Assessment of Retention Potential Changes as an Element of Suburbanization Monitoring on Example of an Ungauged Catchment in Poznań Metropolitan Area (Poland)

• Autorzy: Mrozik K.

Warianty tytułu

PL

Ocena zmina potencjału retencyjnego jako element monitoringu suburbanizacji na przykładzie niekontrolowanej zlewni w Poznański Obszarze Metropolitalnym (Polska)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The development of the cities results in significant changes in land use and functional connections between urban and rural areas. The changing relations between the use of urban and rural areas lead to changes in the quality of the inhabitants’ lives, of the environment and ecosystem services, including water resources. Those changes are the most visible in peri-urban areas. Different scenarios of the development of urbanized areas in Europe based on the IPCC assumptions indicate their further expansion at 0,4-0,7% per year which is over 10 times higher score than any other land use. This means that the intensity of this process will be particularly visible in peri-urban areas, including considerable areas of Poland. The observed intensive transformations of arable lands into built-up and urbanized areas make one think about the influence of suburbanization on water management, especially in the context of extreme phenomena, out of which the most afflictive over the two last decades were floods in 1997, 2011 and 2010. Monitoring the process of suburbanization gains importance in the context of its influence on water management in the river catchment which, according to the IWRM principle, a basic planning unit are in water management planning. The objective of this paper was evaluation of the possibility of using the SCS-CN method as an element of monitoring process of suburbanization through sizing the changes in the in water retention potential of ungauged catchments on peri-urban areas of metropolitan areas. Detailed analyses were carried out based on the Skorzynka river catchment located within the rural communes of Dopiewo, Tarnowo Podgórne and the city of Poznań which are the nucleus of Poznan Metropolitan Area (PMA) (currently defined as the voivodeship urban functional area of Poznań). Altogether, according to the delimitation proposed by the regional planning office Wielkopolskie Biuro Planowania Przestrzennego (WBPP), PMA comprises 45 communes together with Poznań (including 10 cities – centres of district and 15 other small cities). To the assessment of potential water retention and effective precipitation the SCS-CN method was used. The changes in land use were estimated on the basis of a topographic map from 1998 at a 1:10 000 scale and the Urban Atlas based on satellite photographs from SPOT 5 satellite on the ground resolution of 2.5 m from 2007. Data on soil were obtained from soil and agricultural maps at a 1:25 000 scale performed by Institute of Soil Science and Plant Cultivation (IUNG) in Puławy. All analyses were performed using ArcGIS 10.0 software by ESRI. The information about precipitation based on the data from the climatic station of Poznań Ławica Thanks to using the SCS-CN method a 20% decrease of potential water retention (99 to 80mm) in the 11-years period for Skórzynka catchment in average antecedent moisture conditions (AMC II) has been demonstrated. Also, a 17% increase of effective precipitation (35 to 41 mm) calculated for extreme rainfall event observed on 17/08/2010 was shown. The conducted analyses allow to conclude that the SCS-CN method is a useful and desirable tool used to monitor the process of suburbanization in ungauged catchments located within metropolitan areas in order to assess the changes of potential water retention. The obtained data may be a decision criterion for local authorities in the proper creation of spatial policy, especially in the sphere of water resources management and preventing local floods and droughts.

PL

Ocena zmian potencjału retencyjnego jako element monitoringu suburbanizacji na przykładzie niekontrolowanej zlewni w Poznańskim Obszarze Metropolitalnym (Polska)

