Get 20M+ Full-Text Papers For Less Than $1.50/day. Start a 14-Day Trial for You or Your Team.

Learn More →

Hydrological parameters of flood waters caused by intense short duration rainfall in Poland

Hydrological parameters of flood waters caused by intense short duration rainfall in Poland DOI: 10.2478/v10066-010-0019-z Tomasz Bryndal Ryc. 1. Hydrogram obrazuj¹cy przebieg wezbrania wywo³anego przez pojedynczy krótkotrwa³y intensywny opad deszczu ­ A, wywo³any przez opad nawalny poprzedzony deszczami rozlewnymi ­ B. I ­ fala wezbraniowa wywo³ana przez opad nawalny, II ­ fala wezbraniowa wywo³ana przez opad rozlewny, III ­ odp³yw bazowy The flood wave hydrogram generated as a result of intense short duration rainfall event ­ A, intense short duration rainfall event preceded by long-lasting rainfall. I ­ flood wave generated by heavy rainstorm, II - flood wave generated by long lasting rainfall, III ­ base outflow pochodz¹ce z lokalnych ulew (Starkel 1999). Wezbrania takie obejmuj¹ zlewnie o powierzchni kilkudziesiêciu km2 i trwaj¹ od kilkunastu do kilkudziesiêciu godzin (ryc. 1B). Mo¿na do nich zaliczyæ np. wezbranie Uszwicy i £ososiny 9 lipca 1997 roku (Gorczyca 2004), Kamienicy Nawojowskiej, £ubianki i £êgowianki w lipcu 2001 roku (Lach, Lewik 2002), Wilczki w lipcu w latach 1997 i 1998 (¯urawek 1999) lub Kalniczki i Hoczewki w lipcu 2005 roku (obserwacje w³asne). Przy projektowaniu zabudowy hydrotechnicznej wymagana jest znajomooeæ warunków hydrologiczno-meteorologicznych w danym terenie (Ciepielowski 1970; Ciepielowski, D¹bkowski 2006). W du¿ych zlewniach istnieje materia³ obserwacyjny, który pozwala ustaliæ okreoelone charakterystyki hydrologiczne. Natomiast w ma³ych zlewniach, przewa¿nie pozbawionych obserwacji, informacje hydrologiczne pozyskuje siê metodami pooerednimi (Ciepielowski, D¹bkowski 2006). Nale¿y do nich miêdzy innymi metoda analogii hydrologicznej, któr¹ stosuje siê w przypadku, gdy istnieje podobieñstwo pomiêdzy zlewniami kontrolowan¹ i niekontrolowan¹. Stosowane s¹ równie¿ metody statystyczne, symulacyjne, zale¿nooeci typu opad-odp³yw, które opieraj¹ siê na znajomooeci procesów obiegu wody i parametrów fizycznogeograficznych zlewni (Ciepielowski, D¹bkowski 2006). Zastosowanie tych metod wymaga odpowiednich danych meteorologicznych i hydrologicznych, które dla ma³ych zlewni nie zawsze mo¿na pozyskaæ. W przypadku braku danych hydrometrycznych mo¿na zastosowaæ wzory empiryczne, które s¹ wyprowadzone na podstawie analizy Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... zale¿nooeci miêdzy wybranymi cechami zlewni a parametrami hydrologicznymi. W miarê gromadzenia materia³u hydrologicznego powinny byæ one co pewien czas weryfikowane (Punzet 1977). Pomimo i¿ gwa³towne wezbrania w ma³ych zlewniach wystêpuj¹ niemal rokrocznie, to spooeród wszystkich genetycznych typów wezbrañ wci¹¿ pozostaj¹ stosunkowo najs³abiej poznane. A. Niedba³a i R. Soja (1998) twierdz¹: ,,Znikomo ma³a ilooeæ materia³u nie pozwala na przybli¿on¹ chocia¿by regionalizacjê tego niezmiernie wa¿nego gospodarczo zjawiska. Nie mo¿na powiedzieæ, czy wezbrania w obszarze wy¿ynnym s¹ czêstsze ni¿ w Karpatach i czy osi¹gaj¹ wiêksze rozmiary lub odwrotnie". Stosunkowo s³abe poznanie tych zjawisk by³o impulsem do podjêcia badañ nad gwa³townymi wezbraniami. Szczególn¹ uwagê pooewiêcono parametrom hydrologicznym. W niniejszej pracy dokonano analizy zró¿nicowania natê¿enia przep³ywu maksymalnego oraz natê¿enia maksymalnego odp³ywu jednostkowego dla 50 gwa³townych wezbrañ, które wyst¹pi³y w zlewniach o powierzchni mniejszej od 40 km2. Granica ta by³a podyktowana wynikami badañ nad parametrami fizjograficznymi zlewni w Karpatach i na wy¿ynach, w których wyst¹pi³y tego typu zdarzenia (Bryndal 2008). Wskazano na maksymalne wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego oraz maksymalnego odp³ywu jednostkowego w zlewniach wy¿ynnych, pogórskich i beskidzkich. Wartooeci przep³ywu maksymalnego, które wyst¹pi³y podczas wezbrañ, porównano z wartooeciami obliczonymi przy pomocy wzorów empirycznych, które umo¿liwiaj¹ oszacowanie tego parametru w ma³ych zlewniach na oewiecie, w Europie i Polsce. W oparciu o zebrany materia³ hydrologiczny badano zale¿nooeæ statystyczn¹ pomiêdzy natê¿eniem przep³ywu maksymalnego a powierzchni¹ zlewni oraz zweryfikowano wyznaczone przez K. Dêbskiego (1969) wspó³czynniki formu³y Pagliariego na obliczanie potencjalnego przep³ywu maksymalnego ma³ych rzek Polski. M AT E R I A £ Y I ME TO D Y Wiêkszooeæ ma³ych zlewni, w których mog¹ wyst¹piæ gwa³towne wezbrania, nie jest objêta sieci¹ monitoringu hydrometeorologicznego. Przek³ada siê to na bardzo ograniczone mo¿liwooeci pozyskiwania danych hydrologicznych i meteorologicznych. ród³em informacji hydrologicznej mog¹ byæ dane pozyskane w toku realizacji programu Ma³ych Zlewni IMGW (Ostrowski 1997) albo dane zebrane w ma³ych zlewniach eksperymentalnych ooerodków uniwersyteckich lub instytutów badawczych. Trzeba jednak zaznaczyæ, ¿e liczba badanych zlewni, których powierzchnia jest mniejsza od 40 km2, jest ma³a (Ostrowski 1997). Tomasz Bryndal Wydaje siê, ¿e prowadzone obserwacje dostarczy³y stosunkowo ma³o danych hydrometeorologicznych dla gwa³townych wezbrañ, które spowodowa³y lokalne powodzie w zlewniach o powierzchni mniejszej od 40 km2, o czym mo¿e oewiadczyæ np. zestawienie najwy¿szych jednostkowych odp³ywów rzek polski z uwzglêdnieniem danych pozyskanych w programie Ma³ych Zlewni IMGW (Ostrowski 2000). Dlatego najczêoeciej jedynym Yród³em informacji hydrologicznej o gwa³townych wezbraniach s¹ dane uzyskane post factum, na podstawie pomiarów geodezyjnych i obliczeñ hydraulicznych. Nale¿y jednak zaznaczyæ, ¿e liczba tego typu danych jest równie¿ niewielka. Najprawdopodobniej jest to spowodowane kosztownooeci¹ prowadzonych badañ, w wyniku których otrzymuje siê dosyæ ograniczon¹ ilooeæ informacji o danym wezbraniu. W zlewniach niekontrolowanych w wyniku prac terenowych mo¿na uzyskaæ tylko jeden parametr wezbrania, czyli natê¿enie przep³ywu maksymalnego w danym profilu pomiarowym, który trudno jest powi¹zaæ z niewiadomymi danymi o opadzie i przebiegu wezbrania (Niedba³a, Soja 1998). St¹d te¿ w literaturze rzadko mo¿na znaleYæ opracowania pojedynczych wezbrañ w ma³ych zlewniach, dla których obliczono parametry hydrologiczne. Zajmowali siê tym miêdzy innymi: A. Ciepielowski (1970); A. Ciepielowski i L. D¹bkowski (1967, 1968); M. Cygan i in. (1997); H. Gareth i in. 2003, F. Gutieres i in. (1998), K. Dêbski (1958); E. Gil (1998); A. Majewski (2002); A. Niedba³a i R. Soja (1998); A. Ribolzi i in. 2000, A. Stawnicka-Stolarska (1963), D. Turner-Gillespie i in. (2003). Syntetyczne ujêcie tematu zró¿nicowania parametrów hydrologicznych gwa³townych wezbrañ w ma³ych zlewniach w Polsce zawieraj¹ prace K. Dêbskiego (1969), A. Ciepielowskiego (1970), T. Bryndala (2009a, b), T. Bryndala i in. (2008). W tym opracowaniu wykorzystano dane hydrologiczne opublikowane w literaturze jak równie¿ zgromadzone w wyniku w³asnych badañ. Zgromadzony materia³ obejmuje piêædziesi¹t wezbrañ. £¹cznie zebrano szeoeædziesi¹t osiem wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego (tab. 1). Nastêpnie obliczono maksymalne natê¿enie odp³ywu jednostkowego. Analizowane wezbrania wyst¹pi³y g³ównie na Wy¿ynach Ma³opolskiej i Lubelskiej oraz w Karpatach (ryc. 2). Pojedyncze przypadki pochodz¹ z innych regionów fizycznogeograficznych. Zlewnia Potoku Pó³nocnego po³o¿ona jest w obrêbie Przedgórza Sudeckiego, zlewnia rzeki Kacza jest na granicy Pobrze¿a Gdañskiego oraz Pojezierza Kaszubskiego, a zlewnia w Krzemienicy w obrêbie Podgórza Rzeszowskiego w Kotlinie Sandomierskiej. W badaniach starano siê uwzglêdniæ wezbrania, które by³y spowodowane ,,pojedynczym" opadem przelotnym trwaj¹cym do kilku godzin w zlewniach o powierzchni do 40 km2. Starano siê wykluczyæ przypadki, w których fala wezbraniowa powsta³a w wy- Tab. 1. Parametry hydrologiczne gwa³townych wezbrañ w zlewniach o powierzchni mniejszej od 40 km2 Hydrological parameters of flash floods in the basins smaller than 40 km2 Lp. No Data Date Nazwa cieku River name Przekrój pomiarowy Cross section name Powierzchnia zlewni do Qmax przekroju m3·s­1 Basin area km2 qmax m3·s­1·km2 ród³o Reference 1 prawdopodobnie Gdynia ­ Kack Miechów Czerwonka Piaski Szlacheckie* prawdopodobnie ujoecie cieku do Wieprza 0,8 4,1 9,7 13,7 9,2 13,4 31,1 3,22 przy po³¹czeniu z rz. Tarnawk¹ Do³¿yca Kalnica, prawdopodobnie powy¿ej miejscowooeci Mokre Poni¿ej miejscowooeci Czystohorb po po³¹czeniu z potokiem Radoszanka (dawna Barbora) Wojs³awice 15,5 28,8 42,6 37,8 9,3 67 84,5 7,82 11,5 192,1 22,1 260 34 244 7,15 11,8 16,7 19,4 7,07 4,39 2,76 1,01 4,7 2,71 2,44 ok. 11,1 111 10 13/14 V 1936 Grodarz prawdopodobnie ujoecie do Wis³y 3,66 Ciepielowski 1970 Ciepielowski 1970; Dêbski 1969 Dêbski 1969 Parczewski 1960 Dêbski 1958 Dêbski 1958 16 V 1937 Kacza 22 V 1937 Miechówka 19 V 1941 Czerwonka 23 VI 1948 £opuszanka 16/17 VIII 1949 potok bez nazwy w rejonie Izbicy Kalniczka Do³¿yca Tarnawka 12/13 VII 1957 Borowiec Ciepielowski 1970; Stawnicka-Stolarska 1963 