Flood Peak Discharge vs. Various CN and Rain Duration in a Small Catchment

• Autorzy: Banasik K. , Hejduk L. , Woodward D. E. , Banasik J.

Warianty tytułu

PL

Zależność przepływu powodziowego od parametru CN i czasu trwania deszczu w małej zlewni rzecznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Estimations of flood peak discharges of low probability of exceedance are required for designing and maintaining hydraulic and road structures (reservoirs, weirs, water intakes, bridges, culverts) as well as for flood protection, including assessment of the risk of flooding. Rainfall-runoff models are usually the only alternative for such estimations in case of small catchments as there is a lack of sufficient, good quality historic data to be used for applying the traditional i.e. statistical methods. The aim of this study was to check responses of a small agro-forested catchment to rainfall of assumed 1% probability of exceedance and of various duration, and with various potential of the catchment to form runoff, characterize by a changeable Curve Number – CN. Field data of rainfall-runoff events, recorded in the investigated catchment of Zagożdżonka river since 1980, were used to estimate the model parameters. Application of the rainfall-runoff procedure indicated high sensitivity of peak discharge to CN value. A change in CN of the value of standard error of estimation made ca. 6% change in flood flow

PL

Przepływy maksymalne o niskim prawdopodobieństwie przewyższenia są potrzebne przy projektowaniu i utrzymaniu budowli wodnych i komunikacyjnych (jazy, zbiorniki, ujęcia wód, mosty, przepusty) oraz w ochronie przed powodziami, w tym również przy tworzeniu map ryzyka powodziowego. W przypadku małych zlewni, zwykle nie posiadających pomiarów hydrometrycznych, podstawowym sposobem wyznaczenia takich przepływów jest zastosowanie modeli opad odpływ. Celem pracy było sprawdzenie reakcji małej, rolniczo-leśnej zlewni nizinnej w postaci hydrogramu odpływu bezpośredniego, na ulewne deszcze o przyjętym 1-procentowym prawdopodobieństwie przewyższenia i różnym czasie trwania, oraz przy różnym potencjale formowania się odpływu bezpośredniego w zlewni, charakteryzowanego parametrem CN. Parametry modelu przyjęto na podstawie wieloletnich badań hydrologicznych przeprowadzonych w badanej zlewni. Parametr CN uzależniono od wysokości opadu i dodatkowo wzięto pod uwagę wpływ niepewności w ustaleniu jego wartości na wynik obliczeń. Parametry chwilowego hydrogramu jednostkowego przyjęto jako stałe we wszystkich scenariuszach obliczeniowych. Przedstawiony w wynikach obliczeń – początkowy wzrost przepływów kulminacyjnych hydrogramów odpływu bezpośredniego, a następnie spadek, wraz ze wzrostem przyjmowanych czasów trwania opadów jest efektem równoczesnego oddziaływania wzrastającej objętości odpływu, z danego opadu i zmniejszającego się natężenia średniego. Wyniki analizy wskazują na wysoką wrażliwość przepływów kulminacyjnych na zmianę parametru CN (zmiana CN o wartość standardowego błędu oceny wywołuję ok. 6% zmianę przepływu kulminacyjnego).

Słowa kluczowe

EN

rainfall-runoff modelling; curve number; small catchment; design flood uncertainty

PL

modelowanie opad-odpływ; parametr CN; mała zlewnia; niepewność przepływów obliczeniowych

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Tom 18, cz. 1
• Strony: 201--212
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Banasik K.

• Warsaw University of Life Sciences – SGGW

autor

Hejduk L.

• Warsaw University of Life Sciences – SGGW

autor

Woodward D. E.

• USDA – Natural Resources Conservation Service, Washington D.C. (retired)

autor

Banasik J.

