Skanowanie klifu nad zbiornikiem Jeziorsko
Ponad rok temu opisywaliśmy pierwszy pomiar klifu nad zbiornikiem Jeziorsko. Od tego czasu wraz z dr hab. Haliną Kaczmarek (prof. UKW w Bydgoszczy) i dr Sebastianem Tyszkowski, (Instytut Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania PAN), którzy zajmują się badaniem zmian erozyjnych tego klifu zostały przeprowadzone jeszcze dwa pomiary.
Wyniki i wnioski po serii skanowań klifu
Oprócz pierwszego, który miał miejsce w październiku 2021 roku, został jeszcze przeprowadzony pomiar w maju (pomiar nr 2) oraz październiku 2022 roku (pomiar nr 3). W stosunku do pierwszego pomiaru została zwiększona ilość stanowisk skanera z 6 do 11 w pomiarze nr 2 i do 13 w nr 3. U podstawy klifu znajduje się roślinność, która zasłania jego powierzchnię. Zwiększenie ilości stanowisk skanera, a więc też kierunków z którego wiązka lasera pada na powierzchnię klifu sprawia, że na takim samym obszarze pomiaru co wcześniej uzyskano większą zeskanowaną powierzchnię. W trakcie badań został zmieniony też model skanera używany do pomiaru. W pierwszych dwóch użyto skanera FARO Focus S350. Z kolei w pomiarze trzecim nowego modelu FARO Focus Premium. Dzięki temu było możliwe przeprowadzenie dokładniejszego i bardziej szczegółowego skanowania w tym samym czasie co w poprzednich pomiarach.
Półroczny odstęp pomiędzy pomiarami pozwala na sprawdzenie jak zmiany postępują w okresie zimowym oraz letnim.
Poniżej przedstawiono rozkład stanowisk dla każdego z pomiarów:
Pomiar nr 1
Pomiar nr 2
Pomiar nr 3
Skany z każdej z sesji pomiarowych były dopasowywane do siebie w oprogramowaniu FARO Scene za pomocą kul referencyjnych rozstawianych na obszarze skanowania. Wybrano tę metodę ze względu na poruszającą się pod wpływem wiatru roślinność oraz małą ilość obiektów w sąsiedztwie skanera, co mogłoby negatywnie wpłynąć na dokładność dopasowania metodą chmura do chmury.
Chmury punktów po przetwarzaniu i dopasowaniu wyglądają następująco:
Pomiar nr 1
Pomiar nr 2
Pomiar nr 3
W kolejnym kroku wszystkie chmury punktów zostały wczytane do oprogramowania Gexcel Reconstructor, aby przeprowadzić analizy porównawcze.
W tym oprogramowaniu wszystkie skany zostały do siebie najpierw dopasowane za pomocą punktów kontrolnych zmierzonych odbiornikiem GNSS. Dopasowanie zostało sprawdzone na podstawie obiektów, które z dużym prawdopodobieństwem się nie przemieściły pomiędzy pomiarami, czyli np. duże kamienie. Szacowana dokładność takiego dopasowania to +/- 2cm.
Taka dokładność jest akceptowalna, ponieważ zmiany jakie zamierzano zaobserwować dochodzą nawet do 25 cm. Następnie oczyszczono wszystkie chmury z niepotrzebnych obszarów oraz roślinności. Wynikiem jest chmura punktów obrazująca tylko powierzchnię klifu, będącą głównym obiektem badań.
Wyczyszczona i odfiltrowana chmura punktów ukazująca powierzchnię klifu
Oprogramowanie Gexcel Reconstructor umożliwia przeprowadzenie różnego rodzaju analiz porównawczych. W badaniach przede wszystkim bazowano na kompleksowym porównaniu zeskanowanej powierzchni klifu pomiędzy kolejnymi pomiarami w postaci chmury punktów pokolorowanej stopniowo w zależności od lokalnej różnicy pomiędzy pomiarami. Takie porównanie nazywa się również kolorową mapą różnic. Dodatkowo możliwe jest umieszczenie punktów z dokładnymi wartościami różnicy.
Legenda kolorów odpowiadających różnicom
Fragment kolorowej mapy różnic wraz z punktami o dokładnych wartościach pomiędzy drugim i pierwszym pomiarem.
Kolory przedstawione powyżej symbolizują wielkość różnicy. Dlatego przy interpretacji wyników niezbędna jest też legenda opisująca jaki kolor odpowiada jakiej wartości różnicy.
Kolorem zielonym przedstawione są różnice do +/- 3cm. Są one nieznaczne i mogą być spowodowane przez inne czynniki niż te podlegające badaniom. Różnice od 3 do 6 cm są oznaczone kolorem żółtym, od 6 do 12 pomarańczowym, od 12 do 18 czerwonym, a od 18 do 30 bordowym. Z kolei od -3 do -6 kolorem błękitnym, od -6 do -12 jasnoniebieskim, od -12 do -18 ciemnoniebieskim i od -18 do -30 granatowym. Wartości dodatnie oznaczają, że z czasem w danym miejscu przybyło materiału, z kolei ujemne oznaczają jego ubytek.
