Impact of meteorological drought on hydrological drought in Toruń (central Poland) in the period of 1971–2015

• Autorzy: Bąk B. , Kubiak-Wójcicka K.

Identyfikatory

DOI

10.1515/jwld-2017-0001

Warianty tytułu

PL

Wpływ suszy meteorologicznej na suszę hydrologiczną w Toruniu (centralna Polska) w latach 1971–2015

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents impact of meteorological drought on hydrological drought on the Vistula River in Toruń in the period of 1971–2015. It uses index method for the assessment of hydrological drought threat degree as a result of multi-month lasting meteorological drought. Based on the values of the SPI-24 (24-month standardized precipitation index) it was determined that meteorological drought in Toruń appeared six times and the total time of the phenomenon was 33% of the studied interval. Periods of hydrological drought on the Vistula River in Toruń have been determined based on the values of the SWI-24 (24-month standardized water level index). It has been found out that hydrological drought appeared four times and its total time was 10% longer that the meteorological drought. Based on the values of both indices (SPI-24 and SWI-24) correlation coefficient for months, seasons and years, it was found that the relation between both kind of droughts is weak (r < 0.5). That result is also confirmed in the distribution of both kinds of drought. Only in 32 months (8% of the total time) the intensity of the two simultaneously occurring drought was at least moderate. The achieved results revealed that the hydrological drought was occurring periodically, independent on meteorological drought. Hydrological drought was also influenced by the external factors (hydropower plant in Włocławek, Major Groundwater Basin – GZWP) and climate factors appearing in the upper and middle part of the river basin.

PL

W artykule przedstawiono wpływ suszy meteorologicznej na suszę hydrologiczną na Wiśle w Toruniu w latach 1971–2015. W tym celu wykorzystano metodę wskaźnikową do oceny stopnia zagrożenia suszą hydrologiczną w wyniku wystąpienia wielomiesięcznej suszy meteorologicznej. Na podstawie wartości wskaźnika SPI-24 (ang. standardized precipitation index) dla 24-miesięcznego okresu stwierdzono, że susza meteorologiczna w Toruniu wystąpiła sześć razy, a łączny czas trwania zjawiska wynosił 33% badanego wielolecia. Okresy suszy hydrologicznej dla Wisły w Toruniu wyznaczono na podstawie wartości wskaźnika SWI-24 (ang. standardized water level index) dla 24-miesięcznego okresu. Stwierdzono, że susza hydrologiczna pojawiła się cztery razy, a jej łączny czas trwania był dłuższy o 10% od suszy meteorologicznej. Bazując na wartościach współczynnika korelacji między wartościami obu wskaźników (SPI-24 i SWI-24) w miesiącach, sezonach i latach stwierdzono słabą zależność między obiema suszami (r < 0,5). Wynik ten ma potwierdzenie także w rozkładzie obu susz. Tylko w 32 miesiącach (8% badanego wielolecia) intensywność obu jednocześnie występujących susz była co najmniej umiarkowana. Uzyskane wyniki świadczą, że susza hydrologiczna występowała okresowo niezależnie od suszy meteorologicznej. Na przebieg suszy hydrologicznej miały również wpływ lokalne czynniki zewnętrzne (elektrownia wodna we Włocławku, zbiornik wód podziemnych GZWP) oraz czynniki klimatyczne występujące w górnej i środkowej części dorzecza Wisły.

Słowa kluczowe

EN

drought indices; hydrological drought; meteorological drought; Vistula River

PL

susza hydrologiczna; susza meteorologiczna; Wisła; wskaźniki suszy

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2017
• Tom: no. 32
• Strony: 3--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 50 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bąk B.

• Institute of Technology and Life Sciences, Kujawsko-Pomorski Research Centre, ul. Glinki 60, 85-174 Bydgoszcz, Poland

autor

Kubiak-Wójcicka K.

• Nicolaus Copernicus University, Faculty of Earth Sciences, Department of Hydrology and Water Management, Toruń, Poland

