Zastosowanie wybranych modeli hydrologicznych do określania wielkości spływu powierzchniowego

• Autorzy: Zydron T. , Walega A. , Bochenek W.

Warianty tytułu

EN

Application of selected hydrological models for the calculation of overland flow

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki obliczeń wielkości spływu powierzchniowego z wykorzystaniem jednowymiarowych modeli infiltracji Green-Ampta, Diskina-Nazimowa oraz metodą NRCS-CN. W celu weryfikacji poprawności zastosowanych metod obliczeniowych wyniki obliczeń porównano z pomiarami spływu powierzchniowego z dwóch zdarzeń opadowych zarejestrowanych na jednym z poletek doświadczalnych Stacji Naukowo--Badawczej Instytutu Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania Polskiej Akademii Nauk w Szymbarku k. Gorlic (Beskid Niski). Wyniki obliczeń wykazały, że model Green-Ampta dał najbardziej zbliżone wyniki obliczeń do danych pomiarowych. Nieco gorsze wyniki obliczeń uzyskano z modelu Diskina-Nazimowa, przy czym model ten dał wyniki porównywalne do danych pomiarowych w przypadku drugiego zdarzenia opadowego charakteryzującego się znaczną intensywnością, a zaniżał wyraźnie wielkość spływu w przypadku pierwszego zdarzenia opadowego. Natomiast wyniki obliczeń otrzymane z modelu NRCS-CN wykazały znaczną rozbieżność w stosunku do wyników pomiarów, co wskazuje, że model ten wymaga kalibracji uwzględniającej warunki klimatyczne naszego kraju.

EN

Results of overland flow (rainfall excess) obtained using one-dimensional infiltration models (Green-Ampt, Diskin-Nazimow and NRCS-CN models) are presented in the paper.The calculation results obtained for two rainfall scenarios were compared with overland flow measured in experimental plot of Research Station of Institute of Geography and Spatial Organization of Polish Academy of Science in Szymbark (Beskid Niski Mts.). The comparison of simulated and measured values of overland flow revealed that the best results were obtained using Green-Ampt model. Insignificantly worse simulation results were calculated by Diskin- Nazimow model. Overland flow value obtained by the model for the second rainfall scenario was similar to measurement, and simulation result in case of the first rainfall scenario was significantly smaller than measurement result. In turn, overland flow results obtained using NRCS-CN model gave significant differences in comparison to measurements. It indicates that the model needs calibration procedure which will consider Polish climate condition.

Słowa kluczowe

PL

splyw powierzchniowy; obliczenia; modele hydrologiczne; model Green-Ampta; model Diskina-Nazimowa; metoda NRCS-CN

EN

surface flow; computation; hydrological model; Green-Ampt model; Diskin-Nazimow model; NRCS-CN model

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2014
• Tom: 13
• Numer: 2
• Opis fizyczny: s.81-93,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Zydron T.

• Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, al.Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków

autor

Walega A.

• Katedra Inżynierii Sanitarnej i Gospodarki Wodnej, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Kraków

autor

Bochenek W.

• Instytut Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania im.S.Leszczyńskiego, Polska Akademia Nauk, Zakład Badań Geośrodowiska w Krakowie, Stacja Badawcza w Szymbarku

