Evaluation the impact of catchment’s spatial development on runoff using SPR index

• Autorzy: Szajnar J. , Gadek W.

Warianty tytułu

PL

Ocena wpływu zagospodarowania zlewni na odpływ z wykorzystaniem wskaźnika SPR

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Objective of the work The objective of this publication is to evaluate the impact of forest areas and urbanized areas on process of river runoff over the years, along with an analysis of the development of hydrographs in selected catchments for the upper Vistula (Wisła) region. Material and methods For the purpose of the present analyses, the following data were used: vector data from the Computer Database of the Hydrographic Division Map of Poland (MPHP), 2010 on the scale of 1:50000 obtained from the National Water Management Authority (MPHP, 2019); hydrological data from the database of the Institute of Meteorology and Water Management (PIB), namely daily flow values in 4 water gauge cross-sections located on the Bystra, Wisła, Wieprzówka and Biała rivers for the measurement period 1981–2017 (IMGW PIB, 2019); meteorological data from the database of the Institute of Meteorology and Water Management of the National Research Institute including daily sums of precipitation for the stations: Kamesznica, Wisła – Malinka, Wadowice, Gierałtowice, Straconka, Szczyrk and Mazańcowice for the period 1981–2017 (IMGW PIB, 2019); data on land development and land use in the catchment area, that is, vector data from CLC1990 and CLC2012 databases on the scale of 1:100000 (CLC, 2019). The maximum hydrographs recorded in 1991 and 2010 were subjected to detailed analysis. The recorded discharge hydrographs were transformed into the unified format of the hydrographs proposed by Archer (Archer et al., 2000; Gądek, 2017). Based on the data, the SPR (standard percentage runoff) index was determined and the formula for calculating the SPR index based on the BFI base flow index was evaluated. Results and conclusions The obtained results are presented in the figures and tables. The analyses did not show the impact of forested and impervious surfaces on the runoff from the catchment. The adopted SPR index proved to be ineffective as impact indicator. In addition, determining the value of this index is very difficult and it requires well-functioning hydro-meteorological monitoring system.

PL

Cel pracy Celem publikacji jest ocena wpływu obszarów leśnych oraz zurbanizowanych na przebieg odpływu rzecznego w wieloleciu wraz z analizą przebiegu hydrogramów w wybranych zlewniach dla regionu górnej Wisły. Materiał i metody Dla potrzeb przeprowadzonych analiz wykorzystano: – dane wektorowe z bazy Komputerowej Mapy Podziału Hydrograficznego Polski – MPHP, 2010 w skali 1:50 000 pozyskane z Krajowego Zarządu Gospodarki Wodnej (MPHP 2019); – dane hydrologiczne – baza danych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej PIB (dobowe wartości przepływu) w 4 przekrojach wodowskazowych zlokalizowanych na rzece: Bystrej, Wiśle, Wieprzówce i Białej dla okresu pomiarowego1981–2017 r. (IMGW PIB, 2019); – dane meteorologiczne – baza danych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej PIB obejmujące sumy dobowe opadów dla stacji: Kamesznica, Wisła-Malinka, Wadowice, Gierałtowice, Straconka, Szczyrk i Mazańcowice dla okresu 1981– –2017 r. (IMGW PIB, 2019); – zagospodarowanie i użytkowanie obszaru zlewni – dane wektorowe z baz CLC1990 oraz CLC2012 w skali 1:100 000 (CLC, 2019). Szczegółowej analizie poddano maksymalne hydrogramy zarejestrowane w roku 1991 i 2010. Zarejestrowane hydrogramy przepływu zostały przekształcone do zunifikowanej postaci hydrogramu zaproponowanej przez Archera (Archer et al., 2000; Gądek, 2017). Na podstawie danych został określony wskaźnik odpływu standard percentage runoff SPR oraz przeprowadzono ocenę formuły umożliwiającej obliczenie wskaźnika SPR na podstawie base flow index BFI. Wyniki i wnioski Uzyskane wyniki przedstawiono na rysunkach oraz w tabelkach. Przeprowadzone analizy nie wykazały wpływu powierzchni zalesionych i szczelnych na odpływ ze zlewni. Przyjęty wskaźnik SPR jako identyfikator wpływu okazał się mało skuteczny. Dodatkowo wyznaczenie wartości tego wskaźnika jest bardzo trudne i wymaga dobrze funkcjonującego monitoringu hydrometeorologicznego.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2019
• Tom: 18
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.87-101,fig.,ref.