Bibliografia

• BABIŃSKI Z., HABEL M. 2013. Hydromorphological conditions of the lower Vistula in the development of navigation and hydropower. Acta Energetica. Nr 2 p. 83–90. DOI: 10.12736/issn.2300-3022.2013206.
• BARKER L.J., HANNAFORD J., CHIVERTON A., SVENSSON C. 2016. From meteorological to hydrological drought using standardised indicators. Hydrology and Earth System Sciences. Vol. 20 p. 2483–2505. DOI: 10.5194/hess-20-2483-2016.
• BARTCZAK A., GLAZIK R., TYSZKOWSKI S. 2014. Identyfikacja i ocena intensywności okresów suchych we wschodniej części Kujaw [Identification and evaluation of the intensity of dry periods in eastern part of Kujawy]. Nauka Przyroda Technologie. T. 8. Z. 4 #46 p. 1–22.
• BĄK B., ŁABĘDZKI L. 2002. Assessing drought severity with the relative precipitation index (RPI) and the standardized precipitation index (SPI). Journal of Water and Land Development. No. 6 p. 89–105.
• BĄK B., ŁABĘDZKI L. 2014a. Prediction of precipitation deficit and excess in Bydgoszcz Region in view of predicted climate change. Journal of Water and Land Development. No. 23 p. 11–19.
• BĄK B., ŁABĘDZKI L. 2014b. Thermal conditions in Bydgoszcz Region in growing seasons of 2011–2050 in view of expected climate change. Journal of Water and Land Development. No. 23 p. 21–29.
• BĄK B., MASZEWSKI R. 2012. Typy cyrkulacji atmosfery w regionie bydgosko-toruńskim podczas długotrwałej suszy meteorologicznej w latach 1989–1998 [Types of atmospheric circulation in the Bydgoszcz–Toruń Region during long-time meteorological drought in the years 1989–1998]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 12. Z. 4 (40) p. 17–29.
• BHUIYAN C. 2004. Various drought indices for monitoring drought condition in Aravalli terrain of India [online]. In: Proceedings of the XXth ISPRS Conference. International Society Photogrammetry Remote Sensing, Istanbul [Access 01.07.2016]. Available at: http://www.isprs.org/proceedings/xxxv/congress/comm7/papers/243.pdf
• BORDI I., FRAEDRICH K., SUTERA A. 2009. Observed drought and wetness trends in Europe: An update. Hydrology and Earth System Sciences. Vol. 13 p. 1519–1530.
• CZERNECKI B., MIĘTUS M. 2015. The thermal seasons variability in Poland, 1951–2010. Theoretical and Applied Climatology. Vol. 127. Iss. 1 p. 481–493. DOI: 10.1007/s00704-015-1647z.
• GIERSZEWSKI P. J., PODDUBNYI S. A., ZAKONNO V.V. 2013. Ogólne cechy cyrkulacji wód w zbiorniku włocławskim na podstawie obliczeń symulacyjnych [The general features of the water circulation in the Wloclawek Reservoir based on simulation calculations]. Journal of Health Sciences. Vol. 3. Iss. 15 p. 152–166.
• GLAZIK R., KUBIAK-WÓJCICKA K. 2009. Wezbrania na Wiśle w Toruniu w latach 1951–2005. W: Woda i ochrona wód: obieg wody i materii w zlewniach rzecznych [Floods on the Vistula in Toruń in 1951–2005. In: Water resources and water protection: Water and matter cycling in river basins]. Eds. R. Bogdanowicz, J. Fac-Benedy. Gdańsk. Fundacja Rozwoju Uniwersytetu Gdańskiego p. 301–311.
• GORĄCZKO M., SZYPLIK J., PASELA R. 2013. Wpływ niżówek na warunki funkcjonowania żeglugi w rejonie Bydgoskiego Węzła Wodnego [Influence of low flows on inland navigation in Bydgoszcz Water Junction]. Geography and Tourism. Vol. 1. No. 1 p. 69–76.
• GÓMEZ GÓMEZ C.M., PÉREZ BLANCO C.D. 2012. Do drought management plans reduce drought risk? A risk assessment model for a Mediterranean river basin. Ecological Economics. Vol. 76 p. 42–48. DOI: 10.1016/j.ecolecon.2012.01.008.
• GRZEŚ M. 1991. Zatory i powodzie zatorowe na dolnej Wiśle. Mechanizmy i warunki [Ice jams and floods on the lower Vistula River. Mechanism and processes]. Warszawa. IGiPZ PAN. ISBN 83-00-03450-1 pp. 184.
• ITP undated. Monitoring, prognoza przebiegu i skutków deficytu i nadmiaru wody na obszarach wiejskich [Monitoring, predicting of progress and risk of water deficit and surplus in the rural areas] [online]. [Access 1.07.2016]. Available at: http://agrometeo.itp.edu.pl
• JOKIEL P. 2004. Zasoby wodne środkowej Polski na progu XXI wieku [Water resources in Central Poland at the beginning of the twenty-first century]. Łodź. Wydaw. UŁ. ISBN 83-71718-25-X pp. 114.
