Verification of empirical formulas for calculating annual peak flows with specific return period in the Upper Vistula basin

• Autorzy: Mlynski D. , Walega A. , Petroselli A.

Warianty tytułu

PL

Weryfikacja wybranych wzorów empirycznych do obliczania przepływów maksymalnych rocznych o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia w zlewniach regionu wodnego górnej Wisły

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study evaluated the selected empirical formulas for calculating annual peak flows with specific return period (QT ) in southern Poland. Data used in the calculations in the form of observation series of peak annual flows were derived from the Institute of Meteorology and Water Management in Warsaw and covered a multi-year period of 1986-2015. The data were statistically verified for their homogeneity, significance of monotonic trends, outliers, and equality of variance. Peak flows with set return period were estimated with a statistical method of Pearson Type III distribution and empirical formulas (area regression equation and Punzet formula). The analysis showed significant differences between QT for the investigated catchments derived from the statistical method and empirical formulas. This was evidenced by the values of mean relative errors of quantile estimation that reached 64% for the Punzet formula, and 62% for area regression equation. The obtained results indicated the need to update the empirical formulas used for calculating QT in the Upper Vistula region.

PL

W pracy dokonano weryfikacji wybranych wzorów empirycznych do szacowania kwantyli przepływów maksymalnych rocznych o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia, w zlewniach południowej Polski. Dane do analizy, obejmujące wielolecie 1986-2015, pozyskano z Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej w Warszawie. Dane poddano statystycznej weryfikacji na jednorodność i niezależność, istotność trendu, występowanie elementów odstających oraz równości wariancji. Kwantyle przepływów maksymalnych rocznych o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia oszacowano za pomocą rozkładu Pearsona typu III oraz wzorów empirycznych: Punzeta i obszarowego równania regresji. Weryfikacja formuł empirycznych wykazała znaczne różnice pomiędzy rezultatami uzyskanymi za pomocą analizowanych wzorów oraz metody statystycznej. Świadczą o tym średnie wartości błędów względnych oszacowania kwantyli przepływów maksymalnych rocznych, które dla wzoru Punzeta wynosiły 64% natomiast dla obszarowego równania regresji 62%.

Słowa kluczowe

EN

Vistula River; maximum annual flow; empirical formula; river catchment

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2018
• Tom: 17
• Numer: 2
• Opis fizyczny: p.145-154,fig.,ref.

Twórcy

autor

Mlynski D.

• Department of Sanitary Engineering and Water Management, Faculty of Environmental Engineering and Land Surveying, University of Agriculture in Krakow, Mickiewicza 24/28, 30-059 Krakow, Poland

autor

Walega A.

• Department of Sanitary Engineering and Water Management, Faculty of Environmental Engineering and Land Surveying, University of Agriculture in Krakow, Mickiewicza 24/28, 30-059 Krakow, Poland

autor

Petroselli A.

• Department of Economics and Enterprise, University of Tuscia, Viterbo, Via S.Camillo de Lellis snc, 01100 Viterbo, Italy

