Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A Comparative Evaluation of the Use of Artificial Neural Networks for Modeling the Rainfall-Runoff Relationship in Water Resources Management

Turhan Evren

Journal of Ecological Engineering

|

2021

|

Vol. 22, nr 5

166--178

EN

Recently, Artificial Neural Network (ANN) methods, which have been successfully applied in many fields, have been considered for a large number of reliable streamflow estimation and modeling studies for the design and project planning of hydraulic structures. The present study aimed to model the rainfall-runoff relationship using different ANN methods. The Nergizlik Dam, located in the Seyhan sub-basin and one of the important basins in Turkey, was chosen as the study area. Analyses were carried out based on streamflow estimation with the help of observed precipitation and runoff data at certain time intervals. Feed Forward Backpropagation Neural Network (FFBPNN) and Generalized Regression Neural Network (GRNN) methods were adopted, and obtained results were compared with Multiple Linear Regression (MLR) method, which is accepted as the traditional method. Also, the models were performed using three different transfer functions to create optimum ANN modeling. As a result of the study, it was seen that ANN methods showed statistically good results in rainfall-runoff modeling, and the developed models can be successfully applied in the estimation of average monthly flows.

2

Computational environment HYDRO-PATH as a flexible tool for operational rainfall-runoff model design

Tokarczyk T., Szalińska W., Tiukało A., Jełowicki J., Chorążyczewski A.

Meteorology Hydrology and Water Management. Research and Operational Applications

|

2016

|

Vol. 4, Iss. 1

65--77

EN

The overall objective of the ongoing work is to develop the computational environment HY DRO-PATH as a flexible tool for forecasting runoff from catchment areas for various hydrometeorological conditions while taking into account the information available on a real-time basis. Ensuring the model’s operational reliability and reducing the uncertainty of generated forecasts is accomplished through the adjustment of both the internal structure of the model and the spatial representation of the computational grid to the physiographical, hydrological and climatological characteristics of a given basin. The research focused on the development of methods for selecting the optimal model structure and parameters by analysing the results obtained for different model structures. This is achieved through the computational environment, in which it is possible to implement different types of hydrological rainfall-runoff models. These models have a unified system of data input, parameter optimisation rules, and procedures for result generation. The developed elements of the computational environment correspond to generation potential of models with a given structure and complexity. Furthermore, within the framework of HY DRO-PATH the following components were developed: an application programming interface (API), a data assimilation module, a module for computational representation of a real object, and a module for the estimation and optimisation of model parameters. The developed computational environment was applied to prepare a version of TOPO-Flex and perform hydrological validation of the model’s results. The hydrological validation was performed for selected flood events in the Bystrzyca Dusznicka subbasin of the Nysa Kłodzka River.

3

Wpływ urbanizacji w strefie podmiejskiej na stosunki wodne w zlewniach małych cieków

Kanclerz J., Murat-Błażejewska S., Dragon K., Birk S.

Inżynieria Ekologiczna

|

2016

|

Nr 46

94--99

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy wpływu urbanizacji stref podmiejskich miasta Poznania w latach 1936–2011 na stosunki wodne zlewni cieku Dopływ spod Lusówka i cieku Przeźmierki. Zlewnie te położone są na terenie gmin, gdzie w ostatnich latach obserwuje się gwałtowny rozwój terenów zurbanizowanych. Przeprowadzona analiza zmian form użytkowania zlewni, wykazała prawie pięciokrotny wzrost terenów zurbanizowanych w zlewni cieku Dopływ spod Lusówka i dziewięciokrotny w zlewni cieku Przeźmierka. Na wskutek uszczelnienia terenów zlewni wzrosła wielkość opadów efektywnych, konsekwencją czego był szybki odpływ wód opadowych i prawie dwukrotny wzrost przepływów w ciekach.

EN

This paper presents results of analysis focused on impact of urbanization of Poznań suburban area on water rela¬tion for Doływ spod Lusówka and Przeźmierki catchments during 1936–2011. Both catchments are located in municipalities which recently showing sharp growth in urban area. Analysis of changes in land use for studied catchments showed almost 5-fold increase in urban area for Dopływ spod Lusówka and 10-fold for Przeźmierka. As a consequence of land sealing increase in amounts of effective precipitation was observed that led to fast runoff of rain waters and almost double flow in watercourses.