• KLECZKOWSKI A.S. 1990. Mapa obszarów głównych zbiorników wód podziemnych (GZWP) w Polsce wymagających szczególnej ochrony [The map of the critical protection areas (CPA) of the major groundwater basins (MGWB) in Poland] 1: 500000. Kraków. AGH.
• KUBIAK-WÓJCICKA K. 2012. Charakterystyka niżówek na Wiśle w Toruniu. W: Gospodarowanie wodą w warunkach zmieniającego się środowiska [The characteristics of low water levels on the Vistula River in Torun. In: Water management in a changing environment]. Ed. W. Marszelewski. Monografie Komisji Hydrologicznej PTG. T. 1 p. 85–93.
• KUBIAK-WÓJCICKA K. 2014a. Stopień wykorzystania infrastruktury liniowej w żegludze śródlądowej na przykładzie bydgoskiego odcinka międzynarodowej drogi wodnej E-70 [Usage degree of the line infrastructure in inland navigation based on the example of Bydgoszcz's part of the international waterway E-70]. Logistyka. Nr 6 p. 12820–12832.
• KUBIAK-WÓJCICKA K. 2014b. Wezbrania na Wiśle w Toruniu w świetle obserwacji historycznych. W: Woda w mieście [Floods on the Vistula in Toruń in the light of historical observations. In: Water in town]. Ed. T. Ciupa, R. Suligowski. Ser. Monografie Komisji Hydrologicznej Polskiego Towarzystwa Geograficznego. T. 2. Kielce. Komisja Hydrologiczna Polskiego Towarzystwa Geograficznego, Instytut Geografii Uniwersytetu Jana Kochanowskiego s. 127–134.
• LINNEROOTH-BAYER J., DUBEL A., SENDZIMIR J., HOCHRAINER-STIGLER S. 2015. Challenges for mainstreaming climate change into EU flood and drought policy: Water retention measures in the Warta River Basin, Poland. Regional Environmental Change. Vol. 15. No. 6 p. 1011–1023. DOI 10.1007/s10113-014-0643-7.
• LORENZO-LACRUZ J., MORÁN-TEJEDA E., VICENTE-SERRANO S.M., LÓPEZ-MORENO J.I. 2013. Streamflow droughts in the Iberian Peninsula between 1945 and 2005: Spatial and temporal patterns. Hydrology and Earth System Sciences. Vol. 17 p. 119–134.
• ŁABĘDZKI L. 2007. Estimation of local drought frequency in central Poland using the standardized precipitation index SPI. Irrigation and Drainage. No. 56 (1) p. 67–77. DOI: 10.1002/ird.285.
• ŁABĘDZKI L., BĄK B. 2014. Meteorological and agricultural drought indices used in drought monitoring in Poland: A review. Meteorology Hydrology Water Management. Vol. 2(2) p. 3–14.
• MACIEJEWSKI M., OSTOJSKI M.S., WALCZYKIEWICZ T. 2011. Dorzecze Wisły – Monografia powodzi maj–czerwiec 2010 [Monograph on 2010 flood in the Vistula basin]. Warszawa. Wydaw. IMGW-PIB pp. 236.
• MCKEE T.B., DOESKEN N.J., KLEIST J. 1993. The relationship of drought frequency and duration to time scales. Proc. of the 8th Conference of Applied Climatology, 17–22 January 1993. Anaheim, California p. 179–184.
• MCKEE T.B., DOESKEN N.J., KLEIST J. 1995. Drought monitoring with multiple time scales. Preprints 9th Conference on Applied Climatology. 15–20 January 1995. Dallas, Texas p. 233–236.
• NAM W-H, HAYES M. J., SVOBODA M.D., TADESSE T. 2015. Drought hazard assessment in the context of climate change for South Korea. Agricultural Water Management. Vol. 160 p. 106–117. DOI: 10.1016/j.agwat.2015.06.029.
• OZGA-ZIELIŃSKA M., BRZEZIŃSKI J. 1994. Hydrologia stosowana [Applied hydrology]. Warszawa. Wydaw. Nauk. PWN. ISBN 97-8830-111-1403 pp. 324.
• PAOLO A. A., PEREIRA L.S. 2006. Drought concepts and characterization. Comparing drought indices applied at local and regional scales. Water International. Vol. 31. Iss. 1 p. 37–49.
• POMIANOWSKA H. 1999. Charakterystyka głównych zbiorników wód podziemnych (GZWP) w rejonie zachodniej części Pojezierza Chełmińskiego [Characteristic of the main reservoirs of underground water (MGWB) of the westeren part of Pojezierze Chełmińskie (Chełmno Lake District)]. Acta Universitatis Nicolai Copernici. Geografia. Vol. 29. No. 103 p. 189–195.
• RADZKA E. 2015. The assessment of atmospheric drought during vegetation season (according to standardized precipitation index SPI) in central-eastern Poland. Journal of Ecological Engineering. Vol. 16. Iss. 1 p. 87–91. DOI: 10.12911/22998993/591.
