Estimation of parametric flood hydrograph determined by means of Strupczewski method in the Vistula and Odra catchments

• Autorzy: Gądek W. , Tokarczyk T. , Środula A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/jwld-2016-0035

Warianty tytułu

PL

Ocena fal parametrycznych wyznaczonych metodą Strupczewskiego w dorzeczu Wisły i Odry

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

While determining theoretical flood hydrographs, different methods of their construction are used depending on the needs of the problem or the scope of the project. It should be remembered that these methods differ mainly with the principle of the waveform averaging, which may be done either according to the flow or time. The hydrographs may be divided into nonparametric (determining on the basis of registered floods) and parametric (using mathematical description of the flood course). One of the analytical methods is Strupczewski method which has two parameters: responsible for the waveform and specifies the base flow, the flow above which values of hydrograph are calculated. The functional description uses the Pearson type III density distribution. The estimation of parametric flood hydrographs determined by means of Strupczewski method was carried out in the case when a nonparametric flood hydrograph suggested by the author was replaced with a nonparametric flood hydrograph computed using so called Cracow method. There was also made an estimation of flood hydrographs computed for single real hydrographs with the highest registered discharge and for so called typical hydrographs considering the volume. Comparative analyses were carried out for 20 gauging stations in the upper Vistula and in the middle Odra rivers catchments. The analysis revealed that hypothetical hydrographs determined using the Cracow method may be used in Strupczewski method as a nonparametric input hydrograph. Also real hydrographs meeting the criterion of a typical hydrograph due to their volume, may provide a basis for determination of a parametric flood.

PL

Do wyznaczania fal teoretycznych stosowane są różne metody ich konstruowania w zależności od potrzeb rozwiązywanego zadania lub zakresu projektu. Należy pamiętać, że te metody różnią się głównie zasadą uśredniania przebiegu fali, które może odbywać się z uwagi na przepływ bądź z uwagi na czas. Fale te można podzielić na nieparametryczne, które wyznaczane są na podstawie zarejestrowanych wezbrań powodziowych, i parametryczne, do których wykorzystuje się matematyczny opis przebiegu wezbrania. Ważną rolą w rozwiązaniach parametrycznych odgrywa metoda nieparametryczna, za pomocą której określa się przebieg wezbrania wejściowego wykorzystywanego w obliczeniach. Jedną z metod analitycznego opisu fali wezbraniowej jest opracowana ponad 50 lat temu metoda Strupczewskiego. W metodzie tej, w odróżnieniu od innych metod analitycznych, wykorzystuje się dwa parametry odpowiedzialne za kształt fali oraz parametr określający przepływ bazowy, czyli przepływ powyżej którego obliczane są wartości hydrogramu. Do opisu funkcyjnego wykorzystuje się rozkład gęstości Pearsona typu III. W pracy przeprowadzono ocenę wezbrań parametrycznych wyznaczonych metodą Strupczewskiego w przypadku, kiedy falę nieparametryczną zaproponowaną przez autora metody zastąpiono falą nieparametryczną, obliczoną tzw. metodą krakowską. Przeprowadzono także test, w którym dokonano oceny obliczonych wezbrań dla pojedynczych rzeczywistych hydrogramów o największym zarejestrowanym przepływie i dla hydrogramów tzw. typowych z uwagi na objętość. Analizy porównawcze przeprowadzono dla 20 stacji wodowskazowych usytuowanych na obszarze zlewni górnej Wisły i na środkowej Odrze. Jako zlewnie testowe wybrano zlewnie o różnych powierzchniach i różnym charakterze: górskim, pogórskim, wyżynnym i nizinnym. Przeprowadzona ocena wykazała, że fale hipotetyczne wyznaczone metodą krakowską mogą być stosowane w metodzie Strupczeskiego jako nieparametryczny hydrogram wejściowy. Również rzeczywiste hydrogramy spełniające kryterium fali typowej z uwagi na objętość mogą być podstawą do wyznaczania wezbrania parametrycznego. Fale o najwyższych zarejestrowanych wartościach w niektórych przypadkach nie dają zadowalających przebiegów teoretycznych.

Słowa kluczowe

EN

analytical flood hydrograph; nonparametric hydrograph; parametric hydrograph; Strupczewski method; Cracow method; typical hydrograph

PL

hydrogram analityczny; hydrogram nieparametryczny; hydrogram parametryczny; metoda Strupczewskiego; metoda krakowska; hydrogram typowy

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2016
• Tom: no. 31
• Strony: 43--51
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gądek W.

• Cracow University of Technology, Institute of Water Engineering and Water Management, ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków, Poland; tel. [phone]

autor

Tokarczyk T.

• Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute, Flood and Drought Modeling Centre, Wrocław, Poland

autor

Środula A.

