The use of NRCS synthetic unit hydrograph and Wackermann conceptual model in the simulation of a flood wave in an uncontrolled catchment

• Autorzy: Pietrusiewicz I. , Cupak A. , Wałęga A. , Michalec B.

Identyfikatory

DOI

10.1515/jwld-2014-0029

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie syntetycznego hydrogramu jednostkowego NRCS oraz konceptualnego modelu Wackermana do symulacji fali wezbraniowej w zlewni niekontrolowanej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of using two models: a conceptual model of Wackermann and a NRCS-UH synthetic unit hydrograph, for flow calculation in uncontrolled catchment of the Słonka, Poland. These models were chosen because of simplicity of models’ parameters evaluation, what is important from engineering calculation point of view. Flows with the probability of exceed amounting to 0.5%, 1%, 2%, 5%, 10%, 20%, and 50% and for different levels of the catchment moisture were evaluated. The flood waves generated in the Wackermann model were characterized by a short duration (over 2 hours), shorter concentration time (about 1 hour), and by about 70% higher peak flow values than those generated using the NRCS-UH method. A common feature of both methods were higher values of peak flows for the third level of the catchment moisture, as compared to the second level. It is also worth noticing that in both methods no flood wave was generated for the probabilities of 10, 20 and 50% and for the second level of the catchment moisture. It was assumed that hydrographs made with use Wackermann model better describe flood wave in mountain river, which Słonka is.

PL

W pracy przedstawiono wyniki analiz z wykorzystaniem dwóch modeli – konceptualnego modelu Wackermana oraz syntetycznego hydrogramu jednostkowego NRCS-UH – do określenia przepływów w zlewni rzeki Słonka, znajdującej się na obszarze Polski. Wybrane modele charakteryzują się łatwością określenia danych wejściowych do modelu, co jest istotne w aspekcie obliczeń inżynierskich. Obliczenia wykonano dla przepływów o prawdopodobieństwie wystąpienia przekroczenia wynoszącym: 0,5%, 1%, 2%, 5%, 10%, 20% i 50 dla różnych poziomów uwilgotnienia zlewni. Fale wezbraniowe, wygenerowane za pomocą modelu Wackermana, charakteryzowały się krótkim czasem trwania – ponad 2 godziny, krótszym czasem koncentracji – ok. 1 godziny i o ok. 70% większymi wartościami przepływów maksymalnych niż w przypadku fal wygenerowanych z wykorzystaniem metody SCS. Cechą wspólną obu metod były większe wartości przepływów maksymalnych dla III poziomu uwilgotnienia w stosunku do poziomu II. Można również zauważyć, że w przypadku obu metod oraz II poziomu uwilgotnienia zlewni nie wygenerowano fali wezbraniowej o prawdopodobieństwach przewyższenia 10, 20 i 50%.

Słowa kluczowe

EN

effective precipitation; NRCS-UH method; uncontrolled catchment; Wackermann model

PL

metoda NRCS-UH; model Wackermana; opad efektywny; zlewnia niekontrolowana

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2014
• Tom: no. 23
• Strony: 53--59
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys.

Twórcy

autor

Pietrusiewicz I.

• Dyplomantka Wydziału Inżynierii Środowiska i Geodezji, Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, Poland

autor

Cupak A.

• University of Agriculture in Cracow, Department of Sanitary Engineering and Water Management, al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków, Poland; tel. [phone]

autor

Wałęga A.

• University of Agriculture in Cracow, Department of Sanitary Engineering and Water Management, al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków, Poland; tel. [phone]

autor

Michalec B.

