Curve Number Estimation for a Small Urban Catchment from Recorded Rainfall-Runoff Events

• Autorzy: Banasik K. , Krajewski A. , Sikorska A. , Hejduk L.

Identyfikatory

DOI

10.2478/aep-2014-0032

Warianty tytułu

PL

Wyznaczenie parametru odpływu CN małej zlewni zurbanizowanej na podstawie zarejestrowanych zdarzeń opad-odpływ

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Runoff estimation is a key component in various hydrological considerations. Estimation of storm runoff is especially important for the effective design of hydraulic and road structures, for the flood flow management, as well as for the analysis of land use changes, i.e. urbanization or low impact development of urban areas. The curve number (CN) method, developed by Soil Conservation Service (SCS) of the U.S. Department of Agriculture for predicting the flood runoff depth from ungauged catchments, has been in continuous use for ca. 60 years. This method has not been extensively tested in Poland, especially in small urban catchments, because of lack of data. In this study, 39 rainfall-runoff events, collected during four years (2009–2012) in a small (A=28.7 km2), urban catchment of Służew Creek in southwest part of Warsaw were used, with the aim of determining the CNs and to check its applicability to ungauged urban areas. The parameters CN, estimated empirically, vary from 65.1 to 95.0, decreasing with rainfall size and, when sorted rainfall and runoff separately, reaching the value from 67 to 74 for large rainfall events.

PL

Wyznaczenia odpływu jest jednym z kluczowym zagadnień badań hydrologicznych. Określenie warstwy odpływu z opadów burzowych jest potrzebne zarówno do prac projektowych, tj. do wymiarowani obiektów hydrotechnicznych (jazy, zapory) i komunikacyjnych (mosty, przepusty), jak i do analiz skutków zmian środowiskowych jak; użytkowania terenu, urbanizacji czy zwiększania retencyjności w terenach miejskich. Jedną z najbardziej rozpowszechnionych w praktyce inżynierskiej metod, do wyznaczania odpływu w zlewniach nieobserwowanych, jest opracowana w latach 50-tych ubiegłego wieku, przez Departament Rolnictwa USA, metoda – SCS-CN (Soil Conservation Service – Curve Number). Celem pracy jest sprawdzenie stosowalności metody w przykładowej małej zlewni zurbanizowanej (A=28.7 km2) w Warszawie, poprzez wyznaczenie parametru metody (CN), na podstawie zarejestrowanych 39 zdarzeń opad-odpływ w latach 2009–2012, i porównanie jej z wartością tablicową (wyznaczoną na podstawie rodzaju gleb i pokrycia terenu zlewni). Analiza zarejestrowanych zdarzeń opad-odpływ wykazała zmienność parametru CN, określonego dla każdego ze zdarzeń, w zakresie od 65 do 95, z tym że wartości te maleją wraz ze wzrostem warstwy opadu. Wyznaczając CN dla par, niezależnie uszeregowanych warstw, opadu i odpływu stwierdzono, że dla dużych opadów (przekraczających 35 mm) parametr CN dąży do wartości 67–74, w zależności od rodzaju przyjętej funkcji aproksymacji, i jest zbliżony do wartości ustalonej z map glebowych i użytkowania zlewni.

Słowa kluczowe

EN

stormwater runoff; CN method; urban flood management; Warsaw

PL

opady burzowe; metoda CN; zlewnia zurbanizowana; Warszawa

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 40, no. 3
• Strony: 75--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Banasik K.

• Warsaw University of Life Sciences – SGGW ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warsaw

autor

Krajewski A.

• Warsaw University of Life Sciences – SGGW ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warsaw

autor

Sikorska A.

• Warsaw University of Life Sciences – SGGW ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warsaw

autor

Hejduk L.

• Warsaw University of Life Sciences – SGGW ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warsaw

