Predicted small catchment responses to heavy rainfalls with SEGMO and two sets of model parameters

• Autorzy: Krajewski A. , Lee H. , Hejduk L. , Banasik K.

Warianty tytułu

PL

Przewidywane reakcje zlewni rzecznej na wysokie opady przy wykorzystaniu modelu SEGMO z dwoma zbiorami parametrów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study tests the ability of hydrological part of SEGMO (SedimentGraph Model), i.e. lumped parametric rainfall-runoff procedure of SEGMO to simulate design storm runoff in a Korean catchment. The aim of the investigation is to predict responses of small catchment of the Jeungpyeong river, located in central part of South Korea, with the area of 133.6 km2, to 100-year rainfall events, applying SEGMO and using two parallel approaches for model parameter estimation. The first approach is based on catchment characteristics and USDA-SCS procedures, which is suitable for ungauged basins, and the other one is based on rainfall-runoff measurements. The way of estimation of model parameters has been demonstrated. Finally, the model outputs are compared. The difference in largest peak discharges obtained from SEGMO with the two sets of model parameters, i.e. when estimated on the base of catchment characteristics and USDA-SCS procedures, and on the base of rainfall-runoff measurements were relatively small, approaching 37%. This investigation can be seen as checking the uncertainties in model parameter estimation and their influence on flood flows.

PL

Powodzie powodują straty społeczne, środowiskowe oraz ekonomiczne. Ryzyko związane z wystąpieniem powodzi wzrasta wraz z obserwowanymi zmianami klimatu i dotyczy coraz szerszego kręgu mieszkańców globu. W związku z tym, politycy, planiści i projektanci potrzebują informacji o skali zjawiska, które może wystąpić. Informacja ta musi być jednocześnie jak najbardziej wiarygodna. W zlewniach obserwowanych hydrologicznie istnieje możliwość zastosowania metod statystycznych w celu oszacowania przepływów maksymalnych prawdopodobnych. Alternatywą w małych zlewniach, gdzie zwykle brak wieloletnich danych pomiarowych, a które są również bardziej podatne na zmiany wpływające na ich reakcje, jest stosowanie modeli opad – odpływ. W pracy przedstawiono zastosowanie modelu SEGMO do wyznaczenia reakcji rolniczo- leśnej zlewni Jeungpyeong, o powierzchni około 134 km2, położonej w centralnej części Korei Południowej na opad prawdopodobny o p = 1% i różnym czasie trwania. Obliczenia wykonano w dwóch wariantach, określając parametry modelu: (1) na podstawie charakterystyki zlewni (jak dla zlewni nieobserwowanej) oraz (2) na podstawie pomiarów opad–odpływ. Przeprowadzone badania potwierdziły użyteczność modelu do symulacji reakcji zlewni na opady maksymalne, wysoką zgodność parametru CN wyznaczania opadu efektywnego, ustalonego jako wartość tablicową z wartości z danych pomiarowych, oraz dobrą zgodność wyników (maksymalnych przepływów) uzyskanych z zastosowania dwóch ww. sposobów ustalenia parametrów modelu. Wskazano na istotne elementy dalszych badań.

Słowa kluczowe

EN

river catchment; small catchment; rainfall; heavy rainfall; SEGMO model

• Wydawca: -
• Czasopismo: Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Land Reclamation
• Rocznik: 2014
• Tom: 46
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.205-220,fig.,ref.

Twórcy

autor

Krajewski A.

• Department of Water Engineering, Warsaw University of Life Sciences-SGGW, ul.Nowoursynowska 166, 02-787 Warsaw, Poland

autor

Lee H.

• School of Civil Engineering, Chungbuk National University, Ro-410 Heungduk Gu, 361-763 ChungJu, South Korea

autor

Hejduk L.

• Department of Water Engineering, Warsaw University of Life Sciences-SGGW, ul.Nowoursynowska 166, 02-787 Warsaw, Poland

autor

Banasik K.

