/10.1002/esp.1592.

28. Resop J.P, Hession W.C., 2010. Terrestrial laser scanning for monitoring streambank retreat: comparison with traditional surveying techniques. Journal of Hydraulic Engineering 136 (10), 794–798. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000233.

29. RIEGL 3D Terrestrial Laser Scanner, Riegl VZ-4000/VZ-6000, General Description and Data Interfaces, 2013.

30. Telling J., Lyda A., Hartzell P., Glennie C., 2017. Review of Earth science research using terrestrial laser scanning, Earth-Science Reviews 169, 35–68. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2017.04.007.

31. Tyszkowski S., 2015. Mass movements of lowland areas in long range TLS and ALS monitoring. Geophysical Research Abstracts 17, EGU2015-12805. Available from: https://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2015/EGU2015-12805.pdf.

32. Wiejaczka Ł., Kijowska-Strugała M., 2015. Dynamics of the channel beds level in mountain rivers in the light of the minimum water stages analysis. Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences 10 (4), 105–112.

33. Wiśniewska D., Kramkowski M., Tyszkowski S., 2015. Application of a long-range terrestrial laser scanner in research on lowland geodynamic processes. Geophysical Research Abstracts 17, EGU2015-616-1. Available from: https://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2015/EGU2015-616-1.pdf.

34. Wójcik G., Marciniak K., 2006. Climate. In: L. Andrzejewski, P. Weckwerth, S. Burak (Eds.), Torun and its surroundings. Natural monograph, Nicolaus Copernicus University, Toruń, p. 99–128 (in Polish).