Transportation of sediment carried during flood events in a small urban catchment

• Autorzy: Krajewski A. , Gladecki J. , Banasik K.

Warianty tytułu

PL

Transport rumowiska unoszonego w czasie wezbrań opadowych w małej zlewni miejskiej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this study is to present results of investigations into rainfall–runoff–suspended sediment transport process, based on field measurements conducted in small (A = 28.7 km²) urban catchment of Służew Creek, located in Warsaw. Hydrological monitoring was carried out by the Department of Hydraulic Engineering at the WULS-SGGW (Warsaw University of Life Sciences). Between 2014–2017, twelve flood events were recorded, during which rainfall, discharge, turbidity, and suspended sediment concentrations were measured. The correlation between the flows and sediment concentration was analysed and clockwise hysteresis for all events was indicated, meaning that sediment concentrations during the increase of water flows were higher than at the same flow values during the fall of the flood wave. Also first flush effect has been noted, that is, most of the sediment loads was washed-off at the beginning of the flood event; whereas the peak concentration occurred prior to the maximum discharge. Statistically significant correlation between direct runoff and suspended sediment has been established.

PL

Celem pracy było przedstawienie wyników badań nad procesem opad–odpływ–transport rumowiska unoszonego wykonanych w małej (A = 28,7 km²) miejskiej zlewni Potoku Służewieckiego w Warszawie. Monitoring hydrologiczny prowadzony był przez Katedrę Inżynierii Wodnej SGGW. W latach 2014–2017 zarejestrowano 12 zdarzeń, w czasie których mierzono wysokości deszczu, przepływy, mętność oraz pobierano próby batometryczne. W pobranych próbach określano koncentrację unosin. Analiza zależności pomiędzy przepływami i koncentracjami wykazała występowanie zjawiska histerezy prawoskrętnej, oznaczającej, że koncentracje rumowiska w czasie wzrostu przepływów wody były wyższe niż przy tych samych wartościach przepływów w czasie opadania fali wezbraniowej. Zaobserwowano ponadto powstawanie zjawiska pierwszej fali spływu zanieczyszczeń (first flush), objawiającego się gwałtownym wzrostem koncentracji unosin w cieku oraz wystąpieniem ich wartości maksymalnej przed kulminacją hydrogramu wezbrania. Ustalono, statystycznie istotną zależność pomiędzy ilością rumowiska unoszonego a warstwą odpływu bezpośredniego w wezbraniach.

Słowa kluczowe

EN

urban catchment; small catchment; flood event; river sediment; bed load; bed load transport

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2018
• Tom: 17
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.119-127,fig.,ref.

Twórcy

autor

Krajewski A.

• Department of Hydraulic Engineering, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Nowoursynowska 159, 02-776 Warsaw, Poland

autor

Gladecki J.

• Department of Hydraulic Engineering, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Nowoursynowska 159, 02-776 Warsaw, Poland

autor

Banasik K.

• Department of Hydraulic Engineering, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Nowoursynowska 159, 02-776 Warsaw, Poland

