Odra River in Lower Silesia: probabilistic analysis of flood risk dynamics as part of sustainable development of water management

• Autorzy: Kuźmiński Łukasz , Halama Arkadiusz

Identyfikatory

DOI

10.7494/manage.2018.19.2.205

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of most common natural catastrophes in Poland are undoubtedly floods. Climatic change contributes to more and more often and violent occurrences of the maximum flow in rivers, which increases flood damage. Inadequate land management and the unjustified belief in the effectiveness of technical flood control measures can also contribute to flood damage. The development of water management (including flood protection) should be carried out in a sustainable way by integrating social, environmental, and economic objectives. In flood protection, those measures that are least invasive to the natural environment should be used first; in particular, non-technical flood protection methods (e.g., flood risk assessment and management, and the proper definition and management of flood plains). One of the bases for the sustainable development of water management is the preparation of models that can help us calculate the likelihood of maximum flow and to identify areas that are at risk of flooding. On this basis, the proper spatial policy and prevention of flood effects will be possible. This article presents the probabilistic analysis carried out on the flood risk dynamics for a selected area of the Odra River basin. The authors based their risk dynamic assessment on the results from the distributions of the maximum values for a selected hydrological characteristic – the flow rate. Based on the daily flow data from the years of 1994–2013 collected at a hydrological station on the Odra River in Malczyce, the 30-day flow maxima were set individually for four 5-year periods. Then, a probabilistic model of the maximum flow was developed based on these peaks for each 5-year period. The resulting models were used to estimate flood risks and for analyzing the dynamics for the studied area.

Słowa kluczowe

EN

flood risk; flow; sustainable development; water management; extreme value; distributions; Gumbel distribution

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Managerial Economics
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 19, no. 2
• Strony: 205--225
• Opis fizyczny: Bibliogr. 45 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kuźmiński Łukasz