4

Hydrologiczny model WISTOO - reaktywacja

Gądek W., Banach W., Szczepanek R.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2015

|

z. 62, nr 3/I

113--122

PL

Model transformacji opadu w odpływ WISTOO został opracowany w 1996 r. w Zakładzie Hydrologii Instytutu Inżynierii i Gospodarki Wodnej Politechniki Krakowskiej przy współudziale Politechniki Warszawskiej. Został on stworzony na zamówienie Ministerstwa Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa, finansowany ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Model WISTOO, czyli Wizualizacja Integralnego Systemu Transformacji Opadu w Odpływ, jest jedynym modelem w kraju określanym jako model integralny o parametrach rozłożonych, który może być stosowany dla zlewni o powierzchni od 10 do 1000 km2. Parametry do modelu wyznaczane są automatycznie na podstawie czterech warstw tematycznych: NMT (Numerycznego Modelu Terenu), sieci hydrograficznej, kategorii pokrycia terenu oraz kategorii gleb. Warstwy tematyczne są przetwarzane do formatu IDRISI. Zapotrzebowanie na obliczenia hydrologiczne prowadzone przy użyciu modeli hydrologicznych o parametrach rozłożonych wzrosło w ostatnim okresie, lecz największym ograniczeniem jest nadal przygotowanie aktualnych warstw tematycznych. Wychodząc naprzeciw takiemu zapotrzebowaniu rozpoczęto prace nad wykorzystaniem w modelu WISTOO danych pochodzących z usług sieciowych (WMS, WFS, WCS). W artykule omówiono zalety oraz wady takiego rozwiązania.

EN

Model of rainfall - runoff transformation WISTOO was developed in 1996 in the Division of Hydrology in the Institute of Water Engineering and Water Management at the Cracow University of Technology in cooperation with the Warsaw University of Technology. It was made on the order of Ministry of Environment Protection, Natural Resources and Forestry, financed by the funds from the National Fund for Environmental Protection and Water Management. Model WISTOO i.e. Visualisation of Integral Rainfall-Runoff Transformation System is the only model in the country defined as the integral model with distributed parameters, that may be used for the catchments from 10 to 1000 km2. The parameters for the model are determined based on four thematic layers: DTM (Digital Terrain Model), hydrographical network, land cover category and soil category. The thematic layers are processed into IDRISI format. The demand for hydrological calculations conducted while using the hydrological models with distributed parameters has increased recently, but the most significant limitation is still preparation of the current thematic layers. To meet this demand, the work on exploiting the data coming from the web services (WMS, WFS, WCS) in the model WISTOO has been started. In the article there are discussed the advantages and disadvantages of such solution.

5

Zastosowanie danych syntetycznych do badania wpływu zmian klimatu na zasoby wodne zlewni

Kuchar L., Iwański S., Jelonek L., Szalińska W.

Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska

|

2014

|

Vol. 23, No. 4

332--346

PL

Modele hydrologiczne opad-odpływ czy rolnicze opad-plon wymagają na wejściu określony zbiór danych meteorologicznych. Problem braku takich danych bądź ich niekompletność mogą zostać rozwiązane przez uzyskanie danych syntetycznych. Jest to konieczne w badaniach nad wpływem zmian klimatu, gdzie do badań wykorzystuje się dane wygenerowane za pomocą modeli symulujących potencjalne wartości wybranych zmiennych meteorologicznych. W pracy przedstawiono proces przygotowania syntetycznych danych do modelu opad-odpływ dla aktualnych warunków klimatycznych oraz spełniających założenia scenariuszy zmiany klimatu. Przeprowadzono weryfikację uzyskanych danych generowanych. Dane zostały wykorzystane do przeprowadzenie oceny wpływ zmian klimatycznych na 2080 rok według scenariusza emisyjnego A1B oraz modelu cyrkulacyjnego HadCM3.

EN

Hydrological rainfall-runoff models and agricultural rainfall-yield need at input a specific set of meteorological data. The problem of the absence of such data or their incompleteness can be solved by synthetic data. This is necessary in studies on the effects of climate change, where the research uses data from weather generator that simulate the possible values of selected meteorological variables. The paper presents the process of preparing synthetic data for rainfall-runoff model for current climatic conditions and satisfying the assumptions of climate change scenarios. A verification of the generated data was also presented. The obtain data were used to assess the impact of climate change on the year 2080 according to the emission scenario A1B and circulation model HadCM3.