PL

Rozwój miast skutkuje znacznymi zmianami użytkowania terenu i powiązań funkcjonalnych pomiędzy obszarami miejskimi i wiejskimi. Zmieniające się relacje pomiędzy użytkowaniem obszarów miejskich i wiejskich prowadzą do zmian jakości życia mieszkańców, środowiska i świadczeń ekosystemów, w tym zasobów wodnych. Zmiany te są najbardziej widoczne na obszarach podmiejskich. Różne scenariusze rozwoju obszarów zurbanizowanych w Europie oparte na założeniach IPCC wskazują niezależnie na ich dalszą ekspansję w granicach 0,4-0,7% rocznie, co jest wynikiem ponad dziesięciokrotnie wyższym niż rozwój jakichkolwiek innych typów użytkowania. Oznacza to, że nasilenie tego procesu będzie szczególnie widoczne na obszarach podmiejskich, w tym na znacznych obszarach Polski. Obserwowane intensywne przekształcania terenów użytkowanych rolniczo na tereny zabudowane i zurbanizowane zmuszają do zastanowienia się nad wpływem suburbanizacji na gospodarowanie wodami zwłaszcza w kontekście zjawisk ekstremalnych, z których w Polsce w ostatnich dwóch dekadach szczególnie dotkliwe okazały się powodzie w 1997, 2001 i 2010 r. Szczególnego znaczenia nabiera potrzeba monitoringu zjawiska suburbanizacji w kontekście jej wpływu na gospodarowanie wodą w zlewni rzecznej będącej zgodnie z zasadą IWRM podstawową jednostką planistyczną w planowaniu w gospodarowaniu wodami. Celem pracy była ocena możliwości zastosowania metody SCS-CN jako elementu monitoringu procesu suburbanizacji poprzez zwymiarowanie zmian w potencjalne retencyjnym niekontrolowanych zlewni rzecznych na terenach podmiejskich w miejskich obszarach funkcjonalnych (metropolitalnych). Szczegółowe analizy w pracy wykonano na przykładzie zlewni Skórzynki położonej w granicach gmin wiejskich Dopiewo i Tarnowo Podgórne i miasta Poznań stanowiących rdzeń Poznańskiego Obszaru Metropolitanego (POM) (określanego obecnie jako Miejski Obszar Funkcjonalny Ośrodka Wojewódzkiego) Ogółem według delimitacji zaproponowanej przez Wielkopolskie Biuro Planowania Przestrzennego POM obejmuje 45 gmin wraz z Poznaniem (w tym 15 miast powiatowych i 15 pozostałych miast). Do oceny zmian potencjału retencyjnego i opadu efektywnego wykorzystano metodę SCS-CN. Zmiany zagospodarowania terenu oceniono na podstawie mapy topograficznej z 1998 r. w skali 1: 10 000 oraz urban atlasu bazującego na zdjęciach satelitarnych SPOT5 o rozdzielczości terenowej 2,5m z roku 2007. Dane dotyczące gleb pochodziły z mapy glebowo-rolniczej w skali 1: 25 000 wykonanej przez IUNG w Puławach. Wszystkie analizy wykonano przy użyciu oprogramowania ArcGIS 10.0 firmy ESRI. Dane opadowe pochodziły ze stacji Poznań-Ławica. Dzięki metodzie SCS-CN wykazano dla zlewni Skórzynki w okresie 11 lat dla przeciętnych początkowych warunków wilgotnościowych spadek potencjalnej retencji (o 20%, tj. z 99 na 80mm) oraz wzrost opadu efektywnego (o 17%, tj. z 35 na 41mm) wyliczonego dla ekstremalnego zdarzenia opadowego odnotowanego 17.08.2010 r. Wykonane analizy pozwalają stwierdzić, że metoda SCS-CN jest użytecznym i pożądanym narzędziem monitoringu procesu suburbanizacji w niekontrolowanych zlewniach położonych w obrębie obszarów metropolitalnych w celu oceny zmian potencjału retencyjnego zlewni. Uzyskane wyniki mogą stanowić kryterium decyzyjne dla lokalnych władz we właściwym kreowaniu polityki przestrzennej, zwłaszcza w zakresie kształtowania zasobów wodnych oraz przeciwdziałania lokalnym powodziom i suszom.

Słowa kluczowe

EN

retention potential; Poznań Metropolitan Area; suburbanization monitoring; SCS-CN method; ungauged catchment; planning in water resources management

PL

potencjał retencyjny; Poznański Obszar Metropolitalny; monitoring suburbanizacji; metoda SCS-CN; zlewnia niekontrolowana; monitoring; planowanie w gospodarowaniu wodami

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Tom 18, cz. 1
• Strony: 188--200
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Mrozik K.