Barbarka Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Os³awica 28 V 1965 ciek bez nazwy p³yn¹cy od miejscowooeci Trooecianka Ciepielowski i D¹bkowski, 1967 14 Kobylany Krzemienica brak danych Zabartówka ujoecie do rz. Wy¿nicy w Dzierzkowicach 4,6 2,8 3 15,6 7,64 2,68 5,2 Soja 1981 ujoecie potoku do Ropy ujoecie do Ropy** Henryków OEladów P5*** P6*** P7*** P8*** P9*** ujoecie do rz. Nidzicy 6,5 2,2 23,2 29,8 32,3 33,7 38,6 20 2,2 16,29 75 5 83,2 102 119 125 134 33,6 9,0 11,5 2,2 3,59 3,42 3,68 3,71 3,47 1,68 Cygan i in. 1998 Gil 1998 Teisseyre 1994 8,6 1,88 oerodkowa czêoeæ ok. 1,5 km od ujoecia ujoecie potoku do Sêkówki 14,35 31,3 2,18 5 32,7 6,55 5,8 99,2 17,1 6,4 7,8 1,21 Kaszowski, Kotarba 1970 28 V 1965 ciek bez nazwy p³yn¹cy od miejscowooeci Majdan Stary Kukawka 11,6 12,8 1,04 Ciepielowski i D¹bkowski, 1967 27 VI 1965 Potok Kobylañski ciek bez nazwy w Krzemienicy 26 IV 1966 ciek bez nazwy, p³yn¹cy spod miejscowooeci B³êdówka Ciepielowski, D¹bkowski 1968; Ciepielowski 1970 Ryjak w Zabartówce 15 VI 1969 sucha dolina w miejscowooeci Dzierzkowice Burczyñski, Wojtanowicz 1969 potok bez nazwy, Siary, przysió³ek Rzemieszka Tomasz Bryndal 5 VIII 1973 potok bez nazwy w Szymbarku, p³yn¹cy spod Bartniej Góry, przysió³ek Pod Lasem 7 VI 1985 Bielanka 20 V 1990 Potok Pó³nocny Kalinka 15 IX 1995 Niæka Su³oszowa III P1*** 1 1,98 2,63 2,86 4,80 9,91 11,24 12,23 17,15 17,63 2 3,24 2,5 1,78 8,7 4,6 Bia³a Ni¿na 4,8 30 11 8 6 15 5,5 24 32,5 69 83,1 6,79 4,02 1,84 15 3,4 2,3 Bryndal i in. 2008 Zapolice, P2*** Zakrzew, P3*** powy¿ej centrum miejscowooeci 3,3 2,6 1,2 5 Bryndal 2003 Bryndal 2006 Cabaj, Ciupa 2001 77,7 6,91 66,1 6,67 38,9 8,1 72,2 25,2 Niedba³a, Soja 1998 66 25,1 50,8 25,6 37 37 P2*** P3*** P4*** Su³oszowa I P5*** P6*** P7*** P8*** P9*** P10*** Pa³ecznica, powy¿ej centrum Granice, P4*** Wola Malowana, P1*** sucha dolina, miejscowooeci Su³oszowa III 18 V 1996 sucha dolina, Yród³owa czêoeæ rz. Pr¹dnik 4 IV 2000 potok bez nazwy w Pa³ecznicy** sucha dolina, Yród³owa czêoeæ rz. Lucia¿ sucha dolina, Yród³owa czêoeæ rz. OEmigi 13 V 2003 sucha dolina, Yród³owa czêoeæ rz. Widawki sucha dolina, Yród³owa czêoeæ rz. OEwiêtojanki Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... 9 VI 2003 ciek bez nazwy w Gromniku Bia³a 18 VII 2004 Sudo³ 35 Wola Podleoena, P1*** Lubcza S³otowa Pilzno Zagórze Jab³onka Niebocko Niebocko Szynwa³d Górny £êki Górne Zalasowa Sucha Beskidzka Su³kowice Radziemice, P1*** Radziemice, P2*** Radziemice, P3*** 10 16,6 5,2 6,2 23 1,99 2,49 5,19 8,3 3,6 16,50 14,30 20,8 13,2 10,2 11,7 43 53,9 58 53,4 9,3 15,8 1,66 4,58 1,68 2,1 0,8 6 1,9 1,9 27,1 23,3 10,3 Bryndal i in. 2008 Bryndal 2006 4,1 6,3 1,5 7,5 35 4,6 6 10,2 1,7 13,1 14 1,1 8,0 8,0 1,0 Bryndal i in. 2008 18 VII 2004 ciek bez nazwy w miejscowooeci Grybów Grybów 1,4 10,2 7,3 Bryndal 2006 19 VII 2004 sucha dolina, Yród³owa czêoeæ rz. Miechówki** Wolanka ciek bez nazwy w miejscowooeci S³otowa 20 VIII 2004 ciek bez nazwy w miejscowooeci Pilzno ciek bez nazwy w miejscowooeci Zagórze OEwinka Tomasz Bryndal 3 V 2005 ciek bez nazwy w miejscowooeci Niebocko ciek bez nazwy w miejscowooeci Niebocko ­ Grabownica W¹tok 5 VII 2005 Dulcza Zalasówka 3 VIII 2005 Zasepnica 48 24 VIII 2005 Targanice 20 IX 2006 potok bez nazwy w Radziemicach Pa³ecznica, P1*** Pa³ecznica, P2*** Bryndal i in. 2008 Pa³ecznica, P3*** Pa³ecznica, P4*** 2,36 16,5 7,0 2,05 31 15,1 1,19 9,1 7,6 0,59 22,0 20 IX 2006 potok bez nazwy w Pa³ecznicy Qmax ­ natê¿enie przep³ywu maksymalnego, qmax ­ maksymalny odp³yw jednostkowy, * profil powy¿ej Ostrzycy, ** parametry wezbrania odniesione zosta³y do dolnej czêoeci zlewni, która istotnie wp³ynê³a na rozmiary wezbrania, poniewa¿ znajdowa³a siê w obszarze silnych opadów, *** numery profili zgodne z numeracj¹ w opracowaniu Yród³owym Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Qmax ­ maximum discharge; qmax ­ maximum specific discharge; * cross section over Ostrzyca, ** parameters of flood related to the lower part of the basin, which influenced flood formation predominantly due to the fact that this part of basin was affected by heavy rainstorm, *** numbers of cross section are in accordance with cross section numbers in the reference books Tomasz Bryndal Ryc. 2. Przestrzenne rozmieszczenie zlewni, w których badano parametry hydrologiczne gwa³townych wezbrañ. P.S. ­ Przedgórze Sudeckie, K.O. ­ Kotlina Ooewiêcimska. 1 ­ po³o¿enie zlewni, 2 ­ granica pomiêdzy Pogórzem Karpackim a Beskidami, 3 ­ granice regionów fizycznogeograficznych Spatial distribution of basins where hydrological parameters were investigated. P.S. ­ Sudety Foothills, K.O. ­ Ooewiêcimska Basin. 1 ­ basins, 2 ­ the boundary between the Carpathian Foothills and the Beskids region, 3 ­ the boundary of the geographical regions niku opadu nawalnego nak³ada³a siê na wysok¹ falê uformowan¹ przez opady rozlewne. Poniewa¿ wezbrania wyst¹pi³y w zlewniach pozbawionych posterunków hydrologicznych, parametry wezbrania wyznaczono na podstawie zapisu oeladów wezbrania. Materia³ hydrologiczny zbierano zgodnie z istniej¹cymi zaleceniami (Przewodnik... 1978). Bezpooerednio po wezbraniu dokumentowano zasiêg wielkiej wody, a nastêpnie prowadzono odpowiednie pomiary geodezyjne. Natê¿enie przep³ywu maksymalnego obliczano wg wzoru: Qmax = P×v 3 ­1 (1) gdzie: Qmax ­ natê¿enie przep³ywu maksymalnego (m ×s ), P ­ pole powierzchni przekroju (m2), v ­ prêdkooeæ wody (m×s­1) obliczona wg wzoru Manniga (Hydrauliczne... 2003). Pole przekroju mierzono w miejscu, gdzie przep³yw wody nie by³ zak³ócany przez przeszkody terenowe. Analizê zró¿nicowania parametrów hydrologicznych prowadzono w ujêciu regionalnym oraz w odniesieniu do powierzchni zlewni. Obserwacje zestawiono w formie ci¹gu rosn¹cego, wykonano histogramy i wykresy skrzynkowe oraz obliczono podstawowe statystyki opisowe rozk³adów. Pozwoli³o to okreoeliæ zró¿nicowanie parametrów wezbrañ. Podczas analizy statystycznej badano ca³¹ zbiorowooeæ, nie wy³¹czaj¹c obserwacji odstaj¹cych i ekstremalnych. Zgodnie Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... z zaleceniem (Nowak 2004) parametry, dla których wspó³czynnik zmiennooeci by³ wy¿szy od 50%, charakteryzowano w oparciu o miary pozycyjne. WYNIKI I DYSKUSJA Z R Ó ¯ N I C O WA N I E PA R A M E T R Ó W H Y D R O L O G I C Z N Y C H Ryciny 3 i 4 prezentuj¹ zró¿nicowanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego oraz maksymalnego odp³ywu jednostkowego. OErednio wartooeci tych parametrów wynosz¹ odpowiednio ok. 31 m3·s­1 i 4 m3·s­1·km­2. Miary zmiennooeci wskazuj¹ na silne zró¿nicowanie parametrów. W po³owie analizowanych przypadków przep³yw maksymalny i odp³yw jednostkowy zawieraj¹ siê odpowiednio w przedzia³ach 12,2­68 m3·s­1 i 2,1­8,5 m3·s­1·km­2. Najczêoeciej mieszcz¹ siê w przedzia³ach 5­40 m3·s­1 oraz 0,8­5 m3·s­1·km­2. Kolejne przedzia³y (ryc. 3B, 4B) grupuj¹ du¿o ni¿sz¹ liczbê obserwacji. Na tle analizowanej zbiorowooeci wyró¿niaj¹ siê wezbrania Czerwonki, Miechówki oraz £opuszanki, podczas których odnotowano przep³yw maksymalny rzêdu 260, 244 oraz 192,1 m3·s­1 (ryc. 3A). Wysokie wartooeci przep³ywu (powy¿ej 99 m3·s­1), wyst¹pi³y równie¿ podczas wezbrañ Kalinki, rzeki Kacza w Gdyni, potoku Grodarz w Kazimierzu Dolnym oraz potoku bez nazwy w Krzemienicy (ryc. 3A). Pod wzglêdem odp³ywu jednostkowego wyró¿nia siê wezbranie w suchej dolinie w miejscowooeci Su³oszowa III, podczas którego zanotowano odp³yw jednostkowy w wysokooeci 37 m3·s­1. Jest to do tej pory najwy¿sza wartooeæ odnotowana w Polsce. Wysokie wartooeci odp³ywu jednostkowego, przekraczaj¹ce 20 m3·s­1·km­2, wyst¹pi³y podczas wezbrañ w Pa³ecznicy, Radziemicach i Su³oszowej (ryc. 4A). Analizuj¹c zró¿nicowanie parametrów hydrologicznych w nawi¹zaniu do regionu fizycznogeograficznego nale¿y zwróciæ uwagê na znaczne ró¿nice w liczebnooeci wezbrañ w poszczególnych regionach. Najliczniej reprezentowane s¹ zlewnie wy¿ynne (39 przypadków), podczas gdy zlewnie beskidzkie i pogórskie s¹ reprezentowane przez 11 i 15 przypadków. Zgromadzone na obecnym etapie badañ dane hydrologiczne pozwalaj¹ tylko na bardzo ogóln¹ analizê zró¿nicowania parametrów w regionach. Ryciny 5 i 6 wskazuj¹, ¿e zarówno pod wzglêdem wielkooeci przep³ywu maksymalnego, jak równie¿ odp³ywu jednostkowego wyró¿niaj¹ siê zlewnie wy¿ynne. W zlewniach tych wartooeæ odp³ywu jednostkowego najczêoeciej nie przekracza 10 m3·s­1·km­2. Jednak¿e w kilkunastu przypadkach notuje siê odp³yw jednostkowy wy¿szy od 20 m3·s­1·km­2. W Karpatach w zlewniach beskidzkich natê¿enie przep³ywu maksymalnego podczas gwa³townych wezbrañ nie przekracza 90 m3·s­1, a maksymalny odp³yw jednostkowy osi¹ga 11,5 m3·s­1·km­2. Najczêoeciej jest on Tomasz Bryndal Ryc. 3. Zró¿nicowanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego podczas gwa³townych wezbrañ w zlewniach mniejszych od 40 km2 w formie ci¹gu rosn¹cego ­ A, histogramu ­ B, wykresu typu ramka w¹sy ­ C Diversity of the maximum discharge during flash floods in basins smaller than 40 km2 presented as: ascending series ­ A, histogram ­ B, box and whisker plot ­ C Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Ryc. 4. Zró¿nicowanie