Tomasz Falkowski

Understanding the Long Term Ecosystem Stability of a Fen Mire by Analyzing Subsurface Geology, Eco-Hydrology and Nutrient Stoichiometry – Case Study of the Rospuda Valley (NE Poland)

We explored the background of differences in long–term stability between two parts in an undisturbed mire system (Rospuda fen, NE Poland). We re-constructed the Holocene history of the mire and compared it with current vegetation, water level dynamics, water chemistry and nutrient availability in two basins: A, where the mire terrestrialised a deep gyttja–filled lake, and B, where peatland developed directly on fluvial sands. The current vegetation of sedge–moss fens was described in 10 relevés from each basin, groundwater was sampled from piezometers and analysed for major ions, while its relative water level was recorded during three years. N and P content was measured in above ground vascular plant samples collected within the relevés. Fens in basin A were stable in the past, whereas fens in basin B switched between open and wooded or reed–dominated phases. In basin B, where trees are more abundant, we found higher water fluctuations, occurrence of river floods and a higher N:P ratio than in basin A. Our interpretation follows that the subsurface geology of fen basin may govern mire stability by determining its hydrological–buffering capacity, which may affect N:P ratios. Our results suggest that P–limited fens are more vulnerable for changes in water level.

Basement of the alluvia influence on the channel pattern in example of selected reach of the Pilica River.

Basement of the alluvia influence on the channel pattern in example of selected reach of the Pilica River The type of the channel pattern is being considered as indicative element of the fluvial environment, especially for lowland, mature rivers. Investigations carried out in the Pilica River valley (example of such river) between Inowłódz and Domaniewice (grant no 2P04E 069 29, Ministry of Science) have shown that morphological features of the valley bottom (channel zone, as well as flood terrace) depends not only on river regime, but also on channel zone geological setting. Elements of the Pilica valley geology influencing on fluvial processes are protrusions of alluvia basement composed of deposits resistant to erosion, crop out in the channel zone. Wpływ podłoża aluwiów na typ rozwinięcia koryta rzecznego na przykładzie wybranego odcinka Pilicy Typ rozwinięcia koryta rzecznego jest wskaźnikiem stanu środowiska fluwialnego i reżimu hydrologicznego szczególnie dojrzałych rzek nizinnych. Badanie prowadzone w dolinie Pilicy na odcinku między Inowłodzem a Domaniewicami (grant nr 2P04E 069 29 MNiSW) wykazały, że wpływ na morfologię i litologię zarówno strefy korytowej współczesnej Pilicy, jak i formowanej w holocenie równi zalewowej ma budowa geologiczna podłoża doliny, a szczególnie odsłaniające się w korycie kulminacje jego powierzchni zbudowane z gruntów o większej odporności na erozję. Warunkowane obecnością trudno rozmywalnych progów przepływy wezbraniowe przemodelowały powierzchnię tarasu zalewowego, a w znacznej części analizowanego odcinka zatarły także ślady holocenskiej ewolucji rzeki. Na wielu odcinkach koryta warunkują także współcześnie jego morfologię.

Using hydrodynamic modelling to assess the impact of the development on hydrogeological conditions in a polygenic river valley marginal zone

