Odpływ podziemny w Sudetach na podstawie rozdziału hydrogramu przy użyciu filtrów cyfrowych

• Autorzy: Tarka Robert , Olichwer Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.7306/bpig.26

Warianty tytułu

EN

Groundwater runoff in the Sudetes based on hydrograph separation using digital filters

• Konferencja: Współczesne problemy hydrogeologii = Current challenges in hydrogeology : XIX Sympozjum
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono i przetestowano dla obszaru Sudetów najczęściej stosowane filtry cyfrowe (Chapmana, Eckhardta, Lyneʼa i Hollicka, Chapmana i Maxwella oraz Fureyʼa-Gupty) pozwalające wydzielić odpływ podziemny z hydrogramu. Badania przeprowadzono w 11 zlewniach, które w przeważającej części położone są na obszarach zbudowanych ze skał krystalicznych. Na podstawie analizy w zlewni eksperymentalnej rzeki Kamiennej skalibrowano parametry filtrów i ustalono, że dwa z nich: Lyneʼa i Hollicka oraz Fureyʼa i Gupty, najlepiej odzwierciadlają na badanym terenie zmiany odpływu rzecznego w okresach niżówkowych. W kolejnej fazie pracy wykorzystano dwa wybrane w ten sposób filtry, z ustalonymi parametrami wejściowymi, do wyznaczenia odpływ podziemny dla pozostałych rzek uwzględnionych w badaniach. Obliczony procentowy udział odpływ podziemny w odpływie całkowitym w poszczególnych zlewniach stanowi od 48,8 do 68,3% przy wykorzystaniu filtru Lyneʼa-Hollicka i od 54,4 do 72,5% dla filtru Fureyʼa-Gupty. Przeciętne wartości współczynnika odpływu podziemnego wynoszą odpowiednio 60,1 i 65,1%. Otrzymane wartości współczynnika odpływu podziemnego przy wykorzystaniu do wyznaczenia średniego rocznego odpływu podziemnego filtrów cyfrowych są o kilkanaście procent wyższe w stosunku do wartości uzyskanych metodą Wundta. Średnia wartość współczynnika odpływu podziemnego z użyciem metody Wundta wynosi 48,3%.

EN

The article presents testing of the most commonly used digital filters (Chapman, Eckhardt, Lyne and Hollick, Chapman and Maxwell, and Furey-Gupta) that allow separating groundwater runoff from a hydrograph. The research was carried out in 11 river catchments representing the area of crystalline rocks of the Sudetes. Based on the analysis in the experimental basin of the Kamienna River, the parameters of the filters were calibrated, and it was established that two of them: Lyne-Hollick and Furey-Gupta, best reflect changes in the river runoff in low river-flow periods in the study area. In the next step, based on the calibrated parameters for two selected filters, groundwater runoff was determined for the remaining rivers included in the research. The groundwater runoff calculated using digital filters is from 48.8 to 68.3% (Lyne-Hollick filter) and from 54.4 to 72.5% (Furey-Gupta filter) of total runoff. The average values of the baseflow index equal 60.1 and 65.1%, respectively. The values of groundwater runoff and baseflow index, obtained with the use of digital filters, are over a dozen percent higher in relation to the values obtained by the Wundt method. The average value of the baseflow index using the Wundt method is 48.3%.

Słowa kluczowe

PL

odpływ podziemny; filtry cyfrowe; Sudety

EN

groundwater runoff; digital filters; Sudety Mts.

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 475, Hydrogeologia z. 16
• Strony: 213--220
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Tarka Robert

• Uniwersytet Wrocławski, Instytut Nauk Geologicznych, pl. M. Borna 9, 50-204 Wrocław

autor

Olichwer Tomasz

• Uniwersytet Wrocławski, Instytut Nauk Geologicznych, pl. M. Borna 9, 50-204 Wrocław