Posiadając trzy pomiary możliwe było przeprowadzanie trzech analiz:
A) porównanie: pomiar nr 2 (maj 2022) – pomiar nr 1 (październik 2021)
B) porównanie: pomiar nr 3 (październik 2022) – pomiar nr 2 (maj 2022)
C) porównanie: pomiar nr 3 (październik 2022) – pomiar nr 1 (październik 2021)
Poniżej przedstawiono mapy różnic z każdego z porównań:
Porównanie A
Porównanie B
Porównanie C
Uzyskane wyniki tak komentuje dr hab. Halina Kaczmarek:
Od października 2021 roku we współpracy z pracownikami TPI / UKW Bydgoszcz / IGiPZ PAN Toruń / monitorujemy zmiany w obrębie 120 metrowej długości klifu rozwijającego się na zbiorniku Jeziorsko. Badany klif podlega sukcesywnej degradacji w wyniku falowania wiatrowego oraz procesów egzogenicznych co powoduje jego powolną recesję (cofanie się). Pomiary, wykonywane są 2 razy w ciągu roku, jesienią i wiosną. Przyjęty harmonogram badań oraz zastosowana metoda skaningu naziemnego pozwala na wyizolowanie i ocenę roli różnych czynników wpływających na degradację klifu, w szczególności zachodzącego zimą procesu wietrzenia mrozowego związanego m. in. z cyklicznym przechodzeniem temperatury gruntu przez 0°C, czy, jak pokazują to nasze ostatnie pomiary, wpływ erozji linijnej będącej efektem skoncentrowanego spływu wód opadowych. Trzy serie pomiarowe wykonane w październiku 2021, maju 2022 oraz październiku 2022, i wygenerowane na ich podstawie modele różnicowe pozwoliły na identyfikację zmian w morfologii badanego klifu w okresie jednego roku. Zmiany negatywne to obszary ubytku materiału z powierzchni badanej ściany dokumentujące proces jej recesji (cofania). Z kolei zmiany pozytywne to strefy odkładania (akumulacji) materiału odpadającego z niszczonej ściany. Pierwszy okres porównawczy ukazuje zmiany w sezonie zimowym 2021/2022, drugi w sezonie letnim 2022 r. Zmiany zidentyfikowane w okresie zimowym są bardzo wyraźne. Objęły one głównie środkową i dolną strefę badanego klifu. W strefie środkowej wystąpiły zmiany negatywne, rzędu 7-15 cm. Są to zmiany o charakterze przestrzennym, będące efektem sukcesywnego złuszczania kilkumilimetrowej miąższości warstw materiału. Proces ten następuje w wyniku wietrzenia mrozowego będącego skutkiem cyklicznie zachodzącego zamarzania i rozmarzania gruntu prowadzącego do jego odspajania. Proces ten na pionowej ścianie klifu skutkuje odpadaniem materiału. Złuszczony materiał gromadzi się u podstawy klifu tworząc stożki usypiskowe. W badanym okresie w obrębie tych form zidentyfikowano przyrosty rzędu 6-15 cm, największe wartości zmian wystąpiły ich części górnej.
Zmiany zaobserwowane na porównaniu A
Górna, około 2 metrowej szerokości strefa obejmująca ścianę klifu bezpośrednio poniżej jego korony nie wykazuje istotnych zmian w badanym okresie (zmiany rzędu 3 cm przyjęto jako zmiany poniżej błędu metody). Prawdopodobną przyczyną jej stabilności jest jej zacienienie i ochrona przed nasłonecznieniem okapem darniowym osiągającym 0,5-2 m szerokości. Ta strefa klifu doświadcza prawdopodobnie mniejszej liczby przejść temperatury gruntu przez 0°C, jest zatem mniej predysponowana do rozwoju procesu wietrzenia mrozowego. Zmiany zidentyfikowane w sezonie letnim 2022 r (maj-październik 2022) obejmują niewielkie obszary badanego klifu. Są to zmiany linijne, tzw. żłobki czy rynny erozyjne. Formy te to wynik erozji klifu przez skoncentrowane spływy wód opadowych z przylegającego stoku. Do procesu tego dochodzi w trakcie bardzo intensywnych opadów, w czasie których dochodzi do koncentracji wód i spływu powierzchniowego wody. Na badanym fragmencie klifu zidentyfikowano 13 tego typu form erozyjnych, które osiągają do 2,5 m długości. Ich szerokość dochodzi do 65 cm, a głębokość maksymalnie dochodzi do 18 cm. Formy te rozwinęły się w dolnej strefie klifu, w obrębie stożków usypiskowych, które uformowane z luźnego materiału który odpadł ze ściany klifu łatwiej ulegają erozji niż sama ściana klifu.
Zmiany zaobserwowane w porównaniu B
Z kolei na porównaniu C można zaobserwować połączenie obu rodzaju zmian, czyli powstałych przez wietrzenie mrozowe oraz erozję spowodowaną przez spływ wód opadowych.
Zmiany widoczne na porównaniu C (linią czerwoną oznaczone są zmiany powstałe przez wietrzenie mrozowe, linią fioletową zmiany erozyjne spowodowane przez spływ wód opadowych).
Plany na kolejne pomiary
Kolejny pomiar zaplanowany jest na przełom maja i czerwca 2023. Dane z tego pomiaru przez porównanie z danymi wcześniejszymi pozwolą na sprawdzenie czy wielkość i sposób rozmieszczenia zmian zaobserwowanych w sezonie zimowym 2021/2022 powtórzą się. Pozwolą również na potwierdzenie bądź odrzucenie hipotezy o roli okapu darniowego, który zacieniając górną partię klifu przyczynia się do mniejszej liczby przejść temperatury powierzchniowej warstwy gruntu przez punkt 0°C, ograniczając znaczenie procesu zamarzania i rozmarzania gruntu w procesie recesji klifu w tej strefie.