6

Analiza możliwości wykorzystania modeli hydrologicznych w strategicznej ocenie oddziaływania na środowisko miejscowych planów zagospodarowania przestrzennego

Sojka M., Murat-Błażejewska S., Wróżyński R

Inżynieria Ekologiczna

|

2014

|

Nr 39

176--186

PL

W pracy przedstawiono możliwości zastosowania modelu hydrologicznego HEC-HMS przy opracowywaniu strategicznej oceny oddziaływania na środowisko projektów miejscowych planów zagospodarowania przestrzennego na wody powierzchniowe. Praktyczne możliwości zastosowania modelu w symulacji reakcji zlewni na opady o dużym natężeniu przedstawiono na przykładzie zlewni cieku Różany Potok, która podlega szybkiemu procesowi urbanizacji. Pole powierzchni zlewni Różany Potok wynosi 8,1 km2, a długość cieku 5,57 km. W latach 1992–2012 nastąpił znaczny przyrost terenów uszczelnionych w zlewni z około 5,2 do 16%. Dodatkowo obrębie zlewni opracowywane są nowe mpzp, realizacja ich zapisów może przyczynić się do wzrostu udziału terenów nieprzepuszczalnych do ponad 20%. Wzrost udziału terenów nieprzepuszczalnych w analizowanej zlewni oraz tradycyjne podejście do zagospodarowania wód opadowych, może doprowadzić do dwukrotnego wzrostu przepływów wezbraniowych i zwiększenie ryzyka występowania lokalnych podtopień i powodzi.

EN

The paper presents the possibility of application of the hydrological model HEC-HMS in the development of a strategic environmental assessment of local spatial development plans on surface water. The practical possibility of using simulation models of catchment response to high intensity precipitation is shown on the example of the Różany Potok watercourse catchment which is subject to rapid urbanization process. The area of Różany Potok catchment is 8.1 km2 and a stream length is 5.57 km. In the years 1992–2012 there was a significant increase in impervious areas in the catchment of about 5.2 to 16%. In addition, new local spatial development plans are prepared within the catchment area. The implementation of their records may contribute to the increase in the proportion of impervious areas to over 20%. The increase in the share of impervious areas in the catchment area and traditional approach of precipitation water management can lead to doubling flood flows and increase the risk of local flooding.

7

Ocena zdolności retencyjnej kolektora kanalizacyjnego

Skotnicki M., Sowiński M.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2014

|

z. 61, nr 3/I

265--283

PL

W artykule poruszono temat redukcji szczytowego odpływu oraz opóźnienia czasu jego wystąpienia w wyniku spiętrzenia wód opadowych w kolektorze kanalizacyjnym. Zagadnienie było rozpatrywane na przykładzie istniejącego kanału o średnicy 1,0 m, długości 968 m i spadku 1,6o/oo. Model opad-odpływ wykonany w programie SWMM5 został wykorzystany do generacji odpływu wywołanego deszczem symulowanym przez blokowe hietogramy o różnej intensywności opadu. Piętrzenie przepływu w kolektorze było modelowane za pomocą przewężenia poniżej analizowanego odcinka. Stwierdzono, że w rozważanym przypadku zdolności retencyjne kolektora zależą niemal wyłącznie od objętości fali odpływu. W zależności od średnicy przewężenia istnieje możliwość redukcji odpływu szczytowego przy piętrzeniu nie powodującym wypływu ścieków na powierzchnię terenu, dla objętości fali spływu wód opadowych do 8 razy większej od użytecznej pojemności kanału.

EN

The paper deals with a problem of peak flow reduction and a delay of its appearance time by detention of runoff in a sewer main. The problem has been investigated for an existing sewer main characterized by the following parameters: the diameter 1.0 m, the length 968 m and the slope 0.16 %. A rainfall-runoff model implemented in the computer program SWMM5 has been used for simulation of runoff from the sewer catchment which had been generated by block rainfalls of different intensity. The runoff detention in the sewer has been realized by reduction of its diameter downstream the modeled reach. It has been found, that in the presented case study retention ability of a sewer depends mainly on a volume of outflow wave. Depending on a diameter of reduced section of a sewer the possibility of peak flow reduction without an outflow on the ground surface for a volume of runoff wave exceeding up to 8 times free capacity of sewer exist.

8

On the choice of calibration periods and objective functions: a practical guide to model parameter identification

Romanowicz R., Osuch M., Grabowiecka M.