• Uniwersytet Przyrodniczy, Poznań

Bibliografia

• 1. Deshmukh, D.S., Chaube, U.Ch., Hailu, A.E.,Gudeta, D.A., Kassa, M.T. (2013). Estimation and comparison of curve numbers based on dynamic land use land cover change, observed rainfall-runoff data and land slope. Journal of Hydrology, 492, 89-101.
• 2. Kundzewicz, Z.W., Mata, L.J., Arnell, N.W., Döll, P., Jimenez, B., Miller, K., Oki T., Sen Z., Shiklomanov I. (2008). The implications of projected climate change for freshwater resources and their management. Hydrological Sciences Journal, 53(1), 3-10.
• 3. Loibl, W., Köstl, M. (2008). Report on a methodology to delineate RUR subregions. PLUREL deliverable D2.1.4.
• 4. Meierdiercks, K.L., Smith, J.A., Baeck, M.L., Miller, A.J. (2010). Analyses of urban drainage network structure and its impact on hydrologic response. J. Am. Water Resour. Assoc., 46(5), 932-943.
• 5. Miller, A.T. (2012a). Ocena wpływu zmian użytkowania terenu na odpływy wezbraniowe przy użyciu metody SCS-CN. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection), 14, 512-524.
• 6. Miler A.T. (2012b). Wpływ ewentualnych zmian użytkowania terenu na odpływy wezbraniowe z reprezentatywnej zlewni leśnej Pojezierza Krajeńskiego. Infrastructure and Ecology of Rural Areas, 3, 145-154.
• 7. Mrozik, K. (2012). Einfluss der Bodenbearbeitung auf das Retentionsvermögen im Teileinzugsgebiet des Flusses Kania. Wasserwirtschaft, 5, 11-15.
• 8. Mrozik, K. (2015). Miejscowe plany zagospodarowania przestrzennego jako element monitoringu rozwoju lokalnego. Studia i Prace Wydziału Nauk Ekonomicznych i Zarządzania, 42, 156-165.
• 9. Mrozik, K., Bossy, M., Zaręba, K. (2012). Polityka przestrzenna gmin wiejskich na tle zmian zagospodarowania przestrzennego wynikających z suburbanizacji. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection), 14, 761-771.
• 10. Mrozik, K., Przybyła, Cz., Pyszny, K. (2015). Problems of the Integrated Urban Water Management. The case of the Poznań Metropolitan Area (Poland). Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection) 17, 230-245.
• 11. Nilsson, K., Pauleit, S., Bell, S., Aalbers, C., Sick Nielsen, Th.A. (2013). Periurban futures: Scenarios and models for land use change in Europe. Springer
• 12. Nowicka, B., Wolska, M. (2003). Wpływ retencji zlewni na formowanie kulminacji wezbrań opadowych. In: Gutry-Korycka M., Nowicka B., Soczyńska U. (eds) Rola retencji zlewni w kształtowaniu wezbrań opadowych, 105-117.
• 13. NRCS. (1986). Urban Hydrology for Small Watersheds. Technical Release 55.United State Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service. Retrieved from: http://www.mi.nrcs.usda.gov/tevhnical/engineering/neh.html
• 14. Petrovic, A., Dragicevic, S., Radic, B., Pesic, A. (2015). Historical torrential flood events in the Kolubara river basin. Natural Hazards, 79(1), 537-547.
• 15. Petrovic, A., Kostadinov, S., Dragicevic, S. (2014). The Inventory and Characterization of Torrential Flood Phenomenon in Serbia. Polish Journal of Environmental Studies, 23(3), 823-830.
• 16. Przybyła, Cz., Bykowski, J., Mrozik, K., Napierała, M. (2011). Rola infrastruktury wodno-melioracyjnej w procesie suburbanizacji. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection), 13, 769-786.
• 17. Śleszyński, P. (2013). Wskaźniki zagospodarowania i ładu przestrzennego w gminach. Biuletyn KPZK PAN 252.

Uwagi

PL

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