Bibliografia

• Bajkowski, S. (2009). Transport zanieczyszczeń przez przepusty drogowe. Nauka, Przyr., Technol., 3 (3), 1–8.
• Banasik, K. (1987). Rainfall-runoff conceptual model for an urban watershed. Proc. XXII Congress of IAHR and FICUD – Urban Drainage Hydraulics and Hydrology, 5, Lausanne, Switzerland, 299–300.
• Banasik, K., Byczkowski, A., Ignar, S. (1988). An influence of the method for effective rain determination on the parameters of Nash model for urbanized watershed. Proc. Int. Symp. Urban Water, 88, Hydrological Processes and Water Management in Urban Areas, IHP/OHP German and Dutch National Committee, Duisburg, Germany, 17–22.
• Banasik, K., Gorski, D., Mitchell, K. (2001). Rainfall erosivity for East and Central Poland. Proc. Int. Symp. Soil Erosion Research for the 21st Century. J. Ascough, D. Flanagan (eds). Honolulu, USA, 279–282.
• Banasik, K., Gorski, D., Popek, Z., Hejduk, L. (2012). Estimating the annual sediment yield of a small agricultural catchment in central Poland. In: Erosion and Sediment Yields in the Changing Environment. A.V.G. Collins, A.X.L. Horowitz, M. Stone, D. Walling, X. Zhang (eds). IAHS Press, 356, 267–275.
• Banasik, K., Hejduk, L., Barszcz, M. (2008). Flood flow consequences of land use changes in a small urban catchment of Warsaw. 11th International Conference on Urban Drainage, CD edition. Edynburg, UK.
• Banasik, K., Krajewski, A., Sikorska, A., Hejduk, L. (2014). Curve number estimation for a small urban catchment from recorded rainfall-runoff events. Arch. Environ. Prot., 40(3), 75–86.
• Bathi, J., Pitt, R., Clark, S. (2012). Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Urban Stream Sediments. Advances in Civil Engineering, DOI: 10.1155/2012/372395.
• Bello, A.-A.D., Hashim, N.B., Haniffah, R.M. (2017). Impact of urbanization on the sediment yield in tropical watershed using temporal land-use changes and a GIS-based model. Journal of Water and Land Development, 34, 33–45.
• Broeckx, J., Vanmaercke, M., Bălteanu, D., Chendeş, V., Sima, M., Enciu, P., Poesen, J. (2016). Linking landslide susceptibility to sediment yield at regional scale: Application to Romania. Geomorphology, 268, 222–232.
• Brzezińska, A., Zawilski, M., Bandzierz, D., Sakson, G. (2014). Wielkość emisji zanieczyszczeń z przelewów burzowych kanalizacji ogólnospławnej na przykładzie Łodzi. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, 31, 61, 7–21.
• Chae, Y., Hamidi, A. (1997). Groundwater and Surface Water Pollution, Nonpoint Source Pollution. [In:] Environmental Engineers’ Handbook, 2nd ed. D. Liu, B. Lipták (eds). Boca Raton: CRC Press, 1115–1118.
• Ciupa, T. (2009). Wpływ zagospodarowania terenu na odpływ i transport fluwialny w małych zlewniach na przykładzie Sufragańca i Silnicy. Kielce: Wydawnictwo UJK.
• Dębski, K. (1955). Hydrologia kontynentalna. Hydrometria. Warszawa: Wydawnictwo Komunikacyjne.
• Falkowski, T., Złotoszewska-Niedziałek, H. (2005). Zarys geologii. Warszawa: Wydawnictwo SGGW.
• Gradowski, Ł., Banasik, K. (2008). Wpływ zbiornika Staw Berensewicza na redukcję fali wezbraniowej Potoku Służewieckiego. Przegl. Nauk. Inż. Kształt. Środ., 17, 1(39), 13–25.
• Guy, H., (1970). Sediment problems in urban areas. Geological Survey Circular Report, 601-E. Washington: United States Department of the Interior.
• Hejduk, L. (2008). Zastosowanie metody ADCP do pomiarów przepływu w małej rzece. Przegl. Nauk. Inż. Kształt. Środ., 17(39), 73–79.
• Hejduk, L. (2011). Relacje między wybranymi formami fosforu a rumowiskiem unoszonym w rzece Zagożdżonce. Przegl. Nauk. Inż. Kształt. Środ., 54, 20(4), 311–320.
• Hejduk, A., Banasik, K. (2010). Suspended sediment concentration and yield in snowmelt flood events in a small lowland river. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW. Land Reclamation, 42(1), 61–68.
• Hejduk, L., Hejduk, A., Banasik, K. (2006). Suspended Sediment Transport during Rainfall and Snowmelt-Rainfall Floods in a Small Lowland Catchment, Central Poland. [In:] Soil Erosion and Sediment Redistribution in River Catchments: Measurement, Modelling and Management. P. Owens, A. Collins (eds). Wallingford: CABI, 94–100.
• Herngren, L., Goonetilleke, A., Ayoko, G. (2005). Understanding heavy metal and suspended solids relationships in urban stormwater using simulated rainfall. Journal of Environmental Management, 76(2), 149–158.