Acta Geophysica

|

2013

|

Vol. 61, no. 6

1477--1503

EN

Despite the development of new measuring techniques, monitoring systems and advances in computer technology, rainfall-flow modelling is still a challenge. The reasons are multiple and fairly well known. They include the distributed, heterogeneous nature of the environmental variables affecting flow from the catchment. These are precipitation, evapotranspiration and in some seasons and catchments in Poland, snow melt also. This paper presents a review of work done on the calibration and validation of rainfall-runoff modelling, with a focus on the conceptual HBV model. We give a synthesis of the problems and propose a practical guide to the calibration and validation of rainfall-runoff models.

9

Modelowanie przepływów w rzece Kaczawa w perspektywie lat 2030 i 2050 (półrocze letnie)

Kuchar L., Iwański S., Jelonek L., Szalińska W.

Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie

|

2012

|

T. 12, z. 2

143-157

PL

W pracy zaprezentowano wpływ potencjalnych zmian klimatu na odpływ w zlewni Kaczawy w perspektywie lat 2030 i 2050 dla półrocza letniego. Odpływ dla badanych okresów obliczono z wykorzystaniem modelu opad-odpływ NAM. Dane meteorologiczne wymagane przez model NAM zostały wygenerowane za pomocą modelu SWGEN, którego kalibrację przeprowadzono na podstawie dobowych danych z lat 1981-2000, obejmujących obserwacje maksymalnej, minimalnej, średniej temperatury powietrza, wartości opadu atmosferycznego i usłonecznienia. Wartości promieniowania całkowitego oszacowano za pomocą wzoru Blacka. Brakujące charakterystyki zbiorcze zostały interpolowane na podstawie istniejących danych. Symulacje przeprowadzono dla aktualnych warunków klimatycznych oraz trzech wybranych scenariuszy: GISS, CCCM oraz GFDL. Wartości parowania potencjalnego oszacowano, wykorzystując zmodyfikowany wzór Turca. Zmiany odpływu zobrazowano rozkładami prawdopodobieństwa i charakterystykami opisowymi. Symulacje umożliwiły określenie potencjalnych zmian średniego dobowego odpływu Kaczawy na wodowskazie Piątnica. Na podstawie przeprowadzonych symulacji stwierdzono wzrost prawdopodobieństwa wstąpienia przepływów ekstremalnych.

EN

The paper presents an effect of potential climate changes on water runoff from the Kaczawa River catchment in summer halves of the years 2030 and 2050. The runoffs for the studied periods were calculated using the rainfall-runoff model NAM. Meteorological data required by the NAM model were generated by the model SWGEN calibrated on daily data from the years 1981-2000. Data included observations of the maximum, minimum and average air temperature, precipitation and sunshine. The values of global radiation were estimated using the Black's formula. Missing characteristics were interpolated from the existing data. Simulations were performed for current climatic conditions and for the three selected scenarios: GISS, CCCM and GFDL. The values of potential evaporation were estimated using the modified Turc's formula. Changes in the outflow were illustrated by probability distribution functions and descriptive characteristics. Simulations enabled identification of potential changes in mean daily discharge at the gauge Piątnica. Based on simulations, an increase in the probability of extreme runoffs is expected.

10

Redukcja fali wezbraniowej Potoku Służewieckiego za pomocą małych zbiorników

Pietrak M., Banasik K.

Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska

|

2009

|

Vol. 18, No. 4

22--34

PL

W artykule podjęty został problem redukcji fali wezbraniowej przez system zbiorników, zlokalizowanych w zlewni zurbanizowanej Potoku Służewieckiego: Stawy Berensewicza, Staw Wyścigi i Staw Służewiecki. Jako rozwiązanie procesu transformacji fali przez zbiornik przyjęto zmodyfikowaną metodę Pulsa. Do obliczeń przyjęto hydrogram wezbrania, będący reakcją zlewni na opad o prawdopodobieństwie przewyższenia p=10% i czasie trwania 2h, który wystąpił w całej analizowanej zlewni. Hydrogram dopływu do Stawów Berensewicza został obliczony z pomiarów opad-odpływ. Wartości uzyskanych wyników w postaci ilościowych miar redukcji, wykazały iż zbiorniki te stanowią niewystarczające zabezpieczenie przed powodzią. Jedyne znaczenie w redukcji kulminacji wezbrania posiadają Stawy Berensewicza. W celu poprawy efektywności pracy układu zbiorników, zaproponowano rozwiązanie urządzenia upustowego przy Stawie Służewieckim. Jego działanie, jak potwierdziły wyniki, jest korzystne zwłaszcza przypadku wystąpienia dużych wezbrań.