• University of Agriculture in Cracow, Department of Hydraulic Engineering and Geotechnics, al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• ARNOLD J.G., SNIRIVASAN R., MUTTIAH R.S., WILLIAMS J.R. 1998. Large area hydrologic modeling assessment. P. I. Model development. Journal of American Water Resources Association. Vol. 34. Iss. 1 p. 73–89.
• BANASIK K., IGNAR S. 1984. Wykorzystanie hydrogramu jednostkowego w projektowaniu małych zbiorników. W: Zbiorniki retencyjne dla rolnictwa [Use of unit hydrograph in small reservoir design. In: Retention reservoirs for agriculture]. Konferencja Naukowo-Techniczna. Warszawa. SGGW-AR.
• BANASIK K., IGNAR S. 1987. Wyznaczanie hydrogramów obliczeniowych dla projektów małych budowli wodnych [Determination of computational hydrographs for projects of small water buildings]. Gospodarka Wodna. Nr 11 p. 256–259, 272.
• BELAYNEH A., ADAMOWSKI J. 2013. Drought forecasting using new machine learning methods. Journal of Water and Land Development. No 18 p. 3–12.
• BUTTS M. B., PAYNE J.T., KRISTENSEN M. MADSEN H. 2004. An evaluation of the impact of model structure on hydrological modelling uncertainty for streamflow prediction. Journal of Hydrology. Vol. 298 p. 242–266.
• DESHMUKH D.S., CHAUBE U.C., HAILU A.E., GUDETA D.A., KASSA M.T. 2012. Estimation and comparison of curve numbers based on dynamic land use land cover change, observed rainfall-runoff data and land slope. Journal of Hydrology. Vol. 492 p. 89–101.
• EXCIMAP 2007. Handbook on good practices for Flood mapping in Europe [online]. Access 20.07.2014]. Available at: http://ec.europa.eu/environment/water/flood_risk/flood_atlas/pdf/handbook_goodpractice.pdf
• GRIMALDI S., PETROSELLI A., NARDI F. 2012. A parsimonious geomorphological unit hydrograph for rainfall–runoff modelling in small ungauged basins. Hydrological Sciences Journal. Vol. 57. Iss. 1 p. 73–83.
• IGNAR S. 1986. An example of a rainfall-runoff model for design flood computation. Publication 74. Warszawa. SGGW pp. 26.
• KAMALI M. 2009. Calibration of hydrologic models using distributed surrogate model optimization techniques: A WATCLASS Case Study. PhD Thesis. Waterloo, Ontario, Canada. University of Waterloo pp. 126.
• KUPCZYK E., SULIGOWSKI R. 1997. Statystyczny opis struktury opadów atmosferycznych jako elementu wejścia do modeli hydrologicznych. W: Predykcja opadów i wezbrań o zadanym czasie powtarzalności [Statistical description of atmospheric precipitation structure as an input element for hydrologic models. In: Prediction of precipitation and floods with defined time of recurrence]. Ed. U. Soczyńska. Warszawa. Wydaw. UW.
• KRZANOWSKI S., WAŁĘGA A. 2007. Hydrometeorologiczne aspekty wymiarowania urządzeń do retencji wód opadowych z terenów zurbanizowanych [Hydrometeorological aspects of dimensioning of devices for retention of rainfall water from urbanized areas]. Acta Agrophysica. Vol. 9. Iss. 2 p. 407–422.
• LAMBOR J. 1971. Przepływ w korytach rzecznych. W: Hydrologia inżynierska [Flow in river bed. In: Engineering hydrology]. Warszawa. Arkady p. 156–259.
• MERZ R., BLÖSCHL G. 2009. A regional analysis of event runoff coefficients with respect to climate and catchment characteristics in Austria. Water Resources Research. Vol. 45. Iss. 1 p. 1–19.
• MISHRA S.K., GAJBHIYE S., PANDEY A. 2013. Estimation of design runoff curve numbers for Narmada watersheds (India). Journal of Applied Water Engineering and Research. Vol. 1. Iss. 1 p. 69–79.
• NEITSCH S.L., ARNOLD J.G., KINIRY J.R., WILLIAMS J.R. 2011. Soil and water assessment tool theoretical documentation version 2009. TWRI Report TR-406. Texas. Texas Water Resources Institute, College Station pp. 618.
• NOOR H., VAFAKHAH M., TEHERIYOUN M., MOGHADASI M. 2014. Hydrology modelling in Telghan mountainous watershed using SWAT. Journal of Water and Land Development. No 20 p. 11–18.
• NOWICKA B., WOLSKA M. 2003. Wpływ retencji zlewni na formowanie kulminacji wezbrań opadowych. W: Rola retencji zlewni w kształtowaniu wezbrań opadowych [The influence of catchment retention on formation of precipitation flood. In: The role of water retention in the formation of rain waves]. Eds. M. Gutry-Korycka, B. Nowicka, U. Soczyńska. Warszawa. Wydaw. UW p. 105–117.
• OZGA-ZIELIŃSKA M., BRZEZIŃSKI J. 1997. Hydrologia stosowana [Engineering hydrology]. Warszawa. Wydaw. Nauk. PWN. ISBN 83-01-12194-7 pp. 323.
• PONCE V.M. 1989. Engineering hydrology: Principles and practices. Upper Saddle River, New Jersey. Prentice Hall. ISBN 0132778319 pp. 531.
• SCS (Soil Conservation Service) 1972. National engineering handbook. Sec. 4. U.S. Department of Agriculture. Washington, D.C.
• SINGH V.P. 1988. Hydrologic systems: rainfall-runoff modeling. Vol. 1. Englewood, NJ. Prentice Hall. ISBN 0134480511 pp. 480.
• SOCZYŃSKA U., GUTRY-KORYCKA M., BUZA J. 2003. Ocena zdolności retencyjnej zlewni. W: Rola retencji zlewni w kształtowaniu wezbrań opadowych [Evaluation of the catchment’s retention capacity. In: The role of water retention in the formation of rain waves]. Warszawa. Wydaw. UW p. 95–97.
• WAŁĘGA A. 2011. Wpływ charakterystyk fal powodziowych oraz zlewni na parametry syntetycznych hydrogramów jednostkowych beta i Weibulla [Impact of flood wave characteristics and catchments on the parameters of the synthetic unit hydrographs – beta and Weibull distribution]. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr 7 p. 29–39.
• WAŁĘGA A., CUPAK A., MIERNIK W. 2011. Wpływ parametrów wejściowych na wielkość przepływów maksymalnych uzyskanych z modelu NRCS-UH [Influence of entrance parameters on maximum flow quantity receive from NRCS-UH model]. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr 7 p. 85–95.
• WAŁĘGA A., CUPAK A., KRZANOWSKI S., PALUSZKIEWICZ B., BĘDKOWSKI M. 2009. Określenie zagrożenia powodziowego w zlewni Wisłoka [Characterization of flood risk in Wisłoka catchment]. Maszynopis. Kraków. UR.
• WAŁĘGA A., DROŻDŻAL E., PIÓRECKI M., RADOŃ R. 2012. Wybrane problemy związane z modelowaniem odpływu ze zlewni niekontrolowanych w aspekcie projektowania stref zagrożenia powodziowego [Some problems of hydrology modelling of outflow from ungauged catchments with aspects of flood maps design]. Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus. Vol. 11 (3) p. 57–68.
• WOJAS W., TYSZEWSKI S. 2013. Some examples comparing static and dynamic network approaches in water resources allocation models for the rivers of high instability of flows. Journal of Water and Land Development. No 18 p. 21–27.
• www.wikipedia.org
• VÁŇOVÁ V., LANGHAMMER J. 2011. Modelling the impact of land cover changes on flood mitigation in the upper Lužnice basin. Journal of Hydrology and Hydromechanics. Vol. 59. Iss. 4 p. 262–274.