Bibliografia

• Banasik K., Woodward D.E., 2010. Empirical determination of runoff Curve Numberfor a small agriculture watershed in Poland. 2nd Point Federal Interagency Conference, Las Vegas June 27-July 1,2010.
• Chen L., Young M.H., 2006. Green-Ampt infiltration model for sloping surfaces. Water Resour. Res. 42, W07420.
• Cho S.E., Lee S.R., 2002. Evaluation of surficial stability for homogeneous slopes considering rain fall characteristics. J. Geotechn. Geoenviron. Engineer. 128, 9, 756-763.
• Cho S.E., 2009. Infiltration analysis to evaluate the surficial stability of two-layered slopes considering rainfall characteristics. Engineer. Geol. 105, 32-43.
• Chow V.T., Maidment D.R., Mays L.W.,1988. Applied hydrology. McGraw-Hill New York.
• Chu S.T., 1978. Infiltration during an unsteady rain. Water Resour. Res. 14, 3,461-466.
• Chu X., Marino M.A., 2005. Determination of ponding condition and infiltration into layered soils under unsteady rainfall. J. Hydrol. 313, 195-207.
• de Paola F., Ranucci A., Feo A., 2013. Antecedent moisture condition (AMS) frequency assessment: a case Study in southern Italy. Irrigat. Drainage 62 (Suppl. 2), 61-71.
• Diskin M.H., Nazimow N., 1995. Linear reservoir with feedback inlet as a model for infiltration process. J. Hydrol. 172, 313-330.
• Green W.H., Ampt G.A., 1911. Studies of soils physics I. The flow of air and water through soils. J. Agric. Sci. 4,1-24.
• Florek J., Strużyński A., Mucha J., 2007. Hydrodynamic effects of flood wave travel along Targaniczanka stream. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 6(4), 37-48.
• Fourie A.B., Rowe D., Blight G.E., 1999. The effect of infiltration on the stability of the slopes of a dry ash dump. Geotechnique 49, 1, 1-13.
• Fuchu D., Lee C.F., Sijing W., 1998. Analysis of rainstorm-induced slide-debris flows on natural terrain of Lantau Island, Hong Kong. Engineer. Geol. 51, 279-290.
• Holton H.N., 1961. A concept for infiltration estimates in watershed engineering. U.S. Dept. Agr., Agr. Res. Serv.,ARS41-51.
• Horton RE., 1933. The role of infiltration in the hydrologie cycle. Transactions, American Geophysical Union 14: 446-460.
• Horton RE., 1939. Analysis of runoff-plat experiments with varying infiltration capacity. Transactions, American Geophysical Union 20, 693-711.
• Horton RE. 1940. An approach towards physical interpretation of infiltration capacity. Proc. of the Soil Science Society of America 5, 399-417.
• Hydrology handbook. Second Edition. 1996. American Society of Civil Engineers, ASCE Manuals and Reports on Engineering Practice, 28, 784.
• Ignar S. 1988. Metoda SCS i jej zastosowanie do wyznaczania opadu efektywnego. Przeg. Geofiz. 4,451-455.
• Kostiakov A.N., 1932. On Dynamics of the coefficint of water-percolation in soils and on necessity of styduing it from a dynamic point of view for purposes of amelioration. Transactions of 6th Congress of lnternational Soil Science Society, Moscow, Part Q, 17-21.
• Krzanowski S., Miler A.T., Wałęga A., 2013. Wpływ warunków wilgotnościowych na estymację wartości parametru CN w zlewni górskiej. Infrastr. Ekol. Teren. Wiejs. 3/4, 105-117
• Liu J., Zhang J., Feng J., 2008 Green-Ampt model for layered soils with nonuniform initial water content under unsteady infiltration. Soil Sei. Soc. Am. J. 72,1041-1047.
• Maidment D.R., 1993. Handbook of Hydrology. McGraw-Hill NewYork.
• Mein R.G., Larson C.L., 1973. Modeling infiltration during a steady rain. Water Resour. Res. 9, 2, 384-394.
• Miler A.T., 2012. Wpływ zmian użytkowania terenu na odpływy wezbraniowe z obszarów o znacznym zalesieniu Roztocza Środkowego. Infrastr. Ekol. Teren. Wiejs. 2/1, 173-182.
• Morel-Seytoux H.J., Khanji J., 1974. Derivation of an equation of infiltration. Water Resour. Res. 10,4, 795-800.
• National Engineering Handbook SCS 1972. Soil Conservation Service, Section 4, U.S. Department of Agriculture Washington D.C.
• Philip J.R., 1957. The theory of infitration. 1. The infiltration equation and its solution. Soil Science, 83, 345-357.
• PN-EN ISO 14688-2, 2006. Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikacja gruntów. Część 2: Zasady klasyfikowania. PKN Warszawa.
• Pradel D., Raad G., 1993. Effect of permeability on surficial stability of homogeneous slopes. J. Geotech. Engineer. 119, 2, 315-332.
• Scherrer S., NaefF., Faeh A.O., Cordery I., 2007. Formation of runoffat the hillslope scale during intense precipitation. Hydrol. Earth System Sci. 11, 907-922.
• Smith R.E., Parlange J.-Y., 1978. A parameter-efficient hydrologie infiltration model. Water Resour. Res. 14, 3, 533-538.
• Ponce, V.M., 1989. Engineering Hydrology: Principles and Practices. Prentice Hall Upper Saddle River (NJ).
• Voullieme D.C., Garcia-Navarro P., Murillo J., 2012. Influence of mesh structure on 2D full shal­low water equations and SCS Curve Number simulation of rainfall/runoff events. J. Hydrol. 448-449, 39-59
• Ven Te Chow, Maidment D.K., Mays LW. ,1988. Applied of Hydrology. McGraw-Hill New York.Wałęga A., Grzebinoga M., Paluszkiewicz В., 2011. On using the Snyder and Clark unit hydrograph for calculations of flood waves in a highland catchment (the Grabinka river example). Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 10(2) 2011, 47-56.
• Wałęga A., Edyta Drożdżal E., Piórecki M. , Radoń R., 2012. Wybrane problemy związane z modelowaniem odpływu ze zlewni niekontrolowanych w aspekcie projektowania stref zagrożenia powodziowego. Acta Sei. Pol., Formatio Circumiectus 11(3), 57-68.
• Wałęga A., Cupak A., 2012. Zastosowanie geomorfoklimatycznego chwilowego hydrogramu jednostkowego Clarka do symulacji wezbrań opadowych. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 1(3), 69-78.
• Zydroń Т., Demczuk P., 2013. Analiza ruchów masowych wywołanych ulewnym opadem na przykładzie osuwisk w Owczarach koło Gorlic. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 12(4), 107-118.