autor

Halama Arkadiusz

Bibliografia

• [1] Arns, A., Wahl, T., Haigh, I., Jensena, J. and Pattiaratchi C. (2013) ‘Estimating extreme water level probabilities: A comparison of the direct methods and recommendations for best practice’, Coastal Engineering, vol. 81, pp. 51–66.
• [2] Bajkiewicz-Grabowska, E. and Mikulski, Z. (2011) Hydrologia ogólna, Warszawa: WN PWN.
• [3] Biedroń, I. and Bogańska-Warmuz, R. (2012) ‘Powódź 2010 – analiza strat i szkód powodziowych w Polsce’, Gospodarka Wodna, nr 4, pp. 147–153.
• [4] Bordi I., Fraedrich K., Petitta M. and Sutera A. (2007) ‘Extreme value analysis of wet and dry periods in Sicily’, Theoretical and Applied Climatology, vol. 87, pp. 61–67.
• [5] Bortkiewicz, L. (1922)‚ ‘Variationsbreite und mittlerer Fehler’, Sitzungsberichte der Berliner Matthematische Gesellschaft, 21, pp. 3–11.
• [6] Chaibandit, K. and Konyai, S. (2012) ‘Using Statistics in Hydrology for Analyzing the Discharge of Yom River’, APCBEE Procedia, vol. 1, pp. 356–362.
• [7] Charon, C., (2015) ‘Probability distributions of wind speed in the UAE’, Energy Conversion and Management, 93, pp. 414–434.
• [8] Ciepielowski, A., (1999) Podstawy gospodarowania wodą, Warszawa: Wydawnictwo SGGW.
• [9] Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000 establishing a framework for Community action in the field of water policy, [Online], Available: http://eur-lex.europa.eu [10 May 2017].
• [10] Directive 2007/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2007 on the assessment and management of flood risks, [Online], Available: http://eur-lex.europa.eu [10 May 2017].
• [11] Dogan, A., Haktanir, T., Seckin, S. and Yurtal, R. (2010) ‘Comparison of propability weighted moments and maximum likelihood methods used in flood frequency analysis for Ceyhan River basin’, The Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 35, No. 1B, pp. 49–69.
• [12] Engeland, K., Hisdal, H. and Frigessi, A. (2005) ‘Practical Extreme Value Modelling of Hydrological Floods and Droughts: A Case Study’, Extremes, vol. 7, Issues 1, pp. 5–30.
• [13] Fuller, W. (1914) Floods flows, Transactions of the American Society of Civil Engineers, pp. 564–583.
• [14] Greis, N. and Wood E. (1981) ‘Regional flood frequency estimation and network design’, Water Resources Research, vol. 17(4), pp. 1167–1177.
• [15] Gumbel, E.J. (1941) ‘The return period of flood flaws’, The Annals Mathematical Statistics, vol. 12, pp. 163–190.
• [16] Halama, A. (2012) Wpływ zagrożenia powodziowego na rozwój małych miast (na przykładzie miasta Wisła), in Heffner, K. and Halama, A. (eds.) Ewolucja funkcji małych miast w Polsce, „Studia Ekonomiczne” Zeszyty Naukowe Wydziałowe Uniwersytetu Ekonomicznego w Katowicach”, Katowice: Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego, pp. 21–29.
• [17] Halama, A. (2013a) ‘Polityka przestrzenna na terenach zalewowych w małych miastach’, in Heffner, K. and Twardzik, M. (eds.) Nowoczesne instrumenty polityki rozwoju lokalnego – zastosowanie i efekty w małych miastach, „Studia Ekonomiczne. Zeszyty Naukowe Wydziałowe Uniwersytetu Ekonomicznego w Katowicach, Katowice: Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego, pp. 21–29.
• [18] Halama, A. (2013b) ‘Zrównoważone gospodarowanie zasobami wodnymi w województwie śląskim’, Handel Wewnętrzny, nr 6A, t. 1, pp. 264–276.
• [19] Halama, A. (2016) ‘Zarządzanie terenami zalewowymi w Bielsku-Białej’, in Brandenburg, H. and Sekuła, P. (eds.), Projekty regionalne i lokalne – sukces projektu, Katowice: Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego, pp. 94–103.
• [20] Holický, M. and Sýkora, M. (2010) ‘Assessment of Flooding Risk to Cultural Heritage in Historic Sites’, Journal of Perfomance of Constructed Facilities, vol. 24(5), pp. 432–438.
• [21] IPCC 2007: Zmiana Klimatu 2007: Raport syntetyczny. Wkład Grup roboczych I, II i III do Czwartego Raportu Oceniającego Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu [(red.) Główny zespół autorski, Pachauri, R.K., Reisinger, A.], Wyd. IOŚ, Warszawa, 2009, [Online], Available: http://old.chronmyklimat.pl/theme/UploadFiles/ReportIPCC2007(1).pdf [10 May 2017].
• [22] Jedynak, P., (2001) Ubezpieczenia gospodarcze, Kraków: Księgarnia Akademicka.
• [23] Katz, R.W., Parlange, M. and Neveau, P. (2002) ‘Statistics of extremes in hydrology’, Advances in Water Resources, vol. 25(8–12), pp. 8–12.
