Wpływ parametrów fizyczno - geograficznych zlewni i charakterystyk opadu na czas koncentracji odpływu

Celem artykułu jest ocena wpływu parametrów fizyczno – geograficznych zlewni i charakterystyk opadów na czas koncentracji odpływu ze zlewni o różnym użytkowaniu. Analizy przeprowadzono dla zlewni rzeki Sidzinki i potoku Łęgówka, położonych na terenie miasta Krakowa oraz potoku Rozrywka (Sudół Dominikański), którego zlewnia leży na obszarze gminy Zielonki i gminy Kraków. W zlewni rzeki Sidzinki dominuje użytkowanie w postaci gruntów ornych, w zlewni potoku Łegówka i Sudoł Dominikański – tereny zabudowane.  Czas koncentracji obliczono metodami: a) segmentowymi: Kerby-Kirpich, NRCS, wg procedury TR55, Kerby-NRCS i b) metodami „lag”: Haktanir-Sezen, Simas-Hawking i NRCS-Lag. Podstawą przeprowadzonych obliczeń były pomiary terenowe geometrii koryt cieków, mapy topograficzne i ortofotomapy oraz natężenie opadów o różnym czasie trwania i prawdopodobieństwie przewyższenia wg, które zostały obliczone ze wzoru Bogdanowicz-Stachy. Przeprowadzone obliczenia wykazały, że wartość czasu koncentracji jest charakterystyczna dla danej zlewni i zależna od zastosowanej metody obliczeniowej. Największe wartości czasu koncentracji otrzymano dla metod Kerby – Kirpich’a i NRCS Lag, które uwzględniają wyłącznie charakterystykę drogi spływu. Wykazano ponadto, że charakterystyka opadu ma znaczący wpływ na wielkość czasu koncentracji - wzrost prawdopodobieństwa przewyższenia deszczu prowadzi do zmniejszenia jego natężenia, co w efekcie zwiększa wartość czasu  koncentracji. Istotnym czynnikiem wpływającym na wielkość czasu koncentracji jest rozmieszczenie terenów uszczelnionych w zlewni. Wzrastający udział powierzchni uszczelnionej w obszarze źródłowym i środkowym zlewni odpowiada za krótszy czas spływu, a przez to mniejsze przepływy w kulminacji.

Pełny tekst (pdf)

1. Application of Hydrologic Methods in Maryland. State Highway Administration 2005.
2. Barszcz M., Banasik K., Tönsmann F.: Estimation of lag times of rainfall events for three small river basins. Electronic Journal of Polish Agricultural Universities, Environmental Development, 9 (2), 2006.
3. Bogdanowicz E., Stachy J.: Maksymalne opady deszczu w Polsce. Charakterystyki projektowe. Materiały Badawcze, seria: Hydrologia i Oceanologia 23, 1998, IMGW, Warszawa.
4. Bondelid, T. R., McCuen, R. H., Jackson, T. J.: Sensitivity of SCS models to curve number variation. Water Resour. Bull., 20 (2), 1982, s. 337–349.
5. Byczkowski A.: Hydrologia, t. II, Wyd. SGGW Warszawa, 1996.
6. DVWK Niederschlag – Starkegenauswertung nach Wiederkehrzeit und Dauer. Regeln 124, Verlag Paul Parey, 1985,  Hamburg.
7. Fang X., Thompson D. B., Cleveland T. G., Pradhan P., Malla R.: Time of Concentration Estimated Using Watershed Parameters Determined by Automated and Manual Methods. J. of Irrigation and Drainage Engineering 3-4, 2007, s. 202-211.
8. Green J. I., Nelson E. J.: Calculation of time of concentration for hydrologic design and analysis using geographic information system vector objects. J. of Hydroinformatics 04.2, 2002, s. 75-81.
9. Haktanir, T., Sezen, N.: Suitability of two-parameter gamma and three-parameter beta distributions as synthetic unit hydrographs in Anatolia. Hydrol. Sci. J., 35(2), 1990, s. 167–184.
10. Kotowski A., Kazimierczak B., Dancewicz A.: Modelowanie opadów do wymiarowania kanalizacji. Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej, Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, 2010, Warszawa.
11. Maidment D.V.: Handbook of hydrology. McGraw-Hill, 1993.
12. National Engineering Handbook  Hydrology. Part 630. National Resources Conservation Service, 1997.
13. Roussel M. C., Thompson D. B., Fang X., Cleveland T. G., Garcia C. A.:  Time-Parameter Estimation For Applicable Texas Watersheds. Research Report 0-4696-2. 2005, Lamar University.
14. SCS  (Soil Conservation Service). National Engineering Handbook, Section 4, U.S. Department of Agriculture, Washington, D.C., 1972.
15. Shaw E. M., Beven K. J., Chappel N. A., Lamb R.: Hydrology in practice. Fourth Edition. Spon Press, London and New York, 2011.
16. Simas, M. J., Hawkins, R. H.: Lag time characteristics in small watersheds in the United States. Proc., 2nd Federal Interagency Hydrologic Modeling Conf., Las Vegas. 2002.
17. Soczyńska U.: Hydrologia dynamiczna. Red. Wyd. PWN Warszawa, 1997.
18. Urban drainage design manual. Hydraulic Engineering Circular 22, wyd. 2, Amerykański Departament Transportu, 2001.
19. Urban Hydrology for Small Watershed. TR55. 1986. USDA.
20. Weinerowska-Borys K.: Czas koncentracji w uproszczonych obliczeniach odpływu ze zlewni zurbanizowanych. [W:] Hydrologia w inżynierii i gospodarce wodnej. T. 1. Redakcja Beniamin Więzik. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, vol. 68, 2010, Warszawa, s. 367-377.