maksymalnego odp³ywu jednostkowego podczas gwa³townych wezbrañ w zlewniach mniejszych od 40 km2 w formie uporz¹dkowanego ci¹gu rosn¹cego ­ A, histogramu ­ B, wykresu typu ramka w¹sy ­ C Diversity of the maximum specific discharge during flash floods in basins smaller than 40 km2 presented as: ascending series ­ A, histogram ­ B, box and whisker plot ­ C Tomasz Bryndal Ryc. 5. Zró¿nicowanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego w regionach Diversity of the maximum discharge with regard to regions Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Ryc. 6. Zró¿nicowanie maksymalnego odp³ywu jednostkowego w regionach Diversity of the maximum specific discharge with regard to regions Tomasz Bryndal jednak ni¿szy od 5 m3·s­1·km­2. Nale¿y zaznaczyæ, ¿e szeoeæ spooeród dziewiêciu analizowanych wezbrañ powsta³o w wyniku jednego opadu, zatem wyniki tej analizy trzeba traktowaæ z du¿¹ ostro¿nooeci¹. W zlewniach pogórskich natê¿enia przep³ywu maksymalnego i odp³ywu jednostkowego s¹ nieco ni¿sze i nie przekraczaj¹ odpowiednio 35 m3·s­1 i 6,6 m3·s­1·km­2. Podobnie jak w zlewniach beskidzkich odp³yw jednostkowy nie przekracza 5 m3·s­1·km­2 (ryc. 6). W pozosta³ych regionach fizycznogeograficznych liczba wezbrañ, dla których dysponujemy parametrami hydrologicznymi, jest za ma³a, aby na jej podstawie wyprowadzaæ istotne wnioski dotycz¹ce przestrzennego zró¿nicowania. Podczas wezbrania w Krzemienicy (99,2 m3·s­1) w Kotlinie Sandomierskiej odnotowano nieznacznie wy¿sze natê¿enie przep³ywu maksymalnego ni¿ podczas wezbrañ, które wyst¹pi³y w Beskidach. Wezbranie rzeki Kacza na Pojezierzu przewy¿sza³o pod wzglêdem przep³ywu wezbrania odnotowane w Beskidach, na Pogórzu i w Kotlinie Sandomierskiej. Istotne jest okreoelenie zró¿nicowania parametrów hydrologicznych wezbrañ w stosunku do wielkooeci zlewni (ryc. 7A, 8A). Nale¿y równie¿ zwróciæ uwagê na znaczne ró¿nice liczebnooeci wezbrañ w zlewniach o okreoelonych przedzia³ach powierzchni. Najliczniej reprezentowane s¹ zlewnie mniejsze od 10 km2. W miarê wzrostu powierzchni zlewni liczba obserwacji maleje. W zlewniach o powierzchni mniejszej od 10 km2 dominuj¹ wezbrania, w których natê¿enie przep³ywu maksymalnego jest mniejsze od 20 m3·s­1. Notowano jednak¿e przep³ywy osi¹gaj¹ce nawet 99 m3·s­1 (ryc. 7A). W zlewniach o takiej powierzchni odnotowano najwy¿sze wartooeci odp³ywu jednostkowego. W kilkunastu przypadkach przekroczy³y one wartooeæ 19 m3·s­1·km­2, osi¹gaj¹c maksimum równe 37 m3·s­1·km­2 podczas wezbrania w Su³oszowej. Najczêoeciej jednak maksymalny odp³yw jednostkowy jest ni¿szy od 10 m3·s­1·km­2. Liczba zgromadzonego materia³u dla zlewni wiêkszych od 10 km2 jest zbyt ma³a, aby formu³owaæ istotne wnioski dotycz¹ce ich zró¿nicowania. Rycina 7A dowodzi, ¿e natê¿enie przep³ywu maksymalnego zmienia siê w szerokim przedziale. W zlewniach o powierzchni 10­20 km2 oraz 20­30 km2 przyjmuje on odpowiednio wartooeci 13­192 m3·s­1 i 43­260 m3·s­1. W zlewniach wiêkszych od 30 km2 parametr ten waha siê od ok. 85 do 244 m3·s­1. Odp³yw jednostkowy w zlewniach o powierzchni 10­20 km2 tylko w jednym przypadku (£opuszanki w Piaskach Szlacheckich ­ 16,7 m3·s­1·km­2) przekroczy³ wartooeæ 10 m3·s­1·km­2. W zlewniach wiêkszych od 20 km2 parametr ten by³ zwykle ni¿szy od 4 m3·s­1·km­2. Tylko podczas wezbrañ Czerwonki (11,8 m3·s­1·km­2) oraz Miechówki (7,17 m3·s­1·km­2) wartooeæ ta zosta³a przekroczona (ryc. 7A). Podjêto równie¿ próbê okreoelenia zró¿nicowania parametrów hydrologicznych w zlewniach wy¿ynnych, beskidzkich i pogórskich przy uwzglêdnieniu ich Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Ryc. 7. Zró¿nicowanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego w nawi¹zaniu do powierzchni zlewni: dla ogó³u wezbrañ ­ A, dla wezbrañ w zlewniach beskidzkich ­ B, pogórskich ­ C, wy¿ynnych ­ D Diversity of the maximum discharge versus to basin's area presented to: all floods events ­ A, floods in the Beskids region ­ B, floods in foothills region ­ C, floods in upland region ­ D Tomasz Bryndal Ryc. 8. Zró¿nicowanie maksymalnego odp³ywu jednostkowego w nawi¹zaniu do powierzchni zlewni dla ogó³u wezbrañ ­ A, dla wezbrañ w zlewniach beskidzkich ­ B, pogórskich ­ C, wy¿ynnych ­ D Diversity of the maximum discharge versus to basin's area presented to: all floods events ­ A, floods in the Beskids region ­ B, floods in foothills region ­ C, floods in upland region ­ D Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... wielkooeci (ryc. 7B, C, D; 8B, C, D). Nale¿y jednak zaznaczyæ, i¿ na obecnym etapie badañ ilooeæ zgromadzonego materia³u jest wci¹¿ zbyt ma³a, aby móc formu³owaæ istotne wnioski co do tego zagadnienia. Dotyczy to zw³aszcza zlewni pogórskich i beskidzkich o powierzchni powy¿ej 10 km2. W zlewniach wy¿ynnych mniejszych od 10 km2 natê¿enie przep³ywu osi¹ga wartooeæ od 8 do 37 m3·s­1, a maksymalny odp³yw jednostkowy wzrasta stopniowo od 1 do 28 m3·s­1·km­2, osi¹gaj¹c maksimum równe 37 m3·s­1·km­2. W zlewniach beskidzkich o powierzchni poni¿ej 10 km2 w wiêkszooeci analizowanych wezbrañ natê¿enie przep³ywu by³o ni¿sze od 40 m3·s­1. Tylko podczas jednego wezbrania przep³yw osi¹gn¹³ wartooeæ 75 m3·s­1. Odp³yw jednostkowy w tych zlewniach stopniowo wzrasta od 1 do 11,5 m3·s­1·km­2. W zlewniach pogórskich o powierzchni mniejszej od 10 km2 natê¿enie przep³ywu maksymalnego rzadko przekracza 21 m3·s­1. Tylko w dwóch przypadkach parametr ten przekroczy³ 30 m3·s­1. Maksymalny odp³yw jednostkowy jest zró¿nicowany i wynosi od ok. 1 do 6,55 m3·s­1·km­2 (ryc. 8D). W zlewniach wy¿ynnych o powierzchni od 10 do 20 km2 przep³yw maksymalny waha siê od ok. 13 do 192 m3·s­1, a maksymalny odp³yw jednostkowy jest w wiêkszooeci przypadków ni¿szy od 7 m3·s­1·km­2. Zosta³ on przekroczony tylko raz podczas wezbrania £opuszanki w Piaskach Szlacheckich ­ 16,7 m3·s­1·km­2. W zlewniach o powierzchni 20­30 km2 notuje siê przep³ywy maksymalne z przedzia³u od 33 do 260 m3·s­1, natomiast w zlewniach wiêkszych natê¿enie przep³ywu wynosi od 134 do 244 m3·s­1 (ryc. 7B). Wartooeci odp³ywu jednostkowego w zlewniach o powierzchni wiêkszej od 20 km2 najczêoeciej s¹ ni¿sze od 4 m3·s­1·km­2. Wartooeæ ta zosta³a przekroczona dwukrotnie podczas wezbrañ Czerwonki i Miechówki (ryc. 8B). Zlewnie karpackie o powierzchni przekraczaj¹cej 10 km2 s¹ reprezentowane tylko przez siedem wartooeci. W Beskidach (4 przypadki) przep³yw maksymalny waha siê od ok. 38 do 85 m3·s­1, podczas gdy odp³yw jednostkowy mieoeci siê w przedziale od 2 do 4,7 m3·s­1·km­2 (ryc. 7C, 8C). W zlewniach pogórskich (3 przypadki) przep³yw maksymalny wynosi od 13 do 31 m3·s­1, podczas gdy odp³yw jednostkowy wynosi od ok. 1 do 6,55 m3·s­1·km­2 (ryc. 7D, 8D). GRANICE MAKSYMALNYCH PRZEP£YWÓW RZECZNYCH W MA£YCH ZLEWNIACH ­ RÓWNANIA EMPIRYCZNE Oszacowanie przep³ywu maksymalnego w ma³ych zlewniach umo¿liwiaj¹ wzory empiryczne. S¹ to zale¿nooeci, które najczêoeciej ujmuj¹ relacjê pomiêdzy powierzchni¹ zlewni a natê¿eniem przep³ywu maksymalnego. Istnieje kilka równañ, które umo¿liwiaj¹ oszacowanie tego parametru w ma³ych zlewniach, przy czym, granice ,,ma³ej zlewni" nie s¹ jednoznacznie zdefiniowane. Tomasz Bryndal J.A. Rodier i M. Roche (1984) na podstawie danych o natê¿eniu przep³ywu maksymalnego zestawionych w Word Catalogue of Maximum Observed Floods opracowali równanie, które umo¿liwia oszacowanie przep³ywu maksymalnego w zlewniach o powierzchni mniejszej od 90 km2. Ma ono postaæ nastêpuj¹c¹: Qmax = 100·A0,8 3 ­1 (2) gdzie: Qmax ­ natê¿enie przep³ywu maksymalnego m ·s ; A ­ powierzchnia zlewni w km2. Równanie to zosta³o opracowane na podstawie najwiêkszych wezbrañ odnotowanych na oewiecie i mo¿e byæ stosowane niezale¿nie od regionu geograficznego. Andrzej Ciepielowski (1973) opracowa³ równanie, które wyra¿a najwiêksze przep³ywy w warunkach europejskich. Równanie to mo¿e byæ stosowane w zlewniach mniejszych od 150 km2. Przyjmuje ono postaæ: Qmax = 85,7·A(A+1)­0,3667 (3) (oznaczenia jak we wzorze 2). Na podstawie analizy danych o natê¿eniu przep³ywów maksymalnych dla 533 rzek europejskich i tureckich o powierzchni od 0,4 do 1 350 000 km2 A. Bartnik i P. Jokiel (2007) opracowali równanie: 1/logQ= 0,248+0,483·exp[­log(A)] (4) gdzie: logQ ­ przep³yw maksymalny m3s­1, A ­ powierzchnia zlewni. Równanie to umo¿liwia okreoelenie przep³ywu maksymalnego dla dowolnej rzeki europejskiej (Bartnik, Jokiel 2007). W Polsce opracowano kilka równañ, które ujmowa³y zale¿nooeæ pomiêdzy powierzchni¹ zlewni a natê¿eniem przep³ywu maksymalnego podczas pojedynczych wezbrañ. Powsta³ wzór Lambora (1938) do obliczania przep³ywu maksymalnego w ma³ych zlewniach górnej czêoeci dorzecza Dniestru, w podobny sposób ujê³a zale¿nooeæ pomiêdzy powierzchni¹ zlewni i przep³ywem maksymalnym A. Stawnicka-Stolarska (1963) podczas wezbrania Os³awy. Wyprowadzone zale¿nooeci maj¹ zastosowanie regionalne, ograniczone najczêoeciej do okreoelonego dorzecza. Dane hydrologiczne zebrane z wezbrañ, które wyst¹pi³y w ró¿nych regionach kraju, by³y podstaw¹ opracowania ,,ponadregionalnych" wzorów empirycznych, umo¿liwiaj¹cych oszacowanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego w ma³ych