Abstract Using hydrodynamic modelling to assess the impact of the development on hydrogeological conditions in a polygenic river valley marginal zone. The study area is located in the southern part of the Warsaw city agglomeration, adjacent to the Chojnowski Landscape Park. The study area is situated in the boundary zone between: (1) the bottom of the river valley reach with peat cover and (2) the Pleistocene glaciofluvial plain on its lower level. The main aim of the study is the analysis of the investment impact on hydrogeological conditions. During the pre-construction site works on the bottom of the valley it was an earthwork constructed in order to extend the zone of the buildings in the valley area. The research method consists of field works (geological drillings, piezometers constructions and observations, geodetic measurements), as well as laboratory works (sieve analysis) and hydrodynamic modelling (Visual MODFLOW, version 2009.1). The hydrogeological model performed in the study seems to became a base for the concept of the restoration of groundwater conditions. Streszczenie Zastosowanie modelowania hydrodynamicznego do określenia wpływu zagospodarowania strefy brzeżnej poligenicznej doliny rzecznej na reżim hydrogeologiczny. Teren badań znajduje się w południowej części aglomeracji warszawskiej (miejscowość Baniocha w powiecie piaseczyńskim) i od północy przylega do Chojnowskiego Parku Krajobrazowego. Celem artykułu jest określenie wpływu rozbudowy osiedla mieszkaniowego na dynamikę wód podziemnych w mokradłowym obszarze o niekorzystnych warunkach geologiczno-inżynierskich i jego sąsiedztwie. Pod względem geomorfologicznym teren ten jest położony na pograniczu małej doliny rzecznej wypełnionej torfami oraz niższego poziomu plejstoceńskiej równiny sandrowej. Torfy wypełniające dolinę rzeczną w związku z rozbudową osiedla mieszkaniowego zostały wykopane i zastąpione niekontrolowanymi nasypami co doprowadziło do okresowego podtapiania budynków położonych na równinie sandrowej. Badania składały się z prac terenowych (wiercenia geologiczne, instalacja piezometrów, obserwacje wahania zwierciadła wód podziemnych, pomiary geodezyjne), laboratoryjnych (sitowa analiza granulometryczna osadów pobranych z otworów wiertniczych) i modelowania hydrodynamicznego (Visual MODFLOW w wersji 2009.1). Model hydrogeologiczny stał się podstawą do opracowania koncepcji renaturyzacji i poprawy stosunków wodnych w analizowanym terenie.

Geological setting control of flood dynamics in lowland rivers (Poland)

We aim to answer a question: how does the geological setting affect flood dynamics in lowland alluvial rivers? The study area covers three river reaches: not trained, relatively large on the European scale, flowing in broad valleys cut in the landscape of old glacial plains. We focus on the locations where levees [both: a) natural or b) artificial] were breached during flood. In these locations we identify (1) the erosional traces of flood (crevasse channels) on the floodplain displayed on DEM derived from ALS LIDAR. In the main river channel, we perform drillings in order to measure the depth of the suballuvial surface and to locate (2) the protrusions of bedrock resistant to erosion. We juxtapose on one map: (1) the floodplain geomorphology with (2) the geological data from the river channel. The results from each of the three study reaches are presented on maps prepared in the same manner in order to enable a comparison of the regularities of fluvial processes written in (1) the landscape and driven by (2) the geological setting. These processes act in different river reaches: (a) not embanked and dominated by ice jam floods, (b) embanked and dominated by rainfall and ice jam floods. We also analyse hydrological data to present hydrodynamic descriptions of the flood. Our principal results indicate similarity of (1) distinctive erosional patterns and (2) specific geological features in all three study reaches. We draw the conclusion: protrusions of suballuvial bedrock control the flood dynamics in alluvial rivers. It happens in both types of rivers. In areas where the floodplain remains natural, the river inundates freely during every flood. In other areas the floodplain has been reclaimed by humans who constructed an artificial levee system, which protects the flood-prone area from inundation, until levee breach occurs.

The usefulness of low-altitude aerial photography for the assessment of channel morphodynamics of a lowland river

Abstract The paper presents examples of using low-altitude aerial images of a modern river channel, acquired from an ultralight aircraft. The images have been taken for two sections of the Vistula river: in the Małopolska Gorge and near Dęblin and Gołąb. Alongside with research flights, there were also terrestrial investigations, such as echo sounding of the riverbed and geological mapping, carried out in the river channel zone. A comparison of the results of aerial and terrestrial research revealed high clarity of the images, allowing for precise identification of the evidence that indicates the specific course of river channel processes. Aerial images taken from ultralight aircrafts can significantly increase the accuracy of geological surveys of river channel zones in the Polish Lowlands due to low logistic requirements.

Geomorphological analysis in soil profile assessment of the margin of Warsaw morainic plateau in Ursynów

Abstract This paper addresses the application of geomorphological analysis to recognize the geotechnical conditions at the margin of a moraine plateau in Warsaw. Aerial photographs, borehole data logging, CPT and DMT tests results were taken into account to compare the conditions at two sites, i.e. the well recognized part of the moraine plateau (SGGW Stadium site) and the second part located at a distance of 5 km (Warsaw slope – church). Spatial variability of the strength and deformation properties in the study areas were determined using CPT and DMT tests results. The general conclusion is that the specific geomorphological units allow for prediction to some extent the sequence of geotechnical layers and the general distribution of soil parameters. The example from the margin of the moraine plateau in Warsaw shows that such procedure is a promising statistical tool related to geotechnical problems.