• Arcadis Ltd., Kraków, Poland

Bibliografia

• APEL H., THIEKEN A.H., MERZ B., BLÖSCHL G. 2006. A probabilistic modelling system for assessing flood risks. Natural Hazards. Vol. 38 p. 295–308.
• ARCHER D., FOSTER M., FAULKNER D., MAWDSLEY H. 2000. The synthesis of design flood hydrographs. In: Flooding: Risks and reactions. Proceedings. CIWEM/ICE Conference. London p. 45–57.
• BAPTIST M., MICHEL C. 1990. Influence des caracteristiques hydrauliques des biefs sur la propagation des pointes de crue [Influence of hydraulic characteristics on the propagation of flood peaks]. La Houille Blanche. No. 2 p. 141–148.
• CIEPIELOWSKI A. 1987. Statistical methods of determining typical winter and summer hydrographs for ungauged watersheds. International Symposium on Hood Frequency and Risk Analyses. Baton Rouge. Department of Civil Engineering Louisiana State University p. 117–124.
• CIEPIELOWSKI A. 2001. Relationships between selected elements of the flood hydrographs in rivers. Journal of Water and Land Development. No. 5 p. 89–105.
• CRISS R.E., WINSTON W.E. 2008. Discharge predictions of a rainfall-driven theoretical hydrograph compared to common models and observed data. Water Resources Research. Vol. 44. Iss. 10. DOI: 10.1029/2007WR006415.
• DOWNER C.W., JOHNSON B.E., OGDEN F.L., MESELHE E.A. 2000. Advances in physically based hydrologic modeling with CASC2D. In: Watershed Management and Operations Management. Proceedings. Vol. 105 p. 1–10. DOI: 10.1061/40499(2000)48.
• GĄDEK W., BODZIONY M. 2015. The hydrological model and formula for determining the hypothetical flood wave volume in non-gauged basin. Meteorology Hydrology and Water Management. Vol. 3. No. 1 p. 3–10.
• GĄDEK W., ŚRODULA A. 2014. The evaluation of the design flood hydrographs determined with the Hydroproject method in the gauged catchments. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr IV/3 p. 1355–1366.
• GĄDEK W., TOKARCZYK T. 2015. Determining hypothetical floods in the Odra basin by means of the Cracow method and by volume formula. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr IV/4 p. 1507–1519.
• HATTERMANN F.F., KUNDZEWICZ Z.W. (ed.) 2010. Water framework directive: Model supported implementation. A Water Manager’s Guide. London. IWA Publishing. ISBN 9781843392736 pp. 268.
• HAYASHI T., NAGAMINE Y., NISHIDA A. 1986. A vibration model to describe the lactation curve of a dairy cow. Japanese Journal of Zootechnical Science. Vol. 57. No. 6 p. 471–478.
• KRIŠČIUKAITIENĖ I., BALEŽENTIS T., GALNAITYTĖ A., NAMIOTKO V. 2015. A methodology for flood risk appraisal in Lithuania. Journal of Water and Land Development. No. 25 p. 13–22.
• MCENROE B.M. 1992. Sizing stormwater detention reservoirs to reduce peak flow. In: Hydraulic engineering: saving a threatened resource – in search of solutions. Conference Proceeding Paper. Reston. VA. ASCE. p. 719–724.
• MIODUSZEWSKI W. 2012. Small water reservoirs – their function and construction. Journal of Water and Land Development. No. 17 p. 45–52.
• MIODUSZEWSKI W. 2014. Small (natural) water retention in rural areas. Journal of Water and Land Development. No. 20 p. 19–29.
• O’CONNOR K., GOSWAMI M., FAULKNER D. 2014. Flood studies update. Technical Research Report. Vol. 3. Hydrograph Analysis. Office of Public Works pp. 186.
• OZGA-ZIELIŃSKA M., GĄDEK W., KSIĄŻYŃSKI K., NACHLIK E., SZCZEPANEK R. 2002. Mathematical model of rainfall-runoff transformation – WISTOO. In: Mathematical models of large watershed hydrology. Ed. V.P. Singh, D.K. Frevert. Water Resources Publications, LLC, Littleton, Colorado p. 811–860.
• PIETRUSIEWICZ I., CUPAK A., WAŁĘGA A., MICHALEC B. 2014. The use of NRCS synthetic unit hydrograph and Wackermann conceptual model in the simulation of a flood wave in an uncontrolled catchment. Journal of Water and Land Development. No. 23 p. 53–59.
• STRUPCZEWSKI W. 1964. Równanie fali powodziowej [Equation of flood crest]. Wiadomości Służby Hydrologicznej i Meteorologicznej. Z. 2(57) p. 35–58
• TOKARCZYK T., SZALIŃSKA W. 2013. The operational drought hazard assessment scheme – performance and preliminary results. Archives of Environmental Protection. Vol. 39. No. 3 p. 61–77.
• VRIJLING J.K., VAN HENGEL W., HOUBEN R.J. 1998. Acceptable risk as a basis for design. Reliability Engineering and System Saferty. Vol. 59 p. 141–150.
• WAŁĘGA A. 2013. Application of HEC-HMS programme for the reconstruction of a flood event in an uncontrolled basin. Journal of Water and Land Development. No. 18 p. 13–20.
• WYPYCH A., USTRNUL Z., HENEK E. 2014. Meteorological hazards – visualization system for national protection against extreme hazards for Poland. Meteorology Hydrology and Water Management. Vol. 2. No. 1 p. 37–42.
• WMO 2008. Urban flood risk management. A tool for integrated flood management [online]. [Access 05.08.2015]. Available at: http://www.apfm.info/publications/tools/Tool_06_Urban_Flood_Risk_Management.pdf
• ZEVENBERGEN C., CASHMAN A., EVELPIDOU N., PASCHE E., GARVIN S., ASHLEY R. 2011. Urban flood management. Boca Raton. CRC Press. ISBN 0415559448340 pp. 370.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).