zlewniach. Zale¿nooeæ tak¹ opracowa³ K. Dêbski (1969), korzystaj¹c z metody zaproponowanej przez w³oskiego hydrologa F. Pagliariego. Uogólnione równanie Pagliariego ma postaæ: Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... (5) Q= aA b+ A gdzie: Q ­ natê¿enie przep³ywu m3×s­1, A ­ powierzchnia zlewni km2, a, b ­ wspó³czynniki równania. Autor (1969), analizuj¹c 10 przypadków gwa³townych wezbrañ w zlewniach o powierzchni 0,8­269 km2, okreoeli³ potencjalny najwiêkszy przep³yw z krótkotrwa³ych deszczów nawalnych. Równanie przyjê³o postaæ: 361A (6) Q max = 12,2 + A (oznaczenia jak we wzorze 5). Wed³ug A. Ciepielowskiego i L. D¹bkowskiego (2006) wzór ten wskazuje na maksimum maksimorum przep³ywu na terenie Polski, a przep³ywy maksymalne obliczane metodami probabilistycznymi powinny byæ porównywane, aby wiedzieæ, czy taki przep³yw w warunkach polskich jest realny i czy ju¿ wystêpowa³. Podobny charakter ma równanie opracowane przez B. Fal (2004). Autorka na podstawie ooemiu danych o przep³ywie maksymalnym zestawionych przez A. Ciepielowskiego (1970) opracowa³a równanie regresji, które umo¿liwia oszacowanie wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego w zlewniach mniejszych od 50 km2. Ma ono nastêpuj¹c¹ postaæ: Qmax = 22,4·A0,727 (7) (oznaczenia jak we wzorze 2). Na rycinie 9 zestawiono wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego, które odnotowano podczas gwa³townych wezbrañ, oraz krzywe, które wykreoelono na podstawie równañ empirycznych. Zestawienie wskazuje, ¿e natê¿enia przep³ywu maksymalnego odnotowane w Polsce s¹ kilkanaoecie razy ni¿sze od oewiatowych (wzór 2) oraz kilkakrotnie ni¿sze od europejskich (wzory 3, 4). Mo¿na równie¿ zauwa¿yæ, ¿e równanie ,,obwiedni" opracowane przez K. Dêbskiego (1969), mimo i¿ uwzglêdnia³o tylko dziesiêæ wezbrañ, poprawnie opisuje maksimum maksimorum najwy¿szych przep³ywów w ma³ych zlewniach w Polsce. Tylko w dwóch przypadkach ­ wezbrania £opuszanki w Piaskach Szlacheckich oraz Czerwonki ­ obserwowane natê¿enie przep³ywu maksymalnego by³o wy¿sze ni¿ wartooeæ obliczona wzorem Dêbskiego. Równanie B. Fal (2004), które zosta³o opracowane w wiêkszooeci na podstawie tego samego materia³u hydrologicznego co równanie K. Dêbskiego (1969), daje nieco ni¿sze wartooeci dla zlewni o powierzchni ok. 27,5 km2, natomiast dla zlewni wiêkszych wartooeci natê¿enia przep³ywu s¹ wy¿sze. Jest to wynik ró¿nic w podejoeciu obliczeniowym. Tomasz Bryndal B A D A N I E Z A L E ¯ N O OE C I P O M I Ê D Z Y N AT Ê ¯ E N I E M P R Z E P £ Y W U MAKSYMALNEGO A POWIERZCHNI¥ ZLEWNI Liczniejszy materia³ hydrologiczny by³ podstaw¹ szukania zale¿nooeci pomiêdzy natê¿eniem przep³ywu maksymalnego a powierzchni¹ zlewni. Wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego obliczone przy pomocy równañ B. Fal (2004) i K. Dêbskiego (1969) s¹ du¿o wy¿sze w porównaniu z obserwowanymi (ryc. 9). Dlatego podjêto próbê opracowania równania, które pozwoli dok³adniej oszacowaæ natê¿enie przep³ywu maksymalnego w zlewniach o powierzchni do 40 km2, w których najczêoeciej wystêpuj¹ gwa³towne wezbrania opadowo-nawalne. Rycina 10 prezentuje zale¿nooeæ pomiêdzy natê¿eniem przep³ywu maksymalnego i powierzchni¹ zlewni. Chmura punktów obserwowana na wykresie rozrzutu wskazuje, ¿e zale¿nooeæ pomiêdzy analizowanymi cechami ma charakter liniowy. Zale¿nooeæ tê opisano przy pomocy równania regresji linowej, które przyjê³o postaæ: Qmax = 10,56 + 3,67A (8) (oznaczenia jak we wzorze 2). Poprawnooeæ uzyskanego modelu oceniono na podstawie wspó³czynnika korelacji liniowej i wspó³czynnika determinacji. Wspó³czynnik korelacji wynosi 0,65 i jest istotny statystycznie. Przyjmuj¹c klasyfikacjê jakooeciow¹ korelacji liniowej opracowan¹ przez W. Ziobronia (1977), mo¿na stwierdziæ, ¿e zale¿nooeæ pomiêdzy analizowanymi cechami jest ,,mierna". Wartooeæ wspó³czynnika determinacji równa 0,42 klasyfikuje ten model jako niezadowalaj¹cy (Soczyñska 1995). Poniewa¿ model regresji w niezadowalaj¹cy sposób opisuje zale¿nooeæ pomiêdzy analizowanymi cechami, skorzystano z podejoecia zaproponowanego przez K. Dêbskiego i do okreoelenia zale¿nooeci pomiêdzy natê¿eniem przep³ywu maksymalnego a powierzchni¹ zlewni zastosowano równanie F. Pagliariego. Przy obliczaniu wspó³czynników równania korzystano z wytycznych zawartych w pracy K. Dêbskiego (1969). Równanie przyjê³o postaæ: Q max = 143,6A 2,83 + A (9) (oznaczenia jak we wzorze 5). Wydaje siê, ¿e równanie to dok³adniej opisuje analizowane zjawisko. Pominiête zosta³y wartooeci odstaj¹ce, które znacz¹co ró¿ni¹ siê od pozosta³ych danych. Tak wysokie wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego zdarzaj¹ siê bardzo rzadko. Od wezbrania £opuszanki w roku 1948 nie notowano tak wielkich przep³ywów. Nawet podczas wezbrañ w okolicach Kaliny Wielkiej, Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Ryc. 9. Porównanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego obserwowanego podczas wezbrañ z wartooeciami obliczonymi przy pomocy wzorów empirycznych Maximum discharge observed during floods events versus the maximum discharge calculated by empirical equations Su³oszowej, gdzie wyst¹pi³y opady nawalne o sumie szacowanej na 150 mm (NiedYwiedY 1998) i 120 mm (Cebulak, NiedYwiedY 1997), przep³ywy by³y znacznie ni¿sze (tab. 1). Krzywa wyznaczona na podstawie opracowanego Tomasz Bryndal Ryc. 10. Zale¿nooeæ pomiêdzy natê¿eniem przep³ywu maksymalnego a powierzchni¹ zlewni Interrelation between maximum discharge and basin's area równania w pocz¹tkowej fazie niewiele ró¿ni siê od wyznaczonej przez równanie Dêbskiego (1969), daj¹c nawet wartooeci nieco wy¿sze. Dla zlewni o powierzchni wiêkszej od 2 km2 wartooeci otrzymane przy u¿yciu opracowanego równania s¹ lepiej ,,dopasowane" do zgromadzonych danych hydrologicznych (ryc. 9). Na rycinie 9 naniesiono przebieg krzywej, która opisuje wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego w zlewniach karpackich o powierzchni mniejszej od 40 km2 (Bryndal 2009b). Porównanie krzywej wykreoelonej na podstawie równania 9 z krzyw¹ karpack¹ wskazuje, ¿e w regionie tym wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego s¹ ni¿sze. PODSUMOWANIE Prowadzone badania stanowi¹ próbê podsumowania obecnego stanu wiedzy na temat parametrów hydrologicznych gwa³townych wezbrañ w ma³ych zlewniach. Przeprowadzona analiza pozwoli³a okreoeliæ zró¿nicowanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego oraz odp³ywu jednostkowego w zlewniach, w których nawalne opady deszczu spowodowa³y wezbrania i lokalne powodzie. Wskazano na graniczne wartooeci parametrów hydrologicznych w zlewniach o okreoelonej powierzchni, po³o¿onych w wybranych regionach fizycznogeograficznych. Odnotowane podczas wezbrañ wartooeci przep³ywu porównano z obliczonymi przy zastosowaniu równañ empirycznych opracowanych dla oewiata, Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Europy i Polski. Przep³ywy w Polsce s¹ kilkakrotnie ni¿sze do tych, które wystêpuj¹ na oewiecie i w Europie. Porównanie wykaza³o, ¿e formu³a Pagliariego zmodyfikowana przez K. Dêbskiego w³aoeciwie opisuje potencjalny maksymalny przep³yw (maksimum maksimorum) z krótkotrwa³ych deszczów nawalnych w Polsce. Jednak¿e wartooeci obliczone przy zastosowaniu formu³y w modyfikacji Dêbskiego s¹ bardzo wysokie, wystêpuj¹ rzadko. Dlatego dysponuj¹c obszerniejszym materia³em hydrologicznym obliczono nowe wspó³czynniki do formu³y Pagliariego, uzyskuj¹c równanie, które umo¿liwia oszacowanie przep³ywu maksymalnego w zlewniach najczêoeciej nara¿onych na wystêpowanie lokalnych powodzi. Oszacowanie przep³ywu maksymalnego, jaki mo¿e wyst¹piæ w zlewni w wyniku gwa³townych opadów deszczu, jest istotne, poniewa¿ umo¿liwia ocenê zagro¿enia powodziowego. Proste zale¿nooeci empiryczne, uzyskane na podstawie gromadzonego materia³u hydrologicznego, mog¹ byæ pomocne w oszacowaniu wartooeci przep³ywu maksymalnego w ma³ych zlewniach i stanowiæ odniesienie dla wartooeci przep³ywów uzyskanych w wyniku analiz statystycznych lub przy zastosowaniu modeli hydrologicznych. L I T E R AT U R A B a r t n i k A., J o k i e l P. 2007: Odp³ywy maksymalne i indeksy powodziowooeci rzek europejskich. Gospodarka Wodna, 1, 2007, 28­32. B r y n d a l T., 2003: Wylesione zlewnie w Gromniku (Pogórze Ro¿nowskie), jako przyk³ady zlewni generuj¹cych lokaln¹ powódY, [w:] J. Lach (red.), Dynamika zmian oerodowiska geograficznego pod wp³ywem antropopresji. Wyd. UP Kraków, 15­24. B r y n d a l T., 2006: Przyrodnicze i antropogeniczne uwarunkowania wystêpowania lokalnych powodzi w Polsce. Instytut Geografii Akademia Pedagogiczna w Krakowie, maszynopis. B r y n d a l T., 2008: Parametry zlewni, w których wyst¹pi³y lokalne powodzie. Annales UMCS, Sec. B, vol. LXIII, 177­200. B r y n d a l T., 2009a: Investigation of the maximum discharge in ungauged small basins in the Polish part of the Carpathian Mts., Extended abstracts of International Workshop on Status and Perspectives of Hydrology in Small Basins Goslar-Hahnenklee, Federal Republic of Germany 30 March ­ 2 April 2009 Landschaftsökologie und Umweltforschung 50; 39­42. B r y n d a l T., 2009b: Przep³ywy maksymalne odnotowane podczas gwa³townych wezbrañ, spowodowanych krótkotrwa³ymi ulewnymi opadami deszczu w ma³ych zlewniach karpackich, [w:] Zasoby i ochrona wód. Obieg wody i materii w zlewniach rzecznych, R. Bogdanowicz, J. Fac-Beneda (red.), Gdañsk 2009; 329­334. B r y n d a l T., Cabaj W., Ciupa T., 2008: Gwa³towne wezbrania ma³ych cieków w Niecce Nidziañskiej. Przegl. Geogr., 80, 1, 127­146. B u r a c z y ñ s k i J., W o j t a n o w i c z J., 1971: Rozwój w¹wozów lessowych w okolicy Dzie¿kowic na Wy¿ynie Lubelskiej pod wp³ywem gwa³townej ulewy w czerwcu 1969 roku. Annales UMCS, Sec. B, vol. XXVI, 6, 135­164. Tomasz Bryndal C a b a j W., C i u p a T., 2001: Naturalne i antropogeniczne uwarunkowania przyczyn i skutków powodzi na rolniczych terenach w Niecce Nidziañskiej, [w:] J. Balon, K. German (red.), Przemiany oerodowiska przyrodniczego Polski i jego funkcjonowanie. Problemy Ekologii Krajobrazu t. 10, IGiPZ UJ, Polska Asocjacja Ekologii Krajobrazu, Kraków, 338­ 343. C a b a j W., C i u p a T., B r y n d a l T., 2002: Rola czynników naturalnych i antropogenicznych w kszta³towaniu lokalnych powodzi w po³udniowej czêoeci Wy¿yny Ma³opolskiej. Prace IG AOE w Kielcach, nr 7, 353­360. C a m a r a s a B e l m o n t e A.M., S e g u r a B e l t r á n F., 2001: Flood events in Mediterranean ephemeral streams (ramblas) in Valencia region, Spain. Catena, 45, 229­249. C e b u l a k E., N i e d Y w i e d Y T., 1998: Ekstremalne zjawiska opadowe w dorzeczu górnej Wis³y w latach 1995­1996. Dok. Geogr. IGiPZ PAN, 11, 11­30. C i e p i e l o w s k i A., 1970: Maksymalne wielkooeci sp³ywów jednostkowych z deszczów nawalnych. Przegl. Geogr., XV, z. 2, 179­193. C i e p i e l o w s k i A., 1973: Przegl¹d wzorów empirycznych do okreoelania maksymalnych przep³ywów letnich. Zeszyty Naukowe AR w Warszawie, Melioracje Wodne, 12. C i e p i e l o w s k i A., D ¹ b k o w s k i L., 1967: O katastrofalnym wezbraniu cieków w rejonie Che³ma Lubelskiego. Gosp. Wodna, 4, 126­127. C i e p i e l o w s k i A., D ¹ b k o w s k i L., 1968: Charakterystyka hydrologiczna skutków katastrofalnego ,,oberwania chmury" nad Rzeszowskiem w dniu 26 kwietnia 1966 roku. Przegl. Geofiz. r. XIII, z. 3, 261­272. C i e p i e l o w s k i A., D ¹ b k o w s k i L., 2006: Metody obliczeñ przep³ywów maksymalnych w ma³ych zlewniach rzecznych. Oficyna Wydawnicza Projprzem­EKO, Bydgoszcz. C y g a n M., C z u l a k J., N i e d b a ³ a J., N i e d b a ³ a J., 1997: Przep³ywy kulminacyjne i wielkooeæ odp³ywu fali powodziowej w dorzeczu górnej Nidzicy w dniach 15/16 wrzeoenia 1995 roku. Dokumentacja Geograficzna, 8, 43­53. D ê b s k i K., 1958: Odp³yw z deszczu nawalnego we wsi Piaski Szlacheckie pod Krasnymstawem w czerwcu 1956 r. Gosp. Wodna, 8, 339­342. D ê b s k i K., 1969: O potencjalnym najwy¿szym odp³ywie z krótkotrwa³ych deszczów nawalnych. Rozp. Hydrotechn. z. 23, 51­63. F a l B., 2004: Maksymalne przep³ywy rzek polskich na tle wartooeci zaobserwowanych w ró¿nych rzekach oewiata. Gosp. Wodna, 5, 188­192. G a r e t h H. Old, G r a h a m J.L., P a c k m a n J., B a r n a b y P.G., L e w i s S., H e w i t t E.J., H o l m e s M., Y o u n g A., 2003: The impact of a convectional summer rainfall event on river flow and fine sediment transport in a highly urbanized catchments: Bradford, West Yorkshire. The Science of the Total Environment 314 ­316, 495­512 G o r c z y c a E., 2004: Przekszta³canie stoków fliszowych przez procesy masowe, podczas katastrofalnych opadów (dorzecze £ososiny). Wyd. UJ, Kraków. G u t i é r r e s F., G u t i é r r e s M., S a n c h o C., 1998: Geomorphological and sedimentological analyses of catastrophic flash flood in the Areás drainage basin (Central Pyrenees, Spain). Geomorphology, 22, 265­284. G i l E., 1998: Sp³yw wody i procesy geomorfologiczne w zlewniach fliszowych podczas gwa³townej ulewy w Szymbarku w dniu 7 czerwca 1985 roku. Dok. Geogr. 11, 85­107. Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... K a s z o w s k i L., K o t a r b a A., 1975: Wp³yw katastrofalnych wezbrañ na przebieg procesów fluwialnych (na przyk³adzie potoku Kobylanka na Wy¿ynie Krakowskiej). Prace Geogr. IG PAN, 80, 5­80. K u b r a k J., N a c h l i k E. (red.), 2003: Hydrauliczne podstawy obliczania przepustowooeci koryt rzecznych. Wydawnictwo SGGW, Warszawa. L a c h J., L e w i k P., 2002: PowódY w lipcu 2001 na S¹decczyYnie i jej skutki, [w:] Z. Górka A. Jelonek (red.), Geomorfologiczne uwarunkowania rozwoju Ma³opolski, 199­204. L a m b o r J., 1938: Najwy¿sze przep³ywy w dorzeczu górnego Dniestru przy ma³ych zlewniach, Gosp. Wodna, z. 4­5, 196­309. L e n a r t W., 1993: Opad atmosferyczny, [w:] U. Soczyñska (red.), Podstawy hydrologii dynamicznej. Wyd. UW, Warszawa, 101­116. M a j e w s k i W., 2002: PowódY w Gdañsku w lipcu 2001 roku. Gosp. Wodna, z. 1, 21­23. M i k u l s k i Z. (red.), 1978: Przewodnik do æwiczeñ z hydrografii. Wydawnictwo PWN, Warszawa. N i e d b a ³ a A., S o j a R., 1998: Odp³yw z opadu nawalnego w dniu 18 maja 1996 roku w Su³oszowej. Dok. Geogr. IGiPZ PAN, 11, 31­38. N i e d Y w i e d Y T., 1997: Katastrofalny deszcz nawalny w górnej czêoeci dorzecza Nidzicy w dniu 15 wrzeoenia 1995 r. Dok. Geogr. IGiPZ PAN, 8, 38­53. N o w a k E., 2004: Metody klasyfikacji w badaniach geograficznych (analiza porównawcza). Bogucki Wyd. Nauk., Poznañ. O s t r o w s k i J., 1997: Program Ma³ych Zlewni IMGW w latach 1981­1995. Osi¹gniêcia i perspektywy. Materia³y badawcze IMGW, seria Hydrologia i Oceanografia 22, 7­50. O s t r o w s k i J., 2000: Powodzie lokalne w ma³ych zlewniach ­ istotny problem ochrony przeciwpowodziowej, [w:] Hydrotechnika III`2000. Program zabezpieczenia przeciwpowodziowego, 19­21 wrzeoenia 2000, Ustroñ 2000, 122­135 P a r c z e w s k i W., 1960: Warunki wystêpowania gwa³townych wezbrañ na ma³ych ciekach. Wiadomooeci S³u¿by Hydrologicznej i Meteorologicznej, 8, 3, 1­159. P u n z e t J., 1977: Ocena przep³ywów wielkich wód w ma³ych zlewniach górnej Wis³y. Gosp. Wodna, 6, 161­165. R o d i e r J. A., R o c h e M., 1984: Word Catalogue of Maximum Observed Floods. IAHS Publication, 143, Wallingford UK. R i b o l z i O., A u n d r i e u x P., V a l l e s V., B o u z i g u e s R., B a r i a c T., V o l t z M., 2000: Contribution of groundwater and overall flows to storm flow generation in the cultivated Mediterranean catchments. Quantification by natural chemical tracing. Journal of Hydrology 233, 241­251. S o c z y ñ s k a U., 1995: Modelowanie systemów naturalnych. Wyd. UW, Warszawa. S o j a R., 1981: Analiza odp³ywu z fliszowych zlewni Bystrzanki i Ropy (Beskid Niski). Dokumentacja Geograficzna, z. 1, 1­91. S t a w n i c k a-S t o l a r s k a A., 1963: Odp³yw z dorzecza Os³awy podczas powodzi w dniach 12­13 VII 1957. Prace i Studia KIiGW, t. 6, 197­211. S t a r k e l L., 1999: Geomorfologiczne i sedymentologiczne skutki ekstremalnych opadów w Karpatach, [w:] Hydrotechnika II'99 Sympozjum ogólnokrajowe. Wojewódzki Fundusz Ochrony OErodowiska i Gospodarki Wodnej, Katowice, 116­118. Tomasz Bryndal T e i s s e y r e A. K. 1994; Sp³yw stokowy oraz wspó³czesne osady deluwialne w lessowym regionie Henrykowa na Dolnym OEl¹sku. Prace Geologiczno Mineralogiczne XLIII, 1­200. T u r n e r-G i l l e s p i e D. F., S m i t h J.A., B a t e s P.D., 2003: Attenuating reaches and the regional flood response of an urbanizing drainage basin. Advances in Water Resources, vol. 26, 673­684. Z i ê t a r a T., 2002: Rola gwa³townych ulew i powodzi w modelowaniu rzeYby terenu oraz niszczeniu infrastruktury osadniczej w górnej czêoeci dorzecza Wis³y, [w:] Z. Górka, A. Jelonek (red.), Geomorfologiczne uwarunkowania rozwoju Ma³opolski. Wyd. UJ Kraków, 37­45. Z i o b r o ñ W., 1977: Metody statystyczne. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków. ¯ u r a w e k R., 1999: Zmiany erozyjne w dolinach rzek Sudetów K³odzkich wywo³ane powodziami w lipcu 1997 r. oraz w lipcu 1998 r. Problemy Zagospodarowania Ziem Górskich, z. 45, 45­61. SUMMARY Short duration convective rainstorm may lead to flash flooding in small basins. Design of hydro-technical infrastructure such as bridges and dams requires information about hydro-meteorological properties of a watershed. Such information is also important for flood risk management. Flood risk is among the most severe risks to life and property, and has become more frequent and severe in more economically developed basins. Lack of hydro-meteorological data concerning flash floods in small basins often results in inappropriate spatial distribution of settlements, which are inundated during flood events. It should be noted that hydrological data are available for large monitored basins. Investigation of physiographical parameters of basins where flash flooding took place has revealed that basins which suffer from flash flooding are smaller than 40 km2. Such basins are usually not monitored, which is reflected in the lack of the hydro-meteorological data. Even research program Small Basins managed by the Institute of Meteorology and Water Management, as well as data collected in experimental and research