EN

The essencial problem of this article is reduction of flood hydrograph by the system of ponds, located in urban catchment of Służew Creek: Berensewicz Ponds, Wyścigi Pond and Służewiecki Pond. The estimations of transformation of the flood hydrographs by reservoir was made with the use of the Puls method. Flood flow hydrograph, generated by rain events of probability of 10% and duration 2 hours in part of the catchment and then in the whole catchment, has been taken into account. The infl ow to the Berensewicz Pond has been calculated from measurement infl ow-outflow. The results of computation have shown that the reduction rates of flood hydrographs by the reservoires are insuffi cient for flood protection. Only Berensewicz Pond has significant importance on reduction of the flood flow hydrograph. To improve the efficiency of work system, it is sugessted to consider a designe of hydraulic structure with bottom outflet and overflow at Służewiecki Pond. Proposed solution would be useful, especialy for big flow hydrographs, what has been confirmed by results of computation.

11

Weryfikacja metody wyznaczania szerokości hydraulicznej zlewni cząstkowych na przykładzie wybranej zlewni miejskiej

Skotnicki M., Sowiński M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

2009

|

z. 57

27-43

PL

W publikacji zaprezentowano analizę wpływu metody określania szerokości hydraulicznej zlewni cząstkowej na wyniki obliczeń odpływu wód deszczowych ze zlewni miejskiej. Bazując na przeglądzie literatury wybrano dwa warianty wyznaczania szerokości hydraulicznej. W pierwszym szerokość ustalano na podstawie geometrycznych wymiarów zlewni. W wariancie drugim szerokość zlewni wyznaczano wykorzystując założoną, stałą długość drogi spływu ze szczelnej części danej zlewni cząstkowej. Długość drogi spływu określano jako wielokrotność odległości odpowiadającej rozstawowi wpustów ulicznych i dachowych. Analizę przeprowadzono na przykładzie rzeczywistej zlewni miejskiej. Obliczenia odpływu wykonano za pomocą modelu komputerowego zlewni opracowanego w programie SWMM5, dla wybranych opadów zarejestrowanych w latach 2007 oraz 2008. Oceny wariantów obliczeń szerokości hydraulicznej dokonano porównując obliczone i zarejestrowane hydrogramy odpływu. Dla obu wariantów przebieg czasowy hydrogramów obliczonych jest zgodny z pomiarami. Wariant pierwszy pozwala na odwzorowanie maksymalnych wartości odpływu z dokładnością š15%. Taką samą dokładność w wariancie drugim uzyskano dla długości spływu w przedziale od 50 do 75 m.

EN

In the framework of analysis presented in the paper an influence of hydraulic width of subcatchment on runoff from urban catchment was investigated. Based on literature review two approaches of hydraulic width evaluation were compared. In the first one a hydraulic width was computed as a function of geometric dimensions of each subcatchment. In the second approach a hydraulic width of a subcatchment was evaluated based on assumed constant (for all subcatchments) length of runoff path from impervious part of its surface. A runoff path length was determined as multiplication of a distance between inlets to sewers. This analysis was performed for real urban catchment which is used for research purpose from several years by our Institute. A rainfall-runoff model based on SWMM5 package was applied for computation of runoff from this catchment. Simulations were performed for historical rainfalls from the period 2007 - 2008. An assessment of approaches of hydraulic width evaluation was based on comparison of computed and measured runoff hygrograms. For both approaches a temporal pattern of computed hygrograms agrees with the pattern of measured hygrograms. The first approach allows for computation of maximal values of runoff with an accuracy of approx. 15 %. The same accuracy was obtained in the second approach for the length of runoff path in the interval 50 -15 m.

12

Artificial neural networks as an alternative to the Volterra series in rainfall-runoff modelling

Napiórkowski J.J., Piotrowski A.

Acta Geophysica Polonica

|

2005

|

Vol. 53, nr 4

459-472

EN

Methods of description of the non-linear effects in dynamic rainfall-runoff systems have been surveyed. Particular reference is given to such non-linear methods which do not require detailed topographical survey and determination of rough-ness parameters. To describe rainfall-runoff relation, alternative approaches to non-linear partial differential equations of mass and energy transfer have been discussed, namely conceptual and black-box models. In more details, application of Volterra net, Multi-Layer Perceptron Artificial Neural Network and Radial Basis Function Network is tackled. Illustrative numerical examples of rainfall-runoff simulation and river flow forecast are presented.