Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

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

100%

Tokarczyk T. , Szalinska W. , Tiukalo A. , Jelowicki J. , Chorazyczewski A.

Meteorology Hydrology and Water Management. Research and Operational Applications

|

2016

|

tom 04

|

nr 1

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.

2

Conceptual model for rainfall-runoff computation

100%

Ignar S. , Chormanski J. , Warmerdam P. M. M.

Annals of Warsaw Agricultural University. Land Reclamation

|

2000

|

tom 30

67-76

3

Parameter identification of a conceptual rainfall-runoff model for a small urban catchment

86%

Sikorska A. , Banasik K.

Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Land Reclamation

|

2010

|

tom 42

|

nr 2

EN

As a consequence of city expansion, the conditions of catchments located in urban areas have been permanently changing. This leads to an increase of flood risk in an urban area resulting from overflows of small streams, which are not prepared to receive more water. Moreover, hydrological data from long-time period are usually not available for small streams in an urban area and are limited to the last few years or to the moment after introduced changes within catchment in relation to urbanization. Therefore, it becomes hardly possible to use direct methods of estimating flood flows for small streams, which needs a reach data set. For that reason, mathematical modelling is growing as a basic method of evaluation of flood flows in urban area with limited information of a catchment. The object of this paper is to identify parameters of a conceptual model of rainfall-runoff process within a small ungauged urban catchment and to verify how chosen characteristics of a model depend on chosen rainfall characteristics. The results of modelling of pluvial flooding, conducted in a small urban catchment – Służew Creek catchment (located in Warsaw, Poland), have been presented in the paper. This catchment has been monitored by Department of Water Engineering and Environmental Restoration (Warsaw University of Life Sciences – SGGW) for a few years. Next, the results present a comparison of estimation of instantaneous unit hydrograph (IUH) by the Rao, Delleur and Sarma equations with the one established on recorded data. This empirical method consists of the ratio of urbanized area within catchment as well as in the duration and amount of an effective rainfall during a storm event. Moreover, including ratio of urbanized area allows user to adopt this method in a simple way to new conditions of the catchment, which is important as far as urban areas are considered. Considered IUHs were based on the Nash model, in which catchment is depicted as a cascade of N linear reservoirs with the same retention parameter k. For separation of the effective rainfall from the recorded storm the CN-SCS method was applied. To compare two methods, IUHs were estimated basing on three hydrological years (2007–2009) for a Berensewicz Pond profile and the comparison was made on the base of an IUH characteristic value – Lag time. The results of identification and verification of characteristics values of IUH (Lag and k) for Służew Creek catchment, presented in this paper, have indicated a statistical correlation between lag time and the sum of total and effective precipitation, and between k parameter and the sum of total and effective precipitation as well. Moreover, the analysis has shown that IUH characteristics estimated with the use of Rao, Delleur and Sarma equation has given promising results in comparison with the characteristics of measured IUH. Therefore, this method could be useful to estimate and predict flood flows in ungauged urban catchments in situation of limited information. However, this research needs further investigation and verification.

PL

W wyniku rozbudowy miast warunki w zlewniach miejskich są stale zmieniane. Prowadzi to do wzrostu zagrożenia powodziowego na obszarze miejskim, w wyniku przepełnienia małych strumieni, które nie są przygotowane na przyjęcie większej ilości wody. Co więcej, dane hydrologiczne z długiego okresu czasu nie są zazwyczaj dostępne dla małych strumieni na terenach miejskich, a jeśli występują ograniczają się do kilku ostatnich lat lub do momentu, po wprowadzonych zmianach w zlewni w następstwie urbanizacji. W związku z tym, zastosowanie bezpośrednich metod wyznaczania przepływów wezbraniowych dla małych strumieni staje się prawie niemożliwe. Z tego powodu rośnie znaczenie modelowania matematycznego jako podstawowej metody oceny przepływów wezbraniowych w miastach o ograniczonej informacji o zlewni. Celem niniejszej pracy jest identyfikacja parametrów koncepcyjnego modelu procesu opad-odpływ w małych nieobserwowanych zlewniach miejskich i weryfikacja, jak wybrane charakterystyki modelu zależą od wybranych charakterystyk opadów. Wyniki modelowania prowadzonego w małej zlewni miejskiej – zlewni Potoku Służewieckiego (zlokalizowanego w Warszawie), zostały przedstawione w artykule. Zlewnia ta monitorowana jest przez Zakład Inżynierii Wodnej i Rekultywacji Środowiska (SGGW) od kilku lat. Następnie przedstawiono wyniki porównania charakterystyk chwilowego hydrogramu jednostkowego (IUH) wyznaczonego wg metody Rao, Delleur i Sarma z charakterystykami IUH ustalonego na podstawie obserwowanych danych opad-odpływ. W metodzie Rao i współautorów, charakterystyki modelu uzależnione są od udziału powierzchni zurbanizowanych w zlewni, jak również czasu trwania i ilości opadu efektywnego. Ponadto, udział obszaru zurbanizowanego pozwala użytkownikowi na adaptację tej metody w prosty sposób do nowych warunków zlewni, co jest szczególnie istotne dla obszarów miejskich. Chwilowe hydrogramy jednostkowe wyznaczone zostały wg modelu Nash, w którym zlewnia przedstawiana jest jako kaskady N zbiorników liniowych o tym samym parametrze retencji k. Wydzielenie opadu efektywnego z zaobserwowanego przeprowadzono wg metody CN-SCS. Porównanie dwóch metod wyznaczania charakterystyk hydrogramów IUH zostało przeprowadzone na podstawie trzech lat hydrologicznych (2007–2009) dla profilu Staw Berensewicza, a porównania dokonano na podstawie wartości charakterystycznej IUH (lag – czas opóźnienia). Przeprowadzona analiza wykazała istnienie zależności statystycznej pomiędzy Lag i k a charakterystykami deszczy (wysokością opadu całkowitego i efektywnego). Ponadto, charakterystyki IUH wyznaczone wg równań Rao, Delleur i Sarma dają obiecujące wyniki w porównaniu z charakterystykami wyznaczonymi na podstawie zaobserwowanych danych. Dlatego metoda ta może być przydatna do oceny i przewidywania przepływów powodziowych w małych nieobserwowanych zlewniach miejskich w sytuacji ograniczonej informacji. Zagadnienie to wymaga jednak dalszych badań i weryfikacji.