basins controlled by academic and research institutes have not resolved the problem of hydro-meteorological data shortage in small basins satisfactorily. Therefore, even though flash floods in small basins appear every year, they still remain one of the poorest recognized types of floods, specifically with regard to hydrological parameters. The goals of this study were: (1) to gather and analyse hydrological data of flash floods induced by short-duration convective rainstorms, (2) to create equation which allows to calculate the maximum peak flow in small basins affected by flash flooding. Hydrological data cover parameters described in the literature as well as the data collected by the author after flood events. The maximum discharge was calculated by the use of the slope-area method. Flood wave velocity was computed using Manning's equation. In this manner sixty-eight cases of maximum discharge were collected. Then, the maximum specific discharge was computed. The analysis was performed in relation to the Upland, Foothills and the Beskids Region as well as to the basin's area. The scattered plots and line plots were created to determine the diversity of maximum peak flow and maximum specific discharge. On the basis of the collected data the coefficients of the formula created by the Italian hydrologist F. Pagliari (Dêbski, 1969): Q = a·A/(b + A) where Q ­ discharge, A ­ basin's area, a, b ­ coefficients of the formula, were modified. In this manner, the formula was adapted for calculation of the maximum discharge in the basins smaller than 40 km2. Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... The result has indicated that on average maximum peak flow amounted to 31 m3·s­1, whereas maximum specific discharge reached 4 m3·s­1·km­2. Standard deviation and coefficient of variability have indicated that hydrological parameters varied significantly. Maximum peak flow and maximum specific discharge between 12.2­68 m3·s­1 and 2.1­8.5 m3·s­1·km­2 were observed during fifty per cent of flood events. The ranges from 5 to 40 m3·s­1 and from 0.8 to 5 m3·s­1·km­2 grouped the most of the cases. The highest values of the maximum peak flow: 260, 244 and 192.1 m3·s­1 were recorded during flood in Czerwonka, Miechówka and £opuszanka river basins. The highest values of the maximum specific discharge 37 m3·s­1·km­2 were observed during flood in Su³oszowa village, which is the highest value recorded in Poland till now. Taking into consideration the diversity of the hydrological parameters in the geographical regions it should be emphasized that maximum peak flow and maximum specific discharge reached the highest values in the upland basins. These basins had the specific discharge usually lower than 10 m3·s­1·km­2. However, in some basins this parameter exceeded 20 m3·s­1·km­2. Basins located in the Beskids region (the Carphatian Mts.) were affected by maximum peak flow and maximum specific discharge lower than 90 m3·s­1 and 11.5 m3·s­1·km­2 respectively. However, specific discharge lower than 5 m3·s­1·km­2 occurred most frequently. Foothills basins had these parameters generally lower: 35 m3·s­1 and 6.6 m3·s­1·km­2 respectively. These basins were similar in terms of specific discharge to basins located in the Beskids region. Investigation of the hydrologic parameters in respect of the basin area has revealed that basins smaller than 10 km2 were affected by floods during which the maximum flow discharge usually is lower than 20 m3·s­1. However, such basins may be affected by extraordinary flood with the maximum flow equal to 99 m3·s­1. The maximum specific discharge is usually lower than 10 m3·s­1·km­2. However, this parameter may exceed the value 19 m3·s­1·km­2, reaching the highest value equal to 37 m3·s­1·km­2 during the flood in Su³oszowa village. The amount of the data collected is still insufficient to determine the diversity of hydrological parameters in basins larger than 10 km2 properly. Therefore, the overall analysis was performed. The results have revealed that in the basins 10­20 km2 and 20­30 km2 maximum flow amounted to 13­192 m3·s­1 and 43­260 m3·s­1. This parameter varied from 85 to 244 m3·s­1 in the basins larger than 30 km2. Basins from 10 to 20 km2 had the maximum specific discharge usually lower than 10 m3·s­1·km­2. This value was exceeded only once (£opuszanka, Piaski Szlacheckie ­ 16.7 m3·s­1·km­2). The maximum specific discharge lower than 4 m3·s­1·km­2 is typical of the basins larger than 20 km2. This value was higher during Czerwonka (11.8 m3·s­1·km­2) and Miechówka (7.17 m3·s­1·km­2) flood events. Comparison between the value of the maximum peak flow observed after the flood events and those computed using equation no 2, 3 and 5 has indicated that this parameter is several times lower to the values that were observed during flood events in small basins in the world and Europe. Under Polish climate conditions the equation created by Pagliari formula with coefficients calculated by K. Dêbski (1969) fairly characterize the highest maximum flow discharge which may occur in small basins. However, in the basins larger than 10 km2 such high values occur very seldom. Therefore, the coefficient of Pagliari formula was modified. The equation has the value 143.6 A where Qmax ­ maximum discharge, A ­ basin's area (km2). The equation may be Qmax = 2.83+ A used to calculate the maximum discharge in basins smaller than 40 km2. http://www.deepdyve.com/assets/images/DeepDyve-Logo-lg.png Annales UMCS, Geographia, Geologia, Mineralogia et Petrographia de Gruyter

Hydrological parameters of flood waters caused by intense short duration rainfall in Poland

Loading next page...
 
/lp/de-gruyter/hydrological-parameters-of-flood-waters-caused-by-intense-short-WUVNujDfHm
Publisher
de Gruyter
Copyright
Copyright © 2010 by the
ISSN
0137-1983
eISSN
2083-3601
DOI
10.2478/v10066-010-0019-z
Publisher site
See Article on Publisher Site

Abstract

DOI: 10.2478/v10066-010-0019-z Tomasz Bryndal Ryc. 1. Hydrogram obrazuj¹cy przebieg wezbrania wywo³anego przez pojedynczy krótkotrwa³y intensywny opad deszczu ­ A, wywo³any przez opad nawalny poprzedzony deszczami rozlewnymi ­ B. I ­ fala wezbraniowa wywo³ana przez opad nawalny, II ­ fala wezbraniowa wywo³ana przez opad rozlewny, III ­ odp³yw bazowy The flood wave hydrogram generated as a result of intense short duration rainfall event ­ A, intense short duration rainfall event preceded by long-lasting rainfall. I ­ flood wave generated by heavy rainstorm, II - flood wave generated by long lasting rainfall, III ­ base outflow pochodz¹ce z lokalnych ulew (Starkel 1999). Wezbrania takie obejmuj¹ zlewnie o powierzchni kilkudziesiêciu km2 i trwaj¹ od kilkunastu do kilkudziesiêciu godzin (ryc. 1B). Mo¿na do nich zaliczyæ np. wezbranie Uszwicy i £ososiny 9 lipca 1997 roku (Gorczyca 2004), Kamienicy Nawojowskiej, £ubianki i £êgowianki w lipcu 2001 roku (Lach, Lewik 2002), Wilczki w lipcu w latach 1997 i 1998 (¯urawek 1999) lub Kalniczki i Hoczewki w lipcu 2005 roku (obserwacje w³asne). Przy projektowaniu zabudowy hydrotechnicznej wymagana jest znajomooeæ warunków hydrologiczno-meteorologicznych w danym terenie (Ciepielowski 1970; Ciepielowski, D¹bkowski 2006). W du¿ych zlewniach istnieje materia³ obserwacyjny, który pozwala ustaliæ okreoelone charakterystyki hydrologiczne. Natomiast w ma³ych zlewniach, przewa¿nie pozbawionych obserwacji, informacje hydrologiczne pozyskuje siê metodami pooerednimi (Ciepielowski, D¹bkowski 2006). Nale¿y do nich miêdzy innymi metoda analogii hydrologicznej, któr¹ stosuje siê w przypadku, gdy istnieje podobieñstwo pomiêdzy zlewniami kontrolowan¹ i niekontrolowan¹. Stosowane s¹ równie¿ metody statystyczne, symulacyjne, zale¿nooeci typu opad-odp³yw, które opieraj¹ siê na znajomooeci procesów obiegu wody i parametrów fizycznogeograficznych zlewni (Ciepielowski, D¹bkowski 2006). Zastosowanie tych metod wymaga odpowiednich danych meteorologicznych i hydrologicznych, które dla ma³ych zlewni nie zawsze mo¿na pozyskaæ. W przypadku braku danych hydrometrycznych mo¿na zastosowaæ wzory empiryczne, które s¹ wyprowadzone na podstawie analizy Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... zale¿nooeci miêdzy wybranymi cechami zlewni a parametrami hydrologicznymi. W miarê gromadzenia materia³u hydrologicznego powinny byæ one co pewien czas weryfikowane (Punzet 1977). Pomimo i¿ gwa³towne wezbrania w ma³ych zlewniach wystêpuj¹ niemal rokrocznie, to spooeród wszystkich genetycznych typów wezbrañ wci¹¿ pozostaj¹ stosunkowo najs³abiej poznane. A. Niedba³a i R. Soja (1998) twierdz¹: ,,Znikomo ma³a ilooeæ materia³u nie pozwala na przybli¿on¹ chocia¿by regionalizacjê tego niezmiernie wa¿nego gospodarczo zjawiska. Nie mo¿na powiedzieæ, czy wezbrania w obszarze wy¿ynnym s¹ czêstsze ni¿ w Karpatach i czy osi¹gaj¹ wiêksze rozmiary lub odwrotnie". Stosunkowo s³abe poznanie tych zjawisk by³o impulsem do podjêcia badañ nad gwa³townymi wezbraniami. Szczególn¹ uwagê pooewiêcono parametrom hydrologicznym. W niniejszej pracy dokonano analizy zró¿nicowania natê¿enia przep³ywu