Bibliografia

• 1. BOUGHTON W.C., 1993 – A hydrograph-based model for estimating water yield of ungauged catchments. Institute of Engineers Australia National Conference. Publ., 93, 14: 317–324.
• 2. BOUGHTON W.C., 1987 – Hydrograph analysis as a basis of water balance modelling. The Institution of Engineers, Australia. Civil Engineering Transaction CE, 29, 1: 8–33.
• 3. BOUSSINESQ J., 1904 – Récherches théoriques sur l'écoulement des nappes d'eau infiltrées dans le sol. J. Mathématiques Pures Appliquées, 10: 5–78.
• 4. CHAPMAN T., 1991 – Comment on evaluation of automated techniques for base flow and recession analyses, by RJ Nathan and TA McMahon. Water Resources Research, 27, 7: 1783–1784.
• 5. CHAPMAN T.G., MAXWELL A.I., 1996 – Baseflow separation – comparison of numerical methods with tracer experiments. W: Hydrol. and Water Resour. Symp.: 539–545. Institution of Engineers Australia, Hobart.
• 6. CSIRO, SKM, 2010 – Baseflow assessment for the Murray-Darling Basin. Water for a Healthy Country National Research Flagship, CSIRO.
• 7. DANE publiczne IMGW-PIB. Internet: https://danepubliczne. imgw.pl/ (dostęp: lipiec 2019).
• 8. ECKHARDT K., 2005 – How to construct recursive digital filters for baseflow separation. Hydrol. Process., 19: 507–515.
• 9. FUREY P.R., GUPTA V.K., 2001 – A physically based filter for separating base flow from streamflow time series. Water Resour. Res., 27, 11: 2709–2722.
• 10. GONZALES A.L., NONNER J., HEIJKERS J., UHLENBROOK S., 2009 – Comparison of different baseflow separation methods in a lowland Catchment. Hydrol. Earth Syst. Sci., 13: 2055–2068.
• 11. HORTON R.E., 1933 – The role of infiltration in the hydrological cycle. Trans. Am. Geophysics. Union, 14: 446–460.
• 12. HYDROGRAPH Separation Program. Internet: https://water.usgs. gov/software/HYSEP/ (dostęp: lipiec 2019).
• 13. HYDROOFFICE – Software for hydrology, meteorology, geoscience & data science. Internet: http://hydrooffice.org (dostęp: lipiec 2019).
• 14. INDARTO I., NOVITA E., WAHYUNINGSIH S., 2016 – Preliminary Study on Baseflow Separation at Watersheds in East Java Regions. Agriculture and Agricultural Science Procedia, 9: 538–550.
• 15. KILLE K., 1970 – Das Verfahren MoMNQ, ein Beitrag zur Berechnung der mittleren langjährigen Grundwasserneubildung mit Hilfe der monatlichen Niedrigwasserabflüsse. Z. dt. geol. Ges., Hydrogeol. Beitr., 1: 89–95.
• 16. KOUANDA B, COULIBALY P, NIANG D, FOWE T, KARAMBIRI H,. 2018 – Analysis of the Performance of Base Flow Separation Methods Using Chemistry and Statistics in Sudano-Sahelian Watershed, Burkina Faso. Hydrol. Current Res., 9: 300.
• 17. KRYZA H., KRYZA J., LIMISIEWICZ P., 1989 – Zmienność odpływów niskich obszaru sudeckiego i jej przyczyny. Pr. Nauk. Instyt. Geotech., 58, 29: 69–74.
• 18. LONGOBARDI A., VILLANI P., GUIDA D., CUOMO A., 2018 – Regression approaches for hydrograph separation: Implications for the use of discontinuous electrical conductivity data. Water. Vol., 10, 9: 1235–1249.
• 19. LYNE V., HOLLICK M., 1979 – Stochastic time-variable rainfall-runoff modelling. Institute of Engineers Australia National Conference. Publ., 79, 10: 89–93.
• 20. MAILLET E., 1905 – Essais d’hydraulique souterraine et fluviale. Librairie Sci., A. Hermann, Paris.
• 21. NATHAN R.J., MCMAHON T.A., 1990 – Evaluation of automated techniques for base flow and recession analysis. Water Resour. Res., 26, 7: 1465–1473.
• 22. OLICHWER T., 2007 – Zasoby wód podziemnych Ziemi Kłodzkiej. Acta Univ. Wratisl., 3022.
• 23. PETTYJOHN W.A., HENNING R., 1979 – Preliminary estimate of ground-water recharge rates, related streamflow and water quality in Ohio. Ohio State University Water Resources Center Project Completion Report, 552.
• 24. SEPHYDRO – hydrograph separation tool. Internet: http://canadianriversinstitute. com/tool/pageMain.php (dostęp: lipiec 2019).
• 25. SHIRMOHAMMADI A., KNISEL W.G., SHERIDAN J.M., 1984 – An aproximate method for partitioning daily streamflow data. J. Hydrol., 74, 3/4: 335–354.
• 26. SLOTO R.A., 1991 – A computer method for estimating ground- -water contribution to streamflow using hydrograph-separation techniques. U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 90-4162: 101–110.
• 27. SKM, 2007 – Using baseflow for monitoring stream condition and groundwater and surface water resource condition change. Task 2 Milestone Report. Final, June 2007.
• 28. TAN S.B.K., LO E.Y., SHUY E.B., CHUA L.H.C., LIM, W.H., 2009 – Hydrograph separation and development of empirical relationships using single parameter digital filters. J. Hydrol. Eng., 14, 3: 271–279.
• 29. TARKA R., 2002 – Konwencjonalne a numeryczne metody oceny odpływu podziemnego rzek. Część I. Metody badań. Gosp. Wod., 4: 156–160.
• 30. WUNDT W., 1953 – Gewässerkunde. Springer-Verlag, Berlin, Göttingen, Heidelberg.
• 31. VALENT P., BULÍK M., 2016 – The selection of an appropriate baseflow separation method: a case study from Jalovecký Creek. W: HydroCarpath 2016. Catchment Processes in Regional Hydrology: From Plot to Regional Scales – Monitoring Catchment Processes and Hydrological Modelling: abstracts of the conference: 24. Vienna/Bratislava/Sopron, 27.10.2016. 1st ed. Sopron. University of West Hungary Press.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).