• [24] Kotz, S. and Nadarajah, S. (2005) Extreme Value Distributions. Theory and Applications, London: Imperial College Press.
• [25] Kuźmiński, Ł. (2012) ‘Positional statistics in forecasts’, in Forlicz, S. (ed.), The use of quantitative methods in economics and management, Warszawa, pp. 199–211.
• [26] Kuźmiński, Ł. (2013a) ‘Application of extreme value theory in warning forecasting for a sequence of independent variables with normal distribution “Application of quantitative methods in economic sciences”, Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Bankowej we Wrocławiu, nr 2.
• [27] Kuźmiński, Ł. (2013b) ‘Distribution of extreme values in hydrological hazard analysis in Lower Silesia. Quantitative methods in economics’, Zeszyty Naukowe , nr 811, pp. 305–318.
• [28] Kuźmiński, Ł. (2013c) ‘Graniczne dystrybuanty wartości ekstremalnych dla zależnych ciągów zmiennych losowych’, Ekonometria, nr 2(29).
• [29] Kuźmiński, Ł. (2013d) ‘Limit distributions of extremes in forecasts of water states’, Zarządzanie i Finanse, nr 3, cz. 2, pp. 147–161.
• [30] Kuźmiński, Ł., (2013e) ‘The use of Poisson distribution in the hydrological hazard assessment’, “Mathematical and econometric methods in finance and insurance”, Zeszyty Naukowe Wydziałowe, vol. 206, pp. 7–19.
• [31] Kuźmiński, Ł. (2014) ‘Functions of excess and hazard as a tool in the analysis of flood hazard in Lower Silesia. Quantitative methods’, Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Bankowej we Wrocławiu, nr 7(45), pp. 207–220.
• [32] Kuźmiński, Ł., Szałata, Ł. and Zwoździak, J. (2016a) ‘Evaluating the risk variability of flood risk in the Odra River basin on the basis of the half-year distributions of water maxima’, Prace Naukowe Uniwersytetu Ekonomicznego we Wrocławiu, vol. 454, pp. 102–116.
• [33] Kuźmiński, Ł., Szałata, Ł. and Zwoździak, J. (2016b) ‘The use of selected probability distributions of extreme values for estimating the risk of flood hazard on the Odra River in Lower Silesia’, Ochrona Środowiska, vol. 38(3), pp. 35–39.
• [34] Kuźmiński, Ł., Szałata, Ł. and Zwoździak, J. (2016c), ‘The Reality of Life During Floods’, Journal of Civil & Environmental Engineering, vol. 6(5), pp. 102–116.
• [35] Lorek, E. (2002) ‘Budowa programów zrównoważonego rozwoju regionu w warunkach gospodarki polskiej’, in Zagórska, A., Malik, K. and Miszewski, M., (red.), Zrównoważony rozwój regionalny w aspekcie integracji europejskiej, Bytom: Wyższa Szkoła Ekonomii i Administracji w Bytomiu, pp. 135–139.
• [36] Majewski, W. and Walczykiewicz, T. (eds.) (2012) Zrównoważone gospodarowanie zasobami wodnymi oraz infrastruktura hydrotechniczna w świetle prognozowanych zmian klimatycznych, Warszawa: IMGW PIB, [Online], Available: http://klimat.imgw.pl/wp-content/uploads/2013/01/tom2.pdf [10 May 2017].
• [37] Nachabe, M. and Paynter S. (2001) ‘Use of generalized extreme value covariates to improve estimation of trends and return frequencies for lake levels’, Journal of Hydroinformatics, vol. 13(1), 13–24.
• [38] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 28 kwietnia 2004 r. w sprawie zakresu i trybu opracowywania planów gospodarowania wodami na obszarach dorzeczy oraz warunków korzystania z wód regionu wodnego (Dz.U., nr 126, poz. 1318).
• [39] Todorovic P. (1979) A probabilistic approach to analysis and prediction of floods, Buenos Aires.
• [40] Uchwała Nr 239 Rady Ministrów z dnia 13 grudnia 2011 r. w sprawie przyjęcia Koncepcji Przestrzennego Zagospodarowania Kraju 2030, Warszawa, dnia 27 kwietnia 2012 r. [Online], Available: http://isap.sejm.gov.pl, [10 May 2017]
• [41] Ustawa z dnia 27 marca 2003 r. o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym (Dz.U., nr 80, poz. 717, z późn. zmian.).
• [42] Ustawa z dnia 18 lipca 2001 r. Prawo wodne (Dz.U., nr 115, poz. 1229, z późn. zmian.).
• [43] Yen, B.C. (1988) ‘Stochastic methods and reliability analysis in water resources’, Advances Water Resources, vol. 11, p. 115–122.
• [44] Yue, S., Bobe, B., Legendre, P. and Bruneau P. (1999) The Gumbel mixed model for flood frequency analysis, Journal of Hydrology, vol. 226(1–2), pp. 88–100.
• [45] Zwoździak, J. (2017) Contemporary directions in the atmospheric air quality management, Warszawa: IMGW PIB.

Uwagi

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