maksymalnego oraz natê¿enia maksymalnego odp³ywu jednostkowego dla 50 gwa³townych wezbrañ, które wyst¹pi³y w zlewniach o powierzchni mniejszej od 40 km2. Granica ta by³a podyktowana wynikami badañ nad parametrami fizjograficznymi zlewni w Karpatach i na wy¿ynach, w których wyst¹pi³y tego typu zdarzenia (Bryndal 2008). Wskazano na maksymalne wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego oraz maksymalnego odp³ywu jednostkowego w zlewniach wy¿ynnych, pogórskich i beskidzkich. Wartooeci przep³ywu maksymalnego, które wyst¹pi³y podczas wezbrañ, porównano z wartooeciami obliczonymi przy pomocy wzorów empirycznych, które umo¿liwiaj¹ oszacowanie tego parametru w ma³ych zlewniach na oewiecie, w Europie i Polsce. W oparciu o zebrany materia³ hydrologiczny badano zale¿nooeæ statystyczn¹ pomiêdzy natê¿eniem przep³ywu maksymalnego a powierzchni¹ zlewni oraz zweryfikowano wyznaczone przez K. Dêbskiego (1969) wspó³czynniki formu³y Pagliariego na obliczanie potencjalnego przep³ywu maksymalnego ma³ych rzek Polski. M AT E R I A £ Y I ME TO D Y Wiêkszooeæ ma³ych zlewni, w których mog¹ wyst¹piæ gwa³towne wezbrania, nie jest objêta sieci¹ monitoringu hydrometeorologicznego. Przek³ada siê to na bardzo ograniczone mo¿liwooeci pozyskiwania danych hydrologicznych i meteorologicznych. ród³em informacji hydrologicznej mog¹ byæ dane pozyskane w toku realizacji programu Ma³ych Zlewni IMGW (Ostrowski 1997) albo dane zebrane w ma³ych zlewniach eksperymentalnych ooerodków uniwersyteckich lub instytutów badawczych. Trzeba jednak zaznaczyæ, ¿e liczba badanych zlewni, których powierzchnia jest mniejsza od 40 km2, jest ma³a (Ostrowski 1997). Tomasz Bryndal Wydaje siê, ¿e prowadzone obserwacje dostarczy³y stosunkowo ma³o danych hydrometeorologicznych dla gwa³townych wezbrañ, które spowodowa³y lokalne powodzie w zlewniach o powierzchni mniejszej od 40 km2, o czym mo¿e oewiadczyæ np. zestawienie najwy¿szych jednostkowych odp³ywów rzek polski z uwzglêdnieniem danych pozyskanych w programie Ma³ych Zlewni IMGW (Ostrowski 2000). Dlatego najczêoeciej jedynym Yród³em informacji hydrologicznej o gwa³townych wezbraniach s¹ dane uzyskane post factum, na podstawie pomiarów geodezyjnych i obliczeñ hydraulicznych. Nale¿y jednak zaznaczyæ, ¿e liczba tego typu danych jest równie¿ niewielka. Najprawdopodobniej jest to spowodowane kosztownooeci¹ prowadzonych badañ, w wyniku których otrzymuje siê dosyæ ograniczon¹ ilooeæ informacji o danym wezbraniu. W zlewniach niekontrolowanych w wyniku prac terenowych mo¿na uzyskaæ tylko jeden parametr wezbrania, czyli natê¿enie przep³ywu maksymalnego w danym profilu pomiarowym, który trudno jest powi¹zaæ z niewiadomymi danymi o opadzie i przebiegu wezbrania (Niedba³a, Soja 1998). St¹d te¿ w literaturze rzadko mo¿na znaleYæ opracowania pojedynczych wezbrañ w ma³ych zlewniach, dla których obliczono parametry hydrologiczne. Zajmowali siê tym miêdzy innymi: A. Ciepielowski (1970); A. Ciepielowski i L. D¹bkowski (1967, 1968); M. Cygan i in. (1997); H. Gareth i in. 2003, F. Gutieres i in. (1998), K. Dêbski (1958); E. Gil (1998); A. Majewski (2002); A. Niedba³a i R. Soja (1998); A. Ribolzi i in. 2000, A. Stawnicka-Stolarska (1963), D. Turner-Gillespie i in. (2003). Syntetyczne ujêcie tematu zró¿nicowania parametrów hydrologicznych gwa³townych wezbrañ w ma³ych zlewniach w Polsce zawieraj¹ prace K. Dêbskiego (1969), A. Ciepielowskiego (1970), T. Bryndala (2009a, b), T. Bryndala i in. (2008). W tym opracowaniu wykorzystano dane hydrologiczne opublikowane w literaturze jak równie¿ zgromadzone w wyniku w³asnych badañ. Zgromadzony materia³ obejmuje piêædziesi¹t wezbrañ. £¹cznie zebrano szeoeædziesi¹t osiem wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego (tab. 1). Nastêpnie obliczono maksymalne natê¿enie odp³ywu jednostkowego. Analizowane wezbrania wyst¹pi³y g³ównie na Wy¿ynach Ma³opolskiej i Lubelskiej oraz w Karpatach (ryc. 2). Pojedyncze przypadki pochodz¹ z innych regionów fizycznogeograficznych. Zlewnia Potoku Pó³nocnego po³o¿ona jest w obrêbie Przedgórza Sudeckiego, zlewnia rzeki Kacza jest na granicy Pobrze¿a Gdañskiego oraz Pojezierza Kaszubskiego, a zlewnia w Krzemienicy w obrêbie Podgórza Rzeszowskiego w Kotlinie Sandomierskiej. W badaniach starano siê uwzglêdniæ wezbrania, które by³y spowodowane ,,pojedynczym" opadem przelotnym trwaj¹cym do kilku godzin w zlewniach o powierzchni do 40 km2. Starano siê wykluczyæ przypadki, w których fala wezbraniowa powsta³a w wy- Tab. 1. Parametry hydrologiczne gwa³townych wezbrañ w zlewniach o powierzchni mniejszej od 40 km2 Hydrological parameters of flash floods in the basins smaller than 40 km2 Lp. No Data Date Nazwa cieku River name Przekrój pomiarowy Cross section name Powierzchnia zlewni do Qmax przekroju m3·s­1 Basin area km2 qmax m3·s­1·km2 ród³o Reference 1 prawdopodobnie Gdynia ­ Kack Miechów Czerwonka Piaski Szlacheckie* prawdopodobnie ujoecie cieku do Wieprza 0,8 4,1 9,7 13,7 9,2 13,4 31,1 3,22 przy po³¹czeniu z rz. Tarnawk¹ Do³¿yca Kalnica, prawdopodobnie powy¿ej miejscowooeci Mokre Poni¿ej miejscowooeci Czystohorb po po³¹czeniu z potokiem Radoszanka (dawna Barbora) Wojs³awice 15,5 28,8 42,6 37,8 9,3 67 84,5 7,82 11,5 192,1 22,1 260 34 244 7,15 11,8 16,7 19,4 7,07 4,39 2,76 1,01 4,7 2,71 2,44 ok. 11,1 111 10 13/14 V 1936 Grodarz prawdopodobnie ujoecie do Wis³y 3,66 Ciepielowski 1970 Ciepielowski 1970; Dêbski 1969 Dêbski 1969 Parczewski 1960 Dêbski 1958 Dêbski 1958 16 V 1937 Kacza 22 V 1937 Miechówka 19 V 1941 Czerwonka 23 VI 1948 £opuszanka 16/17 VIII 1949 potok bez nazwy w rejonie Izbicy Kalniczka Do³¿yca Tarnawka 12/13 VII 1957 Borowiec Ciepielowski 1970; Stawnicka-Stolarska 1963 Barbarka Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Os³awica 28 V 1965 ciek bez nazwy p³yn¹cy od miejscowooeci Trooecianka Ciepielowski i D¹bkowski, 1967 14 Kobylany Krzemienica brak danych Zabartówka ujoecie do rz. Wy¿nicy w Dzierzkowicach 4,6 2,8 3 15,6 7,64 2,68 5,2 Soja 1981 ujoecie potoku do Ropy ujoecie do Ropy** Henryków OEladów P5*** P6*** P7*** P8*** P9*** ujoecie do rz. Nidzicy 6,5 2,2 23,2 29,8 32,3 33,7 38,6 20 2,2 16,29 75 5 83,2 102 119 125 134 33,6 9,0 11,5 2,2 3,59 3,42 3,68 3,71 3,47 1,68 Cygan i in. 1998 Gil 1998 Teisseyre 1994 8,6 1,88 oerodkowa czêoeæ ok. 1,5 km od ujoecia ujoecie potoku do Sêkówki 14,35 31,3 2,18 5 32,7 6,55 5,8 99,2 17,1 6,4 7,8 1,21 Kaszowski, Kotarba 1970 28 V 1965 ciek bez nazwy p³yn¹cy od miejscowooeci Majdan Stary Kukawka 11,6 12,8 1,04 Ciepielowski i D¹bkowski, 1967 27 VI 1965 Potok Kobylañski ciek bez nazwy w Krzemienicy 26 IV 1966 ciek bez nazwy, p³yn¹cy spod miejscowooeci B³êdówka Ciepielowski, D¹bkowski 1968; Ciepielowski 1970 Ryjak w Zabartówce 15 VI 1969 sucha dolina w miejscowooeci Dzierzkowice Burczyñski, Wojtanowicz 1969 potok bez nazwy, Siary, przysió³ek Rzemieszka Tomasz Bryndal 5 VIII 1973 potok bez nazwy w Szymbarku, p³yn¹cy spod Bartniej Góry, przysió³ek Pod Lasem 7 VI 1985 Bielanka 20 V 1990 Potok Pó³nocny Kalinka 15 IX 1995 Niæka Su³oszowa III P1*** 1 1,98 2,63 2,86 4,80 9,91 11,24 12,23 17,15 17,63 2 3,24 2,5 1,78 8,7 4,6 Bia³a Ni¿na 4,8 30 11 8 6 15 5,5 24 32,5 69 83,1 6,79 4,02 1,84 15 3,4 2,3 Bryndal i in. 2008 Zapolice, P2*** Zakrzew, P3*** powy¿ej centrum miejscowooeci 3,3 2,6 1,2 5 Bryndal 2003 Bryndal 2006 Cabaj, Ciupa 2001 77,7 6,91 66,1 6,67 38,9 8,1 72,2 25,2 Niedba³a, Soja 1998 66 25,1 50,8 25,6 37 37 P2*** P3*** P4*** Su³oszowa I P5*** P6*** P7*** P8*** P9*** P10*** Pa³ecznica, powy¿ej centrum Granice, P4*** Wola Malowana, P1*** sucha dolina, miejscowooeci Su³oszowa III 18 V 1996 sucha dolina, Yród³owa czêoeæ rz. Pr¹dnik 4 IV 2000 potok bez nazwy w Pa³ecznicy** sucha dolina, Yród³owa czêoeæ rz. Lucia¿ sucha dolina, Yród³owa czêoeæ rz. OEmigi 13 V 2003 sucha dolina, Yród³owa czêoeæ rz. Widawki sucha dolina, Yród³owa czêoeæ rz. OEwiêtojanki Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... 9 VI 2003 ciek bez nazwy w Gromniku Bia³a 18 VII 2004 Sudo³ 35 Wola Podleoena, P1*** Lubcza S³otowa Pilzno Zagórze Jab³onka Niebocko Niebocko Szynwa³d Górny £êki Górne Zalasowa Sucha Beskidzka Su³kowice Radziemice, P1*** Radziemice, P2*** Radziemice, P3*** 10 16,6 5,2 6,2 23 1,99 2,49 5,19 8,3 3,6 16,50 14,30 20,8 13,2 10,2 11,7 43 53,9 58 53,4 9,3 15,8 1,66 4,58 1,68 2,1 0,8 6 1,9 1,9 27,1 23,3 10,3 Bryndal i in. 2008 Bryndal 2006 4,1 6,3 1,5 7,5 35 4,6 6 10,2 1,7 13,1 14 1,1 8,0 8,0 1,0 Bryndal i in. 2008 18 VII 2004 ciek bez nazwy w miejscowooeci Grybów Grybów 1,4 10,2 7,3 Bryndal 2006 19 VII 2004 sucha dolina, Yród³owa czêoeæ rz. Miechówki** Wolanka ciek bez nazwy w miejscowooeci S³otowa 20 VIII 2004 ciek bez nazwy w miejscowooeci Pilzno ciek bez nazwy w miejscowooeci Zagórze OEwinka Tomasz Bryndal 3 V 2005 ciek bez nazwy w miejscowooeci Niebocko ciek bez nazwy w miejscowooeci Niebocko ­ Grabownica W¹tok 5 VII 2005 Dulcza Zalasówka 3 VIII 2005 Zasepnica 48 24 VIII 2005 Targanice 20 IX 2006 potok bez nazwy w Radziemicach Pa³ecznica, P1*** Pa³ecznica, P2*** Bryndal i in. 2008 Pa³ecznica, P3*** Pa³ecznica, P4*** 2,36 16,5 7,0 2,05 31 15,1 1,19 9,1 7,6 0,59 22,0 20 IX 2006 potok bez nazwy w Pa³ecznicy Qmax ­ natê¿enie przep³ywu maksymalnego, qmax ­ maksymalny odp³yw jednostkowy, * profil powy¿ej Ostrzycy, ** parametry wezbrania odniesione zosta³y do dolnej czêoeci zlewni, która istotnie wp³ynê³a na rozmiary wezbrania, poniewa¿ znajdowa³a siê w obszarze silnych opadów, *** numery profili zgodne z numeracj¹ w opracowaniu Yród³owym Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Qmax ­ maximum discharge; qmax ­ maximum specific discharge; * cross section over Ostrzyca, ** parameters of flood related to the lower part of the basin, which influenced flood formation predominantly due to the fact that this part of basin was affected by heavy rainstorm, *** numbers of cross section are in accordance with cross section numbers in the reference books Tomasz Bryndal Ryc. 2. Przestrzenne rozmieszczenie zlewni, w których badano parametry hydrologiczne gwa³townych wezbrañ. P.S. ­ Przedgórze Sudeckie, K.O. ­ Kotlina Ooewiêcimska. 