4

Parameters determination of a conceptual rainfall-runoff model for a small catchment in the Carpathians

72%

Karabova B. , Sikorska A. E. , Banasik K. , Kohnova S.

Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Land Reclamation

|

2012

|

tom 44

|

nr 2

EN

One of the most important tasks in hydrology is to simulate and forecast hydrologic processes and variables. To achieve this, various linear and nonlinear hydrologic models were developed. One of the most commonly applied rainfall-runoff models is the Nash’s model of the Instantaneous Unit Hydrograph (IUH) (Nash, 1957) used jointly with the CN-NRCS method. Within this paper, the Nash’s model was applied to a small forested basin (Vištucký Creek, Slovakia) to reconstruct rainfall-runoff events based on the recorded precipitation. The Vištucký Creek catchment, located in the Little Carpathians, is a part of the flood protection management of regional sites in the Little Carpathians. Therefore, the object of this paper is, first, to determine the parameters of a conceptual rainfall-runoff model for the Vištucký creek catchment, second, to analyse how the selected characteristics of the model depend on the rainfall characteristics, and third, to compare obtained results with a similar study of Sikorska and Banasik (2010). The computer programme developed at the Dept. of Water Engineering (WULS-SGGW) was used to obtain the rainfall–runoff characteristics based on the Nash´s model. The derived characteristics were parameters of the Nash’s model (N, k, lag time) and rainfall-runoff characteristics (sum of total and effective precipitation, rainfall duration, runoff coefficient, time to IUH peak, value of IUH peak, goodness of fit). A relatively small effective precipitation from the rainfall events was derived. For the purpose of the analysis, a correlation between the lag time (and k parameter) and the sum of the total and effective precipitation was used. The use of the conceptual rainfall-runoff model (Nash´s model) for the small catchment in Carpathians was proved to give satisfactory results. The rainfall characteristics derived in this study are comparable to the results obtained by Spál et. al (2011), who used the same catchment in their analysis. Interestingly, our analysis indicated that there is a correlation between the rainfall duration and the lag time, what is opposite to the compared results of Sikorska and Banasik (2010).

PL

Jednym z ważniejszych zagadnień w hydrologii jest matematyczne symulowanie i prognozowanie procesów hydrologicznych, które musi być poprzedzone wyznaczeniem parametrów stosowanych modeli. Do matematycznego opisu procesów opad-odpływ w małych zlewniach opracowano szereg modeli liniowych i nieliniowych o różnym stopniu złożoności. Jednym z częściej stosowanych jest model liniowy, w którym opad efektywny wyznaczany jest wg metody CN (Curve Number), stosowanej w Służbie Ochrony Zasobów Naturalnych (Natural Rsources Conservation Service) Departamentu Rolnictwa USA, a do transformacji opadu efektywnego w odpływ bezpośredni wykorzystywany jest chwilowy hydrogram jednostkowy (IUH) wg Nasha. Model ten zastosowano do odtworzenia zdarzeń opad-odpływ w małej leśnej zlewni górskiej Vištucký Potok w Małych Karpatach w zachodniej Słowacji. Celem przeprowadzonych badań było, po pierwsze - wyznaczenie parametrów zastosowanego modelu, na podstawie dziewięciu zarejestrowanych zdarzeń opad-odpływ w okresie 2005-2010, po drugie - zanalizowanie zależności parametrów modelu od charakterystyk deszczu, i po trzecie - porównanie wartości charakterystyk zdarzeń opad-odpływ i parametrów modelu z wynikami podobnego opracowania podobnego opracowania wykonanego dla zurbanizowanej zlewni Potoku Służewieckiego w Warszawie (Sikorska i Banasik 2010). Do wyznaczenia charakterystyk na podstawie zarejestrowanych zdarzeń opad-odpływ, parametrów modelu oraz do wyznaczenia hydrogramu "regenerowanego" i określenia parametrów jego zgodności z hydrogramem obserwowanym, wykorzystano program komputerowy SN opracowany w Katedrze Inżynierii Wodnej SGGW. Uzyskano zbieżność wyników w odniesieniu do parametru CN (wartości średniej z analizowanych zdarzeń z wartością tablicową - ustaloną we wcześniejszych badaniach na podstawie rodzaju gleb i użytkowania terenu badanej zlewni) oraz stosunkowo małą zmienność czasu opóźnienia - Lag (iloczyny parametrów modelu Nasha: N i k). Stosunkowa mała wartość parametru CN i współczynnika odpływu wynika z leśnego użytkowania zlewni. Uzyskano bardzo słabe zależności pomiędzy parametrami modelu i charakterystykami opadu. Porównanie wyników analizy zdarzeń opadowych w obydwu zlewniach potwierdza znacznie zróżnicowanie parametru CN oraz wskazuje na małe różnice w czasie opóźnienia, determinowanego użytkowaniem, topografią i wielkością powierzchni zlewni.