• Department of Water Engineering, Warsaw University of Life Sciences-SGGW, ul.Nowoursynowska 166, 02-787 Warsaw, Poland

Bibliografia

• ANDERSEN T., SHEPHERD M. 2013: Floods in a Changing Climate. Geography Compass, 7/2, 95-115. ASCE - American Society of Civil Engineers 2009: Curve Number Hydrology: State of the Practice. Eds. Hawkins R.H., Ward T. J., Woodward D.E. and Van Mul-lem J.A. American Society of Civil Engineers.
• BAHAT У., GRODEK T., LEKACH J., MORIN E. 2009: Rainfall-runoff modeling in a small hyper-arid catchment. Journal of Hydrology, 373(1-2), 204-217.
• BANASIK K. 1994: Model sedymentogramu wezbrania opadowego w malej zlewni rolniczej [Sedimentgraph model of rainfall event in small agricultural watershed; in Polish with an English summary]. Theses & Monographs of Warsaw Agricultural University - SGGW, 191.
• BANASIK K. 2011: Catchment responses to heavy rainfall events in a changing environment. In: Prediction and reduction of diffuse pollution, solid emission and extreme flows from rural areas: case study of small agricultural catchments. Wyd. SGGW, Warszawa, 61-74.
• BANASIK K. BYCZKOWSKI A., HEJDUK L. GŁADECKI J. 2012: Obliczanie przepływów maksymalnych rocznych o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia w małej zlewni z zastosowaniem metod statystycznych oraz metod pośrednich [Estimation of probable flood flows in small catchments with the use of direct and indirect method]. Woda - Środowisko - Obszary Wiejskie, 3(39), 17-26. [Engl. Summ.].
• BANASIK K. GÓRSKI D., IGNAR S. 2000: Modelowanie wezbrań opadowych i jakość odpływu z małych nieobserwowanych zlewni rolniczych [Modeling of the runoff hydrographs and water quality from small ungauged agricultural catchments]. Wyd. SGGW, Warszawa.
• BANASIK K. KRAJEWSKI A., SIKORSKA A., HEJDUK L. 2014: Curve Number estimation for a small urban catchment from recorded rainfall-runoff events. Archives of Environmental Protection, 40(3) (accepted for publication).
• BANASIK K. WALLING D. 1996: Predicting sedimentgraphs for a small agricultural catchment. Nordic Hydrology, 27(4), 275-294.
• BANASIK K. WOODWORD D. 2010: Empirical determination of runoff curve number for a small agricultural watershed in Poland. Joint 9th Federal Interagency Sedimentation Conference and 4th Federal Interagency Hydrologic Modelling Conference June.
• BANASIK K. WOODWORD D., HAWKINS R. 2014: Curve Numbers for Two Agro-Forested Watersheds. World Environmental and Water Resources Congress 2014: Water without Borders, 2235-2246. ASCE, Portland, Oregon, June 1-5' 2014.
• CASTELLARIN A., KOHNOVA S., GAAL L. FLEIG A., SALINAS J., TOUMAZIS A., KJELDSEN T., MacDONALD N. 2012: Review of applied-statistical methods for flood-frequency analysis in Europe. Centre for Ecology & Hydrology. United Kingdom.
• EASH D. 1993: Estimating design - flood discharges for streams in Iowa using drainage basin and channel geometry characteristics. U.S. Geological Survey, Water - Resources Investigations Report 93-4062' Iowa City, Iowa.
• HALWATURA D. 2013: Application of the HEC-HMS model for runoff simulation in a tropical catchment. Environmental Modelling & Software, 46, 155-162.
• HAWKINS R. 1973: Improved prediction of storm runoff in determination of curve numbers from data. Journal of Irrigation and Drainage Division. American Society of Civil Engineers, 99(4), 519-523.