• ROSSI G. 2003. Requisites for a drought watch system. In: Tools for drought mitigation Mediterranean Regions. Eds. G. Rossi et al. Dordrecht. Kluwer p. 147–157.
• SAHOO R.N., DUTTA D., KHANNA M., KUMAR N., BANDYOPADHYAY S.K. 2015. Drought assessment in the Dhar and Mewat Districs of India using meteorological and remote-sensing derived indices. Natural Hazards. No. 77 p. 733–751.
• SHUKLA S., WOOD A.W. 2008. Use of a standardized runoff index for characterizing hydrologic drought. Geophysical Research Letters. Vol. 35. Iss. 2 (L02405) p. 1–7 DOI: 10.1029/2007GL032487.
• SIVAKUMAR M.V.K., WILHITE D.A. 2002. Drought preparedness and drought management. In: Drought mitigation and prevention of land desertification. Proceedings International Conference. 21–24 April 2002, Bled, Slovenia. UNESCO and Slovak National Committee ICID. Ljubljana paper 2.
• SOMOROWSKA U. 2009. Wzrost zagrożenia suszą hydrologiczną w różnych regionach geograficznych Polski w XX wieku [Increase in the hydrological drought risk in different geographical regions of Poland in the 20th century]. Prace i Studia Geograficzne. T. 43 p. 97–114.
• SOMOROWSKA U., PIĘTKA I. 2012. Projekcja zmian ustroju hydrologicznego w skali zlewni w warunkach fluktuacji klimatycznych [Projection of changes of hydrological regime under the conditions of climate fluctuation]. Ed. W. Marszelewski. Monografie Komisji Hydrologicznej PTG. T. 1 p. 159–172.
• STAGGE J.H., TALLAKSEN L.M., GUDMUNDSSON L., VAN LOONC A.F., STAHLE K. 2015. Candidate distributions for climatological drought indices (SPI and SPEI). International Journal of Climatology. Vol. 35 p. 4027–4040.
• STĘPIEŃ I. 1977. Określenie relacji stan-przepływ w warunkach szybkozmiennego przepływu nieustalonego. [Determination of the stage-discharge relationship under rapidly varied unsteady flow conditions]. Przegląd Geofizyczny. R. 22(30). Z. 1 p. 29–36.
• ŠEBENIK U., BRILLY M., ŠRAJ M. 2017. Drought analysis using the standardized precipitation index (SPI). Acta Geographica Slovenica. Vol. 57 (1) p. 31–49. DOI: 10.3986/AGS.729.
• TOKARCZYK T., SZALIŃSKA W. 2014. Combined analysis of precipitation and water deficit for drought hazard assessment. Hydrological Sciences Journal. Vol. 59. Iss. 9 p. 1675–1689. DOI: 10.1080/02626667.2013.862335.
• VAN LOON A.F., LAAHA G. 2015. Hydrological drought severity explained by climate and catchment characteristics. Journal of Hydrology. No. 526 p. 3–14. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2014.10.059.
• VICENTE-SERRANO S.M., BEGUERÍA V., LORENZO-LACRUZ J., CAMARERO J.J., LÓPEZ-MORENO J.I., AZORIN-MOLINA C., REVUELTO J., MORÁN-TEJEDA E., SANCHEZ-LORENZO A. 2012. Performance of drought indices for ecological, agricultural, and hydrological applications. Earth Interactions. Vol. 16. No. 10 p. 1–27.
• VICENTE-SERRANO S.M., LOPEZ-MORENO J-I., BEGUERIA S., LORENZO-LACRUZ J., SANCHEZ-LORENZO A., GARCIA-RUIZ J., AZORIN-MOLINA C., MORÁN-TEJEDA W., REVUELTO J., TRIGO R., COELHO F., ESPEJO F. 2014. Evidence of increasing drought severity caused by temperature rise in southern Europe. Environmental Research Letters. Vol. 9. No. 4 p. 1–9. DOI: 10.1088/1748-9326/9/4/044001.
• VIDO J., TADESSE T., ŠUSTEK Z., KANDRÍK R., HANZELOVÁ M., ŠKVARENINA J., ŠKVARENINOVÁ J., HAYES M. 2015. Drought occurrence in Central European Mountainous Region (Tatra National Park, Slovakia) within the period 1961–2010. Hindawi Publishing Corporation, Advances in Meteorology. Vol. 2015. Article ID 248728 p. 1–8.
• WEN L., ROGERS K., LING J., SAINTILAN N. 2011. The impacts of river regulation and water diversion on the hydrological drought characteristics in the Lower Murrumbidgee River, Australia. Journal of Hydrology. Vol. 405 p. 382–392.
• WMO 2012. Standardized precipitation index: User guide. World Meteorological Organization. M. Svoboda, M. Hayes, D. Wood. Weather-Climate-Water. (WMO-No. 1090). Geneva. ISBN 978-92-63-11091-6 pp. 16.
• XIE H., RINGLER C., ZHU T., WAQAS A. 2013. Droughts in Pakistan: A spatiotemporal variability analysis using the Standardized Precipitation Index. Water International. Vol. 38. Iss. 5 p. 620–631.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).