Bibliografia

• [1] Banasik, K. (1987). Rainfall-runoff conceptual model for an urban watershed. Proc. XXII Congress of IAHR, and FICUD – Urban Drainage Hydraulics and Hydrology, Lousanne, Switzerland, Vol. 5, 299–300.
• [2] Banasik, K. (1994). Sedimentgraph model of rainfall event in a small agricultural watershed (in Polish), Treaties and Monographs, Warsaw Agricultural University Press, Warsaw, Poland.
• [3] Banasik, K. (Ed.) (2002). Hydrological documentation of Sluzew Creek at the Przyczolkowa street (in Polish – Operat hydrologiczny Potoku Sluzewieckiego w przekroju ul. Przyczółkowej). Warsaw Agricultural University – SGGW, Department of River Engineering (unpublished report).
• [4] Banasik, K. (2009). Predicting the Flood Hydrographs for Small Urban Watersheds (in Polish), Warsaw University of Life Sciences – SGGW Press, Warsaw.
• [5] Banasik K., Byczkowski, A. & Ignar, S. (1988). An influence of the method for effective rain determination on the parameters of Nash model for urbanized watershed. Proc. Int. Symp. URBAN WATER 88, „Hydrological Processes and Water Management in Urban Areas”, IHP/OHP German and Dutch National Committee, Duisburg-Germany, p.17–22.
• [6] Banasik, K. & Ignar, S. (1983). Estimation of effective rainfall using the SCS method on the base of measured rainfall and runoff (in Polish), Przeglad Geofizyczny (Review of Geophysics), XXVII (3–4), 401–408.
• [7] Banasik, K., Madeyski, M., Wiezik, B. & Woodward, D.E. (1994). Applicability of Curve Number technique for runoff estimation from small Carpathian watersheds, In: Development in Hydrology of Mountainous Areas (Eds. L. Molnar, P. Miklanek & I. Meszaros), Slovak Committee for Hydrology and Institute of Hydrology Slovak Academy of Sciences, Stara Lesna, Slovakia, p 125–126.
• [8] Banasik, K. & Pham, N. (2010). Modelling of the effects of land use changes on flood hydrograph in a small catchment of the Płaskowicka, southern part of Warsaw. Poland, Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW. Land Reclamation, 42 (2), 229–240.
• [9] Banasik, K. & Woodword, D. (2010). Empirical determination of runoff Curve Number for a small agricultural watershed in Poland, 2nd Joint Federal Interagency Conference, Las Vegas, NV, June 27 – July 1. 2010, 10p.
• [10] Burszta-Adamiak, E. (2012). Analysis of stormwater retention on green roofs, Archives of Environmental Protection, 38(4), 3–13.
• [11] Chormański, J., Kardel, I., Mirosław-Świątek, D., Okruszko, T. & Pusłowska-Tyszewska, D. (2012). Model zlewni o parametrach przestrzennych dyskretnie rozłożonych w obszarze zurbanizowanym, Przegląd Naukowy – Inżynieria i Kształtowanie Środowiska (Scientific Review Engineering and Environmental Science), 55, 3–17.
• [12] D’Asaro, F. & Grillone, G. (2012). Empirical investigation of Curve Number method parameters in the Mediterranean area, Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, 17(10), 1141–1152.
• [13] Florczak, A. (2007). Przepływy wezbraniowe Potoku Służewieckiego w profilu Staw Berensowicza, Engineering thesis at Faculty of Engineering and Environmental Science, Warsaw Agricultural University – SGGW, Warszawa.
• [14] Gutry-Korycka, M. (2006). Urban Sprawl Warsaw Agglomeration – case study. Warsaw University Press, Warszawa.
• [15] Hawkins, R.H. (1993). Asymptotic determination of Curve Numbers from data, Journal of Irrigation and Drainage Division, American Society of Civil Engineers, 119(2), 334–345.
• [16] Hawkins, R.H., Ward, T.J., Woodward, D.E. & Van Mullem, J. (2009). Curve Number Hydrology: State of the Practice. American Society of Civil Engineers, Reston, VA.
• [17] Hjelmfelt, A.T. (1980). Empirical investigation of Curve Number technique. Journal of the Hydraulics Division, American Society of Civil Engineers,106 (HY9), 1471–1476.
• [18] Hlavcova, K., Kohnova, S., Kubes, R., Szolgay, J. & Zvolensky, M. (2005). An empirical method for estimating future flood risk for fl ood warnings, Hydrology and Earth System Sciences, 9(4), 431–488.
• [19] Ignar, S. (1988). The SCS method and its application for effective rainfall determination (in Polish), Przeglad Geofizyczny (Review of Geophysics), XXXII (4), 451–455.
• [20] Ignar, S., Banasik, K. & Ignar, A. (1995). Random variability of Curve Number values for SCS runoff procedur, Proceedings of the International Conference on Hydrological Processes in the Catchment, held in Cracow, Poland, 24–25 April 1995, 127–130.
