Determination of characteristic flow values downstream of the Racibórz Reservoir using Monte Carlo methods based on copula functions

• Autorzy: Twaróg B.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.15.233.4619

Warianty tytułu

PL

Określenie wartości przepływów charakterystycznych poniżej zbiornika Racibórz z zastosowaniem metod Monte Carlo opartych na funkcjach copula

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This case study of the Racibórz reservoir discusses the application of a determination method of characteristic flow values below retention reservoirs. The study describes the selected theoretical foundations, the individual steps of the Monte Carlo (MC) method used to generate hypothetical flood wave hydrographs, and the results of simulations leading to the determination of characteristic flow values below retention reservoirs. The method is based on probability density functions for a multidimensional random variable obtained using copula link functions. The results of the analyses are represented in tables and graphs. The results of the simulation analysis are presented for comparison purposes, assuming a constant and a variable time for the hypothetical base flood elevation.

PL

W artykule zapresentowano aplikację określania wartości przepływów charakterystycznych poniżej zbiorników retencyjnych na przykładzie zbiornika Racibórz. Przedstawiono wybrane podstawy teoretyczne, poszczególne kroki metodyki, zastosowanie metody Monte Carlo (MC) do tworzenia hipotetycznych hydrogramów fal powodziowych oraz wyniki obliczeń symulacyjnych prowadzące do określenia wartości charakterystycznych przepływów poniżej zbiorników. U podstaw tej metody są funkcje gęstości prawdopodobieństwa wielowymiarowej zmiennej losowej budowanej z wykorzystaniem spinających funkcji copula. Wyniki analiz w artykule zostały przedstawione w postaci tabelarycznej i graficznej. Dla porównania przedstawione są wyniki analizy symulacyjnej przy założeniu stałego i zmiennego czasu podstawy hipotetycznej fali powodziowej.

Słowa kluczowe

EN

copula functions; multivariate distributions of a random variable; flood wave characteristics; Monte Carlo method; random number generator; flows with a defined probability of exceedance; retention reservoirs

PL

funkcje copula; rozkłady wielowymiarowej zmiennej losowej; parametry fali powodziowej; metoda Monte Carlo; generowanie liczb losowych; przepływy o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia; zbiorniki retencyjne

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Środowisko
• Rocznik: 2015
• Tom: Y. 112, iss. 2-Ś
• Strony: 141--169
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Twaróg B.

• Institute of Hydraulic Engineering and Water Management, Faculty of Environmental Engineering, Cracow University of Technology

Bibliografia

• [1] Twaróg B., Application the Monte Carlo method in generating flood wave hydrographs using the copula function, Czasopismo Techniczne z. 2-Ś/2007.
• [2] Twaróg B., Application of the copula function in generating probability multivariate distributions of random variable defined for a set of flood wave characteristics, Czasopismo Techniczne z.Ś-10/2006.
• [3] Twaróg B., Selected aspects of risk assessment in environmental engineering. Part II. Application of copula functions, 6th National Seminar on Environmental Hazards, Paszkówka, October 2005, IMGW Monographs, Warsaw 2005, 68–89.
• [4] Twaróg B., Selected aspects of risk assessment in environmental engineering. Part I. Application of the Gumbel mixed model, 6th National Seminar on Environmental Hazards, Paszkówka, October 2005, IMGW Monographs, Warsaw 2005, 90–110.
• [5] Calculation of maximum flows characterised by probability of exceedance p=0.3% and p=1% for the Oder river at the Koźle water-level gauge cross-section, Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute, Kraków Branch, Hydrological Forecast Bureau in Kraków, Hydrological Documentation Team in Kraków, January 2015.
• [6] A concept of protection of the Oder river valley against floods, km 66+144, Kędzierzyn Koźle land district: A technical description and calculations, HART S.C., Wrocław, August 2000.
• [7] A concept of flood protection of Kędzierzyn-Koźle and Reńska Wieś township: A technical description and calculations, HART S.C., Wrocław, August 2000.
• [8] Stodolak R., Environmental aspects of water management in a dry flood control basin – a case study of the planned Racibórz reservoir, Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, No. 9/2008, Polish Academy of Sciences, Kraków Branch, 171–180.
• [9] Stodolak R., A study of flood wave reduction in 2010 by the Racibórz reservoir and Buków polder, Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, No. 3/III/2012, Polish Academy of Sciences, Kraków Branch, 235–244.
• [10] Water Management Instructions, water use assessment including instructions for water management in periodic processes of impoundment and retention of water from the Oder river in the Buków polder, RZGW, Gliwice 2014.
• [11] Water use assessment including instructions for water management in periodic processes of impoundment and retention of water from the Oder river in the Buków polder, RZGW, Gliwice 2014.
• [12] Regulation by the Minister of Environment on technical conditions for hydraulic engineering structures and their locations, dated 20 April 2007 (Journal of Laws Dz.U. No.86, item 579).
• [13] Regulation by the Minister of Infrastructure and Development amending the Regulation on technical conditions for public roads and their locations, dated 17 February 2015 (Journal of Laws Dz.U. of 2015 item 329).
• [14] Regulation by the Minister of Transport and Marine Economy on technical conditions for road engineering structures and their locations, dated 30 May 2000 (Journal of Laws Dz.U. No. 63, item 735).
• [15] POIG.07.01.00–00–025/09, Raport z wykonania map zagrożenia powodziowego i map ryzyka powodziowego, projekt ISOK – raport z zakończenia realizacji zadania 1.3.2 – przygotowanie danych hydrologicznych w zakresie niezbędnym do modelowania hydraulicznego [Report on completed flood hazard and flood risk maps, ISOK project – a Report on completed task no. 1.3.2 – preparing hydrological data necessary for hydraulic modelling], IMGW PIB, 2009.
• [16] Atlas of floodplains for concepts with and without capital expenditure projects, considering the existing and planned flood control infrastructure for the Oder river stretch between the planned Racibórz reservoir and the Brzeg Dolny water-level gauge, CES GmbH, 2011.
• [17] Regulation by the Minister of Environment, Minister of Transport, Building Industry and Marine Economy, Minister of Administration and Digitization and the Minister of Home Affairs concerning development of flood hazard and flood risk maps, dated 21 December 2012 (Journal of Laws Dz.U. of 2013 item 104).

Uwagi

PL

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