• HAWKINS R. 1993: Asymptotic determination of curve numbers from data. Journal of Irrigation and Drainage Division, American Society of Civil Engineers, 119(2), 334-345.
• HAWKINS R., HJEMFELT J.R., ZEVENBERGEN A. 1985: Runoff probability storm depth and curve numbers. Journal of Irrigation and Drainage Division, 111(4), 330-340.
• JOO J., KJELD SEN T., KIM J., LEE H. 2014: A Comparison of Two Event-based Flood Models (ReFH-rainfall Runoff Model and HEC-HMS) at Two Korean Catchments, Bukil and Jeungpyeong. KSCE Journal of Civil Engineering, 18(1), 330-343.
• KARABOVA B., SIKORSKA A., BANASIK K., KOHNOVA S. 2012: Parameters determination of a conceptual rainfall - runoff model for a small catchment in Carpathians. Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Land Reclamation, 44(2), 155-162.
• MOHAN N., VIJAYALAKSHMI D. 2008: Estimation of Nash's IUH parameters using stochastic search algorithms. Hydrological Processes, 22( 17), 3507-3522.
• NASH J. 1957: The form of the instantaneous unit hydrograph. IAHS Press, 59, 202-213.
• OZGA-ZIELIŃSKA M. 1976: Metody opisu i analizy systemów hydrologicznych [Methods of description and analysis of the hydro logical systems]. Prace Naukowe PW, 49.
• PAP - Polish Press Agency 2010: Rząd wyliczył koszty powodzi [Government assessed the flood economic losses]. http://wiadomosci.onet.pl/kraj; Accessed 08.10.2010.
• PAUDEL M., NELSON J., DOWNER C., HOTCHKISS R. 2011: Comparing the capability of distributed and lumped hy-drologic models for analyzing the effects of land use change. Journal of Hydroin-formatics 13.3, 461-473.
• PEKÁROVÁ P., HALMOVÁ D., BAČOVÁ-MITKOVÁ V., MIKLÁNEK P., PEKÁR J., ŠKODA 2013: Historic flood marks and flood frequency analysis of the Danube River at Bratislava, Slovakia. J. Hydrol. Hydromech., 61, 4, 326-333.
• POST D., JAKEMAN A. 1999: Predicting the daily streamflow of ungauged catchments in S.E. Australia by regionalizing the parameters of a lumped conceptual rainfall - runoff model. Ecological Modeling, (123), 91-104.
• RAGHUNATH H. 2006: Instantaneous Unit Hydrograph. In: Hydrology: Principles, Analysis and Design. New Age International, Delhi.
• SIKORSKA A., BANASIK K. 2010: Parameter identification of a conceptual rainfall-runoff model for a small urban catchment. Ann. Warsaw. Univ. of Life Sci. - SGGW. Land Reclamation, 42(2), 279-293.
• SIKORSKA A., SCHEIDEGGER A., BANASIK K., RIECKERMANN J. 2013: Considering rating curve uncertainty in water level predictions. Hydrol. Earth Syst. Sci. 17, 4415-4427.
• STRUPCZEWSKI W., KOCHANEK K., BOGDANOWICZ E. 2014: On return period of the largest historical flood. Journal of Geoscience and Environment Protection, 2, 144-152. doi: 10.4236/ gep.2014.23019.
• VANSTEENKISTE T., TAVAKOLI M., VAN STEENBERGEN, N., De SMEDT F., BATELAAN O., PEREIRA F., WILLEMS P. 2014: Intercomparison of five lumped and distributed models for catchment runoff and extreme flow simulation. Journal of Hydrology, 511, 335-349.
• USDA-SCS (Soil Conservation Service) 1972: National Engineering Handbook. Sec. 4. Hydrology. Washington D.C.
• USDA-SCS (Soil Conservation Service) 1986: Urban hydrology for small watersheds. Tech. Report 55, US Dept. of Ag-ric., Washington D.C.
• USDA-SCS (Soil Conservation Service) 1992: Soil Survey of Barry County. Missouri.
• USGS-U.S. Geological Survey 2014: Floods: Recurrence intervals and 100-yearfloods. USGS science for a changing world. http://water.usgs.gov/edu/100yearflood. html (Accessed 02.05.2014).

Identyfikatory

DOI

10.2478/sggw-2014-0017