Wpływ własności modelu opad-odpływ na relację pomiędzy dokładnością odwzorowania zlewni a charakterystykami odpływu

• Autorzy: Skotnicki M. , Sowiński M.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2016.175

Warianty tytułu

EN

The influence of rainfall-runoff model properties on the relation among catchment representation and outflow characteristics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W publikacji zaprezentowano wyniki analizy wpływu dokładności odwzorowania zlewni w modelu opad-odpływ na charakterystyki odpływu. Odwzorowanie zlewni odnosi się do sposobu podziału zlewni na zlewnie cząstkowe. Przy użyciu komputerowej wersji modelu opad-odpływ reprezentowanej przez programu SWMM 5.1 opracowano cztery warianty modelu przykładowej zlewni. Do jej odwzorowania w kolejnych wariantach wykorzystano malejącą liczbę zlewni cząstkowych o odpowiednio rosnących powierzchniach. Symulacje opływu wykonano dla opadu blokowego oraz trzech deszczy historycznych. Dla każdego wariantu modelu analizowano zmiany: odpływu szczytowego, czasu jego osiągnięcia oraz współczynnika efektywności Nasha i Sutcliffe’a stanowiącego miarę dopasowania hydrogramu odpływu, wywołane przez zmiany szorstkości zlewni, szorstkości kanałów i kroku czasowego opadu. Stwierdzono, że spadek dokładności odwzorowania reprezentowany przez zwiększenie wielkości zlewni cząstkowych w modelu powoduje wzrost obliczonego odpływu szczytowego i skrócenie czasu jego osiągnięcia. Wielkość zlewni cząstkowych nie wpływa na liczbę pików hydrogramu odpływu. Wpływ zmian parametrów modelu opad-odpływ jest w niewielkim stopniu zależny od analizowanych wariantów odwzorowania zlewni w modelu. Zmiany tych parametrów mogą zostać wykorzystane do kompensacji wpływu zmniejszania dokładności odwzorowania zlewni.

EN

The paper contains results of analysis examining the influence of a catchment representation precision in a rainfall-runoff model on characteristics of outflow. The catchment representation is referred to the way of the whole catchment area partition into smaller subcatchments. Using the computer version of rainfall-runoff model represented by the package SWMM5 four variants of exemplary catchment model have been evaluated. Rainfalls have been simulated by a synthetic block rain and three historical rains measured in Poznań during last 10 years. Four each variant of catchment model the changes of outflow characterstics i.e. a peak of total outflow from sewer network, a time to this peak from the beginning of a rainfall and a value of Nash and Sutcliffe coefficient as the adjustment measure of outflow hydrographs have been analyzed. They have been generated for modified rainfall-runoff model parameters: catchment and storm sewer roughness and rainfall time step. It has been found that decrease of the catchment representation precision represented by the subtchment size increase in a model results in the computed peak outflow increase and the decrease of time to peak flow. A size of subcatchment has no influence on a number of outflow hydrographs peaks. An influence of rainfall-runoff parameters changes on outflow characteristics is dependant in small degree on analyzed catchment variants in a model. However changes of these parameters can be used for an influence compensation of precision decrease of catchment representation.

Słowa kluczowe

PL

zlewnia miejska; SWMM5; kalibracja modelu

EN

urban catchment; SWMM5; model calibration

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 63, nr 2/II
• Strony: 413--428
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Skotnicki M.

• Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Środowiska, ul. Berdychowo 4, 60-965 Poznań, tel. [phone]

autor

Sowiński M.

• Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Środowiska, ul. Berdychowo 4, 60-965 Poznań, tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Aronica G., Freni G., Oliveri E.: Uncertainty analysis of the influence of rainfall time resolution in the modeling of urban drainage system, Hydrological Processes, 19, 2005, pp. 1055-1071.
• [2] Aronica G., Cannarozzo M.: Studying the hydrological response of urban catchments using a semi-distributed linear non-linear model, Journal of Hydrology, 238, 2000, pp. 35-43.
• [3] Bogdanowicz E., Stachý J.: Maksymalne opady deszczu w Polsce. Charakterystyki projektowe. Materiały badawcze, seria: Oceanologia i Hydrologia, IMGW, Warszawa 1998.
• [4] Cantone J P., Schmidt A. R.: Potential Dangers of Simplifying Combined Sewer Hydrologic/Hydraulic Models, Journal of Hydrologic Engineering 14(6), 2009, pp. 596–605.
• [5] Ghosh I., Hellweger F.: Effects of Spatial Resolution in Urban Hydrologic Simulations, Journal of Hydrologic Engineering, 17(1), 2012, pp. 129–137.
• [6] James W.: Rules for responsible modeling, CHI, Guelph, Ontario 2003.
• [7] Krebs G., Kokkonen T., Valtanen M, Setälä H., Koivusalo H.: Spatial resolution considerations for urban hydrological modelling, Journal of Hydrology, 512, 2014, pp. 482–497.
• [8] Mazion E. Jr., Yen B.: Computational Discretization Effect on Rainfall-Runoff Simulation, Journal of Water Resources Planning and Management, 120(5), 1994, pp. 715–734.
• [9] Nash J. E., Sutcliffe J. V.: River flow forecasting through conceptual models. Part I – a discussion of principles, Journal of Hydrology, 10/1970, pp. 282-290.
• [10] Pawlak A.: Analiza wpływu wybranych parametrów modelu opad-odpływ na wyniki symulacji spływu wód deszczowych, praca magisterska, Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Środowiska, 2015.
• [11] Rossman L. A.: Storm Water Management Model User’s Manual Version 5.1, 09.2015, www.epa.gov/water-research/storm-water-mamagement-model-swmm.
• [12] Schilling W.: Rainfall data for urban hydrology: what do we need?, Atmospheric Research, vol. 27, n. 1-3, 1991, pp. 5-22.
• [13] Sienicki B.: Wpływ dokładności odwzorowania sieci kanalizacji deszczowej na wyniki symulacji odpływu, praca magisterska, Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Środowiska, 2013.
• [14] Skotnicki M.: Modelowanie odpływu ze zlewni miejskich z uwzględnieniem czasowo-przestrzennej zmienności opadów, rozprawa doktorska, Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Środowiska, 2009.
• [15] Skotnicki M., Sowiński M.: Wpływ wybranych charakterystyk zlewni zurbanizowanej na odpływ szczytowy wód opadowych, Gaz, Woda i Technika Sanitarna 07, 2013, s. 275-280.
• [16] Skotnicki M., Sowiński M.: Dokładność odwzorowania struktury systemu kanalizacji deszczowej na potrzeby modelowania odpływu ze zlewni miejskiej, Gaz, Woda i Technika Sanitarna 11, 2015, s. 393-397.
• [17] Stephenson, D.: Selection of Stormwater Model Parameters, Journal of Environmental Engineering, 115(1), 1989, pp. 210-220.
• [18] Sun N., Hall M., Hong B., Zhang L.: Impact of SWMM Catchment Discretization: Case Study in Syracuse, New York, Journal of Hydrologic Engineering, 19(1), 2014, pp. 223-234.
• [19] Vaes G., Willems P., Berlamont J.: Rainfall input requirements for hydrological calculation, Urban Water, 3, 2001, pp. 107-112.
• [20] Zaghloul N. A.: SWMM Model and Level of Discretization, Journal of the Hydraulics Division, 107 (11), 1981, pp. 1535-1545.
• [21] Zaghloul N. A.: Sensitivity analysis of the SWMM Runoff-Transport parameters and the effects of catchment discretisation, Advances in Water Resources, 6(4), 1983, pp. 214–223.
• [22] Zawilski M.: Integracja zlewni zurbanizowanej w symulacji spływu ścieków opadowych, Gaz, Woda i Technika Sanitarna 06, 2010, s. 28-32.

Uwagi

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