• [21] Karabova, B., Sikorska, A.E., Banasik, K. & Kohnova, S. (2012). Parameters determination of a conceptual rainfall-runoff model for a small catchment in Carpathians. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW. Land Reclamation, 44 (2), 155–162.
• [22] Krajewski, A. & Banasik, K. (2013). Czasy reakcji zlewni zurbanizowanej na opady wywołujące wezbrania. Acta Scientaraum Polonorum – Architectura, 12(4), 135–146.
• [23] Limbrunner, J.F., Vogel, R.M. & Chapra, S.C. (2006). A parsimonious watershed model. In: V.P. Singh & D.K. Frevert (Eds), Watershed Models (Chapter 22). CRC Taylor and Francis, Boca Raton, FL, USA.
• [24] Majewski, G., Przewoźniczuk, W. & Kleniewska, M. (2010). Warunki opadowe na stacji meteorologicznej Ursynów SGGW w latach 1960–2009, Przegląd Naukowy – Inżynieria i Kształtowanie Środowiska (Scientifi c Review Engineering and Environmental Science), 48, 3–22.
• [25] Miler, A. (2012). Ocena wpływu zmian użytkowania terenu na odpływy wezbraniowe przy użyciu metody CN – SCS, Annual Set the Environment Protection (Rocznik Ochrona Środowiska), 14, 512–524.
• [26] Rutkowska, A., Kohnova, S., Banasik, K., Szolgay, J. & Karabova, B. (2014). Probabilistic properties of the Curve Number: a case study for small Carpathian watersheds. Manuscript submitted for consideration to be published in: Journal of Mountain Science.
• [27] Schneiderman, E.M., Steenhuis, T.S, Thongs, D.J., Easton, Z.M., Zion, M.S., Neal, A.L., Mendoza, G.F. & Walter, M.T. (2007). Incorporating variable source area hydrology into a Curve-Number-based watershed model, Hydrological Processes, 21(25), 3420–3430.
• [28] Sikorska, A. (2007). Wpływ urbanizacji na zmiany przepływów wezbraniowych w zlewni rzecznej Rowu Grabowskiego, Engineering thesis at Faculty of Engineering and Environmental Science, Warsaw Agricultural University – SGGW, Warszawa.
• [29] Sikorska, A.E., Scheidegger, A., Banasik, K. & Rieckermann, J. (2012). Bayesian uncertainty assessment of flood predictions in ungauged urban basins for conceptual rainfall-runoff models, Hydrology and Earth System Sciences, 16, 1221–1236, doi:10.5194/hess-16-1221-2012.
• [30] Sikorska, A.E., Scheidegger, A., Banasik, K. & Rieckermann, J. (2013). Considering rating curve uncertainty in water level predictions, Hydrology and Earth System Sciences, 17, 4415–4427.
• [31] Spal, P., Danacova, M., Szolgay, J., Hlavcova, K. (2011). The estimation of direct runoff using the Curve Number method (SCS-CN) in the Vistucky Creek catchment. Acta Hydrologica Slovaca, 12: 368–376.
• [32] Stewart, D., Canfield, E. & Hawkins, R. (2012) Curve Number determination methods and uncertainty in hydrologic soil groups from semiarid watershed data, Journal of Hydrologic Engineering, 17(11), 1180–1187.
• [33] Systat Software Inc. (2002). TableCurve 2D v5.01 for Windows. Chicago, IL, USA.
• [34] Tedela, N.H., McCutcheon, S.C., Campbell, J.L., Swank, W.T., Adams, M.B. & Rasmussen, T.C. (2012). Curve Numbers for nine mountainous Eastern United State watersheds: seasonal variation and forest catting, Journal of Hydrologic Engineering, 17(11), 1199–1203.
• [35] Tedela, N.H., McCutcheon, S.C., Rasmussen, T.C., Hawkins, R.H., Swank, W.T., Campbell, J.L., Adams, M.B., Jackson, R. & Tollner, E.W (2012). Runoff Curve Numbers for 10 small forested watersheds in the mountains of the Eastern United States, Journal of Hydrologic Engineering, 17(11), 1188–1198.
• [36] USDA – Natural Resource Conservation Service (2003). National Engineering Handbook. Part 630, Hydrology.
• [37] USDA – Soil Conservation Service (1972). National Engineering Handbook, Sec. 4. Hydrology, Washington D.C.
• [38] USDA – Soil Conservation Service (1986) Urban Hydrology for Small Watersheds TR-55. Washington, DC.
• [39] Van Mullem, J.A., Woodward, D.E., Hawkins, R.H., Hjelmfelt, A.T. & Quan, Q.D. (2002). Runoff Curve Number method: Beyond the Handbook”. Proceedings of Second Federal Interagency Hydrologic Modeling Conference, Las Vegas, Nevada, 2002.
• [40] Woodward, D.E., Scheer, C.C. & Hawkins, R.H. (2006). Curve Number update for runoff calculation, Annals of Warsaw Agricultural University – SGGW. Land Reclamation, 37, 33–42.