Twórcy

autor

Szajnar J.

• Faculty of Environmental and Power Engineering, Krakow University of Technology, Warszawska 24, 31-155 Krakow, Poland

autor

Gadek W.

• Faculty of Environmental and Power Engineering, Krakow University of Technology, Warszawska 24, 31-155 Krakow, Poland

Bibliografia

• Archer, D., Foster, M., Faulkner, D. Mawdsley, H. (2000). The synthesis of design flood hydrographs. Proc. Flooding: risks and reactions. CIWEM/ICE Conference, London, 45–57.
• Baziak, B., Gądek, W., Szczepanek, R. (2019). GLEMOK – novel method for catchment moisture determination using high-resolution soil map. Applied Ecology and Environmental Research, 12667–12681, DOI 10.15666/aeer/1706_1266712681
• Bielecka, E., Ciołkosz, A. (2004). Land Cover Structure In Poland and its Changes in the Last Decade of 20 Century. Annals of Geomatics, II, 1, 81–88.
• Bayliss, A. C. (1999). Catchment descriptors. Volume 5 of the Flood Estimation Handbook. Center for Ecology & Hydrology.
• Boorman, D.B., Hollist, J.M., Lilly, A. (1995). Report No. 126 Hydrology of soil types: a hydrologically-based classification of the soils of the United Kingdom. Institute of Hydrology.
• Bossard, M., Feranec, J., Otahel, J. (2000). CORINE Land Cover Technical Guide – Addendum 2000, Technical report No 40, EEA.
• CLC. (2019). http://clc.gios.gov.pl/
• Coutu, G.W., Vega C. (2007). Impacts of land use changes on runoff generation in the east branch of the Brandy Wine Creek watershed using a gis-based hydrologic model, Middle States Geographer, 40, 142–149.
• FREND. (1989). Flow Regimes from Experimental and Network Data. Wallingford, Institute of Hydrology, 1.
• Gądek, W. (2012). Wyznaczanie wezbrań hipotetycznych metodą Politechniki Warszawskiej i metodą Politechniki Krakowskiej w zlewniach kontrolowanych. Cz. I. Opis metod. Czasopismo Techniczne. Z. Ś-2, 95–104.
• Gądek, W., Środula, A. (2014). The evaluation of the design flood hydrographs determined with the Hydroproject method in the gauged catchments. Infrastructure and ecology of rural areas. IV/3, 1355–1366.
• Gądek, W. (2014). Theoretical flood waves for non-gauged catchments (in polish). Hydrologia w inżynierii i gospodarce wodnej T.1. pod redakcją Banasik K., Hajduk L., Kaznowska E. Monografia Komitetu Gospodarki Wodnej PAN. Zeszyt XX. II Krajowy Kongres Hydrologiczny. 139–150.
• Gądek, W. (2015). Typowy hydrogram przepływu do wyznaczania wezbrań hipotetycznych. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. 15, 4(52), 5–18.
• Gądek, W., Tokarczyk, T. (2015). Determining hypothetical floods in the Odra basin by means of the Cracow method and by volume formula. Infrastructure and ecology of rural areas. IV/4, 1507–1519.
• Gądek, W., Baziak, B., Tokarczyk, T. (2017). Nonparametric design hydrograph in the gauged cross sections of the Vistula and Odra basin. Meteorology Hydrology and Water Management. Research and Operational Applications. 5, 1, 53–61.