• KIW. Katedra Inżynierii Wodnej SGGW (2016). Badania własne Katedry, materiały niepublikowane.
• Kociuba, W., Stępniewska, S. (2002). Rola wezbrań w transporcie rumowiska rzecznego górnego Wieprza. Przegl. Nauk. Inż. Kształt. Środ., 25(2), 102–111.
• Krajewski, A. (2017). Wpływ małego zbiornika wodnego na redukcję ładunku rumowiska unoszonego. Maszynopis rozprawy doktorskiej wykonanej w Szkole Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie.
• Krajewski, A., Sikorska, A., Banasik, K. (2017a). Modeling suspended sediment concentration in the stormwater outflow from a small detention pond. Journal of Environmental Engineering, 10(3). DOI: 10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0001258.
• Krajewski, A., Wasilewicz, M., Banasik, K., Sikorska, A.E. (2017b). Operation of detention pond in urban area – example of Wyścigi Pond in Warsaw. In: Environmental Engineering, V. M. Pawłowska, L. Pawłowski (eds). London: Taylor & Francis Group, CRC Press, DOI: 10.1201/b14894-4, 211–215.
• Majewski, G., Przewoźniczuk, W., Kleniewska, M. (2010). Warunki opadowe na stacji meteorologicznej Ursynów SGGW w latach 1960–2009. Przegl. Nauk. Inż. i Kształt. Środ., 19 (2), 3–22.
• Michalec, B. (2009). Wybrane metody określania intensywności transportu rumowiska unoszonego. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, 8.
• Mitchell, K., Banasik, K., Hirschi, M., Cooke, R., Kalita, P. (2001). There is not always surface runoff and sediment transport. Proc. Int. Symp. Soil Erosion Research for the 21st Century. J. Ascough, D. Flanagan (eds). Honolulu, USA, 575–578.
• Morris, G., Fan, J. (1998). Reservoir Sedimentation Handbook. New York: McGraw-Hill.
• MSIP. Mazowiecki System Informacji Przestrzennej, serwis mapowy (2017). http://msip.wrotamazowsza.pl, 1.03.2017.
• M.st. Warszawa (2012). Studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania przestrzennego m.st. Warszawy. Opracowanie ekofizjograficzne. Wydział Polityki Przestrzennej Biura Architektury i Planowania Przestrzennego, Warszawa.
• NRCS. Natural Resources Conservation Service (2000). Erosion and Sedimentation on Construction Sites. Soil Quality – Urban Technical Note, 1. Soil Quality Institute, Auburn.
• Pasławski, Z. (1973). Metody hydrometrii rzecznej. Warszawa: Wydawnictwo Komunikacji i Łączności.
• Pietrak, M., Banasik, K. (2009). Redukcja fali wezbraniowej Potoku Służewieckiego za pomocą małych zbiorników. Przegl. Nauk. Inż. Kształt. Środ., 3(45), 22–34.
• Rossi, L., Krejci, V., Rauch, W., Kreikenbaum, S., Fankhauser, R., Gujer, W. (2005). Stochastic modeling of total suspended solids (TSS) in urban areas during rain events. Water Res., 39(17), 4188–4196.
• Russell, K., Vietz, G., Fletcher, T. (2017). Global sediment yields from urban and urbanizing watersheds. Earth – Science Reviews, 168, 73–80.
• Sikorska, A.E., Del Giudice, D., Banasik, K., Rieckermann, J. (2015). The value of streamflow data in improving TSS predictions – Bayesian multi-objective calibration. Journal of Hydrology, 530, 241–254.
• Sikorska, A.E., Scheidegger, A., Chiaia-Hernandez, A., Hollender, J., Rieckermann, J. (2012). Tracing of micropollutants sources in urban receiving waters based on sediment fingerprinting. 9th International Conference on Urban Drainage Modelling (UDM). Conference paper, 13, Belgrad, Serbia.
• Trimble, S.W. (1997). Contribution of stream channel erosion to sediment yield from an urbanizing watershed. Science, 278(5342), 1442–1444.
• USGS. The USGS Water Science School (2016). Sediment and Suspended Sediment. https://water.usgs.gov/edu/sediment.html, 2.12.2016.
• Walling, D.E. (2006). Tracing versus monitoring: New challenges and opportunities in erosion and sediment delivery research. In: Soil Erosion and Sediment Redistribution in River Catchments. P.N. Owens, A.J. Collins (eds). Wallingford: CABI, 13–27.
• Williams, G.P. (1989). Sediment concentration versus water discharge during single hydrologic events in rivers. J. Hydrology, 111, 89–106.
• Wolman, M.G. (1967). A cycle of sedimentation and erosion in urban river channels. Geogr. Ann. Ser. A, Phys. Geogr., 49(2–4), 385–395.
• Zawilski, M., Brzezińska, A. (2003). Wpływ przeciążenia biologicznej oczyszczalni ścieków w okresach mokrej pogody na jej sprawność. Ochr. Środ., 25(2), 37–42.

Identyfikatory

DOI

10.15576/ASP.FC/2018.17.3.119