Structure and utilisation possibilities of channel digital model in example of Vistula river in Warsaw

Abstract Structure and utilisation possibilities of channel digital model in example of Vistula river in Warsaw. During the analysis of channel processes, high dynamicity of fluvial environments in the area of Polish Lowland imposes the necessity to use spatial channel models, always defined for specific flow conditions. In this paper, a procedure to construct a digital model of the Vistula channel zone morphology in a GIS environment has been proposed, based on: results of the bathymetric examinations conducted by means of an assembly consisting of an echosounder coupled with a DGPS receiver; GNSS RTK measurements; analysis of remote sensing materials and digital terrain model. Examples regarding the use of so created models to characterise the environment of the Warsaw Vistula channel have been presented. The Vistula channel within the examined segment is a form with diverse morphodynamics. It consists of a quasi-natural zone, characterised by a relative ease of erosion and deposition processes, and an engineered channel zone. Apart from the hydrotechnical structures, a factor which conditions the character of contemporary channel processes along the engineered segment is its geological structure, mainly morphology and lithology of the contemporary Vistula alluvia substratum. Streszczenie Budowa i możliwości wykorzystania cyfrowego modelu strefy korytowej rzeki na przykładzie fragmentu warszawskiej Wisły. Duża dynamika środowisk fluwialnych na obszarze Niżu Polskiego narzuca konieczność posługiwania się w trakcie analizy procesów korytowych modelami przestrzennymi koryta określanymi zawsze dla konkretnych warunków przepływu. W pracy zaproponowano procedurę konstrukcji cyfrowego modelu rzeźby strefy korytowej Wisły w środowisku GIS na podstawie wyników badań batymetrycznych prowadzonych zestawem składającym się z echosondy sprzężonej z odbiornikiem DGPS; pomiarów GNSS RTK; analizy materiałów teledetekcyjnych oraz cyfrowego modelu terenu. Przedstawiono przykłady wykorzystania tak tworzonych modeli do charakterystyki środowiska koryta warszawskiej Wisły. Koryto Wisły na badanym odcinku to forma o zróżnicowanej morfodynamice. Obejmuje strefę quasi-naturalną, charakteryzującą się względną swobodą procesów erozji i depozycji oraz strefę koryta uregulowanego. Poza zabudową hydrotechniczną czynnikiem warunkującym charakter współczesnych procesów korytowych na odcinku uregulowanym jest jego budowa geologiczna, a głównie morfologia i litologia podłoża współczesnych aluwiów Wisły.

Usage of the graph clustering algorithm to the recognition of geotechnical layers

Usage of the graph clustering algorithm to the recognition of geotechnical layers The aim of the paper is to present the approach to the application of the graph clustering algorithm to the recognition of geotechnical layers from the dilatometer tests. Results of the measurements obtained from the DMT test in the test site (subsoil of one of the buildings in the Warsaw University of Life Sciences campus) were analyzed by the clustering algorithm which was able to extract the separate groups of the measurements, representing identical soil type. This method is parameterized, so its verification by the geotechnical experts was necessary to determine the optimal parameter values. They lead to the determination of the soil types as close to the actual situation, as possible. Also, the output of the algorithm was analyzed by the geotechnical experts to identify and label the extracted soil types. W artykule przedstawiono zastosowanie opartej na algorytmie clusteringu grafowego do rozpoznania warstw gruntu na podstawie badań dylatometrycznych. Wyniki pomiarów uzyskiwane dla podłoża jednego z budynków na terenie kampusu SGGW zostały przeanalizowane przez algorytm, który wyodrębnił grupy pomiarów charakterystyczne dla określonych rodzajów gruntów. Przeprowadzona analiza umożliwiała określenie optymalnych wartości parametrów pozwalających pogrupować pomiary i wyodrębnić najbliższe rodzaje gruntów. Ponadto, wyniki działania algorytmu zostały przeanalizowane przez geotechników w celu weryfikacji identyfikacji poszczególnych rodzajów gruntów wskazanych przez metodę