• Grant, G. E., Lewis, S. L., Swanson, F. J., Cissel, J. H., McDonnell, J. J. (2008) Effects of Forest Practices on Peak Flows and Consequent Channel Response: A State-ofScience Report for Western Oregon and Washington, United States Department of Agriculture, General Technical Report, PNW-GTR-760, http://www.fs.fed.us/pnw/pubs/pnw_gtr760.pdf
• Gudowicz, J., Zwoliński, Z. (2017). Kształtowanie się odpływu rzecznego w dorzeczu Parsęty w świetle modelowania hydrologicznego. Przegląd Geograficzny, 89, 1, 45–66.
• Guillemette, F., Plamondon, A.P., Prevost, M., Levesque, D. (2005). Rainfall generated stormflow response to clearcutting a boreal forest: peak flow comparison with 50 world-wide basin studies. Journal of Hydrology, 302, 137–153.
• IMGW PIB (2019), https://dane.imgw.pl/
• Kondracki, J. (2000). Geografia regionalna Polski. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
• Lambor, J. (1965). Podstawy i zasady gospodarki wodnej. Warszawa: Wydawn. Komunikacji i Łączności.
• Lewiński, S. (2007). Obiektowa klasyfikacja zdjęć satelitarnych jako metoda pozyskiwania Informacji o pokryciu i użytkowaniu ziemi. Instytut Geodezji i Kartografii, Seria monograficzna, 12.
• Mills, P., Nicholson, O., Reed, D. (2014). Flood Studies Update. Technical Research Report. 4. Physical Catchment Descriptors.
• Ministerstwo Środowiska. (2009). Aktualna sytuacja lasów Beskidu Sądeckiego i Żywieckiego na przykładzie nadleśnictw Wisła i Ujsoły.
• MPHP. (2019) https://dane.gov.pl
• Murphy, C, Cunnane, C., Das, S., Mandal, U. (2014). Flood Studies Update. Technical Research Report. Vol. II. Flood Frequency Estimation.
• O’Connor, K., Goswami, M., Faulkner, D. (2014). Flood Studies Update. Technical Research Report. Vol. III. Hydrograph Analysis.
• Osuch, B., Kowalik, P. (1998). Wpływ lasu na stosunki wodne w zlewni. Referaty i materiały pokonferencyjne Międzynarodowej Konferencji Naukowej Las i Woda. Kraków. 14–21.
• Ozga-Zielińska, M., Brzeziński, J. (1997). Hydrologia stosowana. Warszawa: Wydaw. Naukowe PWN.
• Osuch, B., Gądek, W., Homa, A., Cebulska, M., Szczepanek, R. Hebda-Małocha, A. (2009). Methods of estimating the elements of water balance in a forested catchment basin. Journal of Water and Land Development, 13a, 19–40.
• Pieńkos, K., Szujecki, A. (1998). Lasy i leśnictwo w warunkach niepewności. Referaty i materiały pokonferencyjne Międzynarodowej Konferencji Naukowej Las i Woda. Kraków. 22–31.
• Reed, D. (2007). Flood Studies Update Work-Package 5.4.
• Report to OPW. PROPWET for Ireland: A dimensionless index of typical catchment wetness. Wallingford. pp. 30.
• Rozwałka, Z., Wiśniewski, S. (1998). Lasy wodochronne w zagospodarowaniu przestrzennym kraju. Referaty i materiały pokonferencyjne Międzynarodowej Konferencji Naukowej Las i Woda. Kraków. 117–124.
• Sriwongsitanon, N, Taesombat, W. (2011). Effects of land cover on runoff coefficient. Journal of Hydrology, 410, 226–238.
• Więzik, B. (1997). Wpływ zagospodarowania przestrzennego na hydrogram odpływu ze zlewni. Materiały z konferencji naukowo-technicznej. Bielsko-Biała.
• Zevenbergen, C., Cashman, A., Evelpidou, N., Pasche, E., Garvin, S., Ashley, R. (2011). Urban Flood Management. CRC Press London.