• Environment Agency, Anglian Region, Northern Area Office, UK

Bibliografia

• 1. Banasik, K. (1994). Model sedymentogramu wezbrania opadowego w malej zlewni rolniczej [Sedimentgraph model of rainfall event in small agricultural watershed; in Polish with an Englishsummary]. Theses & Monographs, 191. Warsaw: Warsaw Agricultural University-SGGW Press.
• 2. Banasik, K. (2011). Catchment responses to heavy rainfall events in a changing environment. In: Prediction and reduction of diffuse pollution, solid emission and extreme flows from rural areas: case study of small agriculturalcatchments, 61-74. Warsaw, WULS-SGGW Press.
• 3. Banasik, K. & Gorski, D. (1993). Evaluation of rainfall erosivity for East Poland. Proc. International Symposium on Runoff and Sediment Yield Modelling, Eds: Banasik, K. & Żbikowski, A. Warsaw, Poland, Sept. 14-16, 1993, Warsaw Agricultural University Press, 129-134.
• 4. Banasik, K. & Hejduk, A. (2014). Ratio of basin lag times for runoff and sediment yield processes recorded in various environment. Sediment Dynamics from the Summit to the Sea, Proceedings of a symposium held in New Orleans, Louisiana, USA, 11-14 December 2014, IAHS Publ. 367, 163-169.
• 5. Banasik, K. & Hejduk, L. (2012). Long-term changes in runoff from a small agricultural catchment. Soil & Water Res., 7(2), 64-72.
• 6. Banasik, K., Hejduk, L., Oygarden, L. (Eds), (2011). Prediction and reduction of diffuse pollution. Solid emission and extreme flows from rural areas – case study of small agricultural catchments. Warsaw: WULS-SGGW Press.
• 7. Banasik, K., Krajewski, A., Sikorska, A. & Hejduk, L. (2014). Curve Number estimation for a small urban catchment from recorded rainfall-runoff events. Archives of Environmental Protection, 40(3), 75-86.
• 8. Banasik, K., Madeyski, M., Mitchell J.K., Mori K. (2005). An investigation of lag times for rainfall–runoff–sediment yield events in small river basins. Hydrological Sciences Journal, 50(5), 857-866.
• 9. Banasik, K. & Walling, D. (1996). Predicting sediment graphs for a small agricultural catchment. Nordic Hydrology, 27(4), 275-294.
• 10. Banasik, K., Woodward, D., Hawkins R. (2014). Curve Numbers for Two Agro-Forested Watersheds. World Environmental and Water Resources Congress 2014: Water without Borders, 2235-2246. ASCE, Portland, Oregon, June 1-5, 2014.
• 11. Bogdanowicz, E., & Stachy, J. (1998). Maksymalne opady deszczu w Polsce. Charakterystyki projektowe (Maximal rainfall in Poland. Design characteristics). Materiały badawcze. Seria: Hydrologia i Oceanologia, 23. Warszawa, IMGW.
• 12. Hawkins, R.H. (1993). Asymptotic determination of curve numbers from data. Journal of Irrigation and Drainage Division, American Society of Civil Engineers, 119(2), 334-345.
• 13. Hlavcova, K., Kohnova, S., Kubes, R., Szolgay, J., Zvolensky M. (2005). An empirical method for estimating future flood risk for flood warnings. Hydrology and Earth System Sciences, 9(4), 431-488.
• 14. Ignar, S. (1998). The SCS method and its application for effective rainfall determination (in Polish), Przeglad Geofizyczny (Review of Geophysics), XXXII(4), 451-455, 1988.
• 15. Karabova, B., Sikorska, A.E., Banasik, K., Kohnova S. (2012). Parameters determination of a conceptual rainfall-runoff model for a small catchment in Carpathians. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Land Reclamation, 44(2), 155–162.
• 16. Krajewski, A., Lee, H., Hejduk, L., Banasik K. (2014). Predicted small catchment responses to heavy rainfalls with SEGMO and two sets of model parameters. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Land Reclamation, 46(3), 205-220.
• 17. Miler, A. (2012). Ocena wpływu zmian użytkowania terenu na odpływy wezbraniowe przy użyciu metody CN – SCS. Rocznik Ochrona Środowiska, 14, 512–524.
• 18. USDA-Natural Resource Conservation Service (2003). National Engineering Handbook. Part 630,Hydrology.
• 19. Van Mullem, J.A., Woodward D.E., Hawkins R.H., Hjelmfelt A.T., Quan Q.D. (2002). Runoff Curve Number method: Beyond the Handbook”. Proceedings of Second Federal Interagency Hydrologic Modeling Conference, Las Vegas, Nevada.
• 20. Williams, J.R. (1978). A sediment graph model based on the instantaneous unit sediment graph. Water Recourses Res. 14(4), 659-664.

Uwagi

PL

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