Bibliografia

• Amini, M., MirMostafaee, S., Ahmadi, J. (2014). Log-gamma generated families of distribution. Statistics, 48, 1–20.
• Blagojević, B., Mihailović, V., Plavsić, J. (2014). Outlier treatment in the flood flow statistical analysis. J. Facult. Civil Engineer., 25, 603–609.
• Bogdał, A., Ostrowski, K. 2008. Water outflows from small agricultural catchment in Wilamowickie Foorhills. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus, 7, 13-21.
• Cebulska, M., Twardosz, R., Cichocki, J. (2007). Zmiany rocznych sum opadów atmosferycznych w dorzeczu górnej Wisły w latach 1881–2030. [In:] K. Piotrowicz, R. Twardosz (ed.). Wahania klimatu w różnych skalach przestrzennych i czasowych. Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ, Kraków, 383–390.
• Cohn, T.A., England, J.F., Barenbrock, C.E., Mason, R.R., Stedinger, J.R., Lamontagne, J.R. (2013). A generalized Grubbs-Beck test statistic for detecting multiple potentially influential low outliers in flood series. Water Resour. Res., 48, 5047–5058.
• Ebrahimian, M., Nuruddin A., Soom M., Sood A., Neng L. (2012). Runoff estimation in steep slope watershed with standard and slope-adjustment Curve Number Method. Polish J. Environ. Stud., 21, 1191–1202.
• Fan, Y., Huang, W., Huang, G., Li, Y., Huang, K., Li, Z. (2016). Hydrologic risk analysis in the Yangtze River basin through coupling Gaussian mixtures into copulas. Advan. Water Resour., 88, 170-185.
• FLOODFREQ COST Action ES0901. Review of Applied – Statistical methods for flood-frequency analysis in Europe. Center for Ecology and Hydrology, 2013.
• Ghorbani, M.A., Ruskeepaa, H., Singh, V., Sivakumar, B. (2010). Flood frequency analysis using Mathematica. Turkish J. Engineer. & Environm. Sci., 34, 171–178.
• Kanownik, W., Kowalik, T., Bogdał, A., Ostrowski, K. (2013). Quality categories of stream water included in a Small Retention Program. Polish J. Environ. Stud., 22, 159–165.
• Kowalik, T., Wałęga, A. (2015). Estimation of CN parameter for small agricultural watersheds using asymptotic functions. Water, 7, 939–955.
• Levene, H. (1960). Robust tests for equality of variances. [In:] Contributions to Probability and Statistics: Essays in Honor of Harold Hotelling. Eds. I. Olkin, H. Hotteling. Stanford University Press, Redwood City, 278–292.
• Li, T., Guo, S., Chen, L., Guo, J. (2013). Bivariate flood frequency analysis with historical information based on copula. J. Hydrol. Engineer., 18, 1018-1030.
• McCuen, R.H., Levy, B.S. (2000). Evaluation of Peak Discharge Transposition. J. Hydrol. Engineer., 5(3), 278–289.
• Merz B., Blöschl, G. (2005). Flood frequency regionalization-spatial proximity vs. catchment attributes. J. Hydrol., 302, 283–306.
• Młyński, D. (2016). Analiza postaci rozkładów prawdopodobieństwa do obliczania przepływów maksymalnych o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia na przykładzie rzeki górskiej. Episteme, 30, 399–412.
• Punzet, J. (1981). Empiryczny system ocen charakterystycznych przepływów rzek i potoków w karpackiej części Dorzecza Wisły. Wiadomości IMGW, 1–2, 31–39.
• Rutkowska, A., Ptak, M. (2012). On certain stationary tests for hydrological series. Stud. Geotech. Mech., 34, 51–63.
• Serinaldi, F., Grimaldi, S. (2011). Synthetic design hydrographs based on distribution functions with finite support. J. Hydrol. Engineer., 16, 434–446.
• Stachý, J., Fal, B. (1987). Zasady obliczania maksymalnych przepływów prawdopodobnych. Obszarowe równanie regresji. Gospodarka Wodna, 1, 8–13.
• Szuba, K. (2012). Przemiany stosunków wodnych w zlewni i dolinie Dunajca w kontekście poszukiwania środków ograniczenia zagrożenia powodziowego. Czasopismo Techniczne. Środowisko, 2, 237–251.
• Teimouri, M., Gupta, A.K. (2013). On the three-parameter weibull distributionshape parameter estimation. J. Data Sci., 11, 403-414.
• Wałęga, A., Młyński, D., Bogdał, A., Kowalik, T. Analysis of the course and frequency of high water Stages in selected catchments of the upper Vistula basin in the south of Poland. Water, 8, 394–409.
• Węglarczyk, S. (2015). Osiem powodów konieczności rewizji stosowanych w Polsce wzorów na maksymalne roczne przepływy o zadanym prawdopodobieństwie przewyższenia. Gospodarka Wodna, 11, 323–328.
• Vogel, R.M., Wilson, I., Daly, C. (1999). Regional regression models of annual streamflow for the United States. J. Irrigat. Drain. Engineer., 125, 148–157.

Identyfikatory

DOI

10.15576/ASP.FC/2018.17.2.145