1 ­ po³o¿enie zlewni, 2 ­ granica pomiêdzy Pogórzem Karpackim a Beskidami, 3 ­ granice regionów fizycznogeograficznych Spatial distribution of basins where hydrological parameters were investigated. P.S. ­ Sudety Foothills, K.O. ­ Ooewiêcimska Basin. 1 ­ basins, 2 ­ the boundary between the Carpathian Foothills and the Beskids region, 3 ­ the boundary of the geographical regions niku opadu nawalnego nak³ada³a siê na wysok¹ falê uformowan¹ przez opady rozlewne. Poniewa¿ wezbrania wyst¹pi³y w zlewniach pozbawionych posterunków hydrologicznych, parametry wezbrania wyznaczono na podstawie zapisu oeladów wezbrania. Materia³ hydrologiczny zbierano zgodnie z istniej¹cymi zaleceniami (Przewodnik... 1978). Bezpooerednio po wezbraniu dokumentowano zasiêg wielkiej wody, a nastêpnie prowadzono odpowiednie pomiary geodezyjne. Natê¿enie przep³ywu maksymalnego obliczano wg wzoru: Qmax = P×v 3 ­1 (1) gdzie: Qmax ­ natê¿enie przep³ywu maksymalnego (m ×s ), P ­ pole powierzchni przekroju (m2), v ­ prêdkooeæ wody (m×s­1) obliczona wg wzoru Manniga (Hydrauliczne... 2003). Pole przekroju mierzono w miejscu, gdzie przep³yw wody nie by³ zak³ócany przez przeszkody terenowe. Analizê zró¿nicowania parametrów hydrologicznych prowadzono w ujêciu regionalnym oraz w odniesieniu do powierzchni zlewni. Obserwacje zestawiono w formie ci¹gu rosn¹cego, wykonano histogramy i wykresy skrzynkowe oraz obliczono podstawowe statystyki opisowe rozk³adów. Pozwoli³o to okreoeliæ zró¿nicowanie parametrów wezbrañ. Podczas analizy statystycznej badano ca³¹ zbiorowooeæ, nie wy³¹czaj¹c obserwacji odstaj¹cych i ekstremalnych. Zgodnie Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... z zaleceniem (Nowak 2004) parametry, dla których wspó³czynnik zmiennooeci by³ wy¿szy od 50%, charakteryzowano w oparciu o miary pozycyjne. WYNIKI I DYSKUSJA Z R Ó ¯ N I C O WA N I E PA R A M E T R Ó W H Y D R O L O G I C Z N Y C H Ryciny 3 i 4 prezentuj¹ zró¿nicowanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego oraz maksymalnego odp³ywu jednostkowego. OErednio wartooeci tych parametrów wynosz¹ odpowiednio ok. 31 m3·s­1 i 4 m3·s­1·km­2. Miary zmiennooeci wskazuj¹ na silne zró¿nicowanie parametrów. W po³owie analizowanych przypadków przep³yw maksymalny i odp³yw jednostkowy zawieraj¹ siê odpowiednio w przedzia³ach 12,2­68 m3·s­1 i 2,1­8,5 m3·s­1·km­2. Najczêoeciej mieszcz¹ siê w przedzia³ach 5­40 m3·s­1 oraz 0,8­5 m3·s­1·km­2. Kolejne przedzia³y (ryc. 3B, 4B) grupuj¹ du¿o ni¿sz¹ liczbê obserwacji. Na tle analizowanej zbiorowooeci wyró¿niaj¹ siê wezbrania Czerwonki, Miechówki oraz £opuszanki, podczas których odnotowano przep³yw maksymalny rzêdu 260, 244 oraz 192,1 m3·s­1 (ryc. 3A). Wysokie wartooeci przep³ywu (powy¿ej 99 m3·s­1), wyst¹pi³y równie¿ podczas wezbrañ Kalinki, rzeki Kacza w Gdyni, potoku Grodarz w Kazimierzu Dolnym oraz potoku bez nazwy w Krzemienicy (ryc. 3A). Pod wzglêdem odp³ywu jednostkowego wyró¿nia siê wezbranie w suchej dolinie w miejscowooeci Su³oszowa III, podczas którego zanotowano odp³yw jednostkowy w wysokooeci 37 m3·s­1. Jest to do tej pory najwy¿sza wartooeæ odnotowana w Polsce. Wysokie wartooeci odp³ywu jednostkowego, przekraczaj¹ce 20 m3·s­1·km­2, wyst¹pi³y podczas wezbrañ w Pa³ecznicy, Radziemicach i Su³oszowej (ryc. 4A). Analizuj¹c zró¿nicowanie parametrów hydrologicznych w nawi¹zaniu do regionu fizycznogeograficznego nale¿y zwróciæ uwagê na znaczne ró¿nice w liczebnooeci wezbrañ w poszczególnych regionach. Najliczniej reprezentowane s¹ zlewnie wy¿ynne (39 przypadków), podczas gdy zlewnie beskidzkie i pogórskie s¹ reprezentowane przez 11 i 15 przypadków. Zgromadzone na obecnym etapie badañ dane hydrologiczne pozwalaj¹ tylko na bardzo ogóln¹ analizê zró¿nicowania parametrów w regionach. Ryciny 5 i 6 wskazuj¹, ¿e zarówno pod wzglêdem wielkooeci przep³ywu maksymalnego, jak równie¿ odp³ywu jednostkowego wyró¿niaj¹ siê zlewnie wy¿ynne. W zlewniach tych wartooeæ odp³ywu jednostkowego najczêoeciej nie przekracza 10 m3·s­1·km­2. Jednak¿e w kilkunastu przypadkach notuje siê odp³yw jednostkowy wy¿szy od 20 m3·s­1·km­2. W Karpatach w zlewniach beskidzkich natê¿enie przep³ywu maksymalnego podczas gwa³townych wezbrañ nie przekracza 90 m3·s­1, a maksymalny odp³yw jednostkowy osi¹ga 11,5 m3·s­1·km­2. Najczêoeciej jest on Tomasz Bryndal Ryc. 3. Zró¿nicowanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego podczas gwa³townych wezbrañ w zlewniach mniejszych od 40 km2 w formie ci¹gu rosn¹cego ­ A, histogramu ­ B, wykresu typu ramka w¹sy ­ C Diversity of the maximum discharge during flash floods in basins smaller than 40 km2 presented as: ascending series ­ A, histogram ­ B, box and whisker plot ­ C Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Ryc. 4. Zró¿nicowanie maksymalnego odp³ywu jednostkowego podczas gwa³townych wezbrañ w zlewniach mniejszych od 40 km2 w formie uporz¹dkowanego ci¹gu rosn¹cego ­ A, histogramu ­ B, wykresu typu ramka w¹sy ­ C Diversity of the maximum specific discharge during flash floods in basins smaller than 40 km2 presented as: ascending series ­ A, histogram ­ B, box and whisker plot ­ C Tomasz Bryndal Ryc. 5. Zró¿nicowanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego w regionach Diversity of the maximum discharge with regard to regions Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Ryc. 6. Zró¿nicowanie maksymalnego odp³ywu jednostkowego w regionach Diversity of the maximum specific discharge with regard to regions Tomasz Bryndal jednak ni¿szy od 5 m3·s­1·km­2. Nale¿y zaznaczyæ, ¿e szeoeæ spooeród dziewiêciu analizowanych wezbrañ powsta³o w wyniku jednego opadu, zatem wyniki tej analizy trzeba traktowaæ z du¿¹ ostro¿nooeci¹. W zlewniach pogórskich natê¿enia przep³ywu maksymalnego i odp³ywu jednostkowego s¹ nieco ni¿sze i nie przekraczaj¹ odpowiednio 35 m3·s­1 i 6,6 m3·s­1·km­2. Podobnie jak w zlewniach beskidzkich odp³yw jednostkowy nie przekracza 5 m3·s­1·km­2 (ryc. 6). W pozosta³ych regionach fizycznogeograficznych liczba wezbrañ, dla których dysponujemy parametrami hydrologicznymi, jest za ma³a, aby na jej podstawie wyprowadzaæ istotne wnioski dotycz¹ce przestrzennego zró¿nicowania. Podczas wezbrania w Krzemienicy (99,2 m3·s­1) w Kotlinie Sandomierskiej odnotowano nieznacznie wy¿sze natê¿enie przep³ywu maksymalnego ni¿ podczas wezbrañ, które wyst¹pi³y w Beskidach. Wezbranie rzeki Kacza na Pojezierzu przewy¿sza³o pod wzglêdem przep³ywu wezbrania odnotowane w Beskidach, na Pogórzu i w Kotlinie Sandomierskiej. Istotne jest okreoelenie zró¿nicowania parametrów hydrologicznych wezbrañ w stosunku do wielkooeci zlewni (ryc. 7A, 8A). Nale¿y równie¿ zwróciæ uwagê na znaczne ró¿nice liczebnooeci wezbrañ w zlewniach o okreoelonych przedzia³ach powierzchni. Najliczniej reprezentowane s¹ zlewnie mniejsze od 10 km2. W miarê wzrostu powierzchni zlewni liczba obserwacji maleje. W zlewniach o powierzchni mniejszej od 10 km2 dominuj¹ wezbrania, w których natê¿enie przep³ywu maksymalnego jest mniejsze od 20 m3·s­1. Notowano jednak¿e przep³ywy osi¹gaj¹ce nawet 99 m3·s­1 (ryc. 7A). W zlewniach o takiej powierzchni odnotowano najwy¿sze wartooeci odp³ywu jednostkowego. W kilkunastu przypadkach przekroczy³y one wartooeæ 19 m3·s­1·km­2, osi¹gaj¹c maksimum równe 37 m3·s­1·km­2 podczas wezbrania w Su³oszowej. Najczêoeciej jednak maksymalny odp³yw jednostkowy jest ni¿szy od 10 m3·s­1·km­2. Liczba zgromadzonego materia³u dla zlewni wiêkszych od 10 km2 jest zbyt ma³a, aby formu³owaæ istotne wnioski dotycz¹ce ich zró¿nicowania. Rycina 7A dowodzi, ¿e natê¿enie przep³ywu maksymalnego zmienia siê w szerokim przedziale. W zlewniach o powierzchni 10­20 km2 oraz 20­30 km2 przyjmuje on odpowiednio wartooeci 13­192 m3·s­1 i 43­260 m3·s­1. W zlewniach wiêkszych od 30 km2 parametr ten waha siê od ok. 85 do 244 m3·s­1. Odp³yw jednostkowy w zlewniach o powierzchni 10­20 km2 tylko w jednym przypadku (£opuszanki w Piaskach Szlacheckich ­ 16,7 m3·s­1·km­2) przekroczy³ wartooeæ 10 m3·s­1·km­2. W zlewniach wiêkszych od 20 km2 parametr ten by³ zwykle ni¿szy od 4 m3·s­1·km­2. Tylko podczas wezbrañ Czerwonki (11,8 m3·s­1·km­2) oraz Miechówki (7,17 m3·s­1·km­2) wartooeæ ta zosta³a przekroczona (ryc. 7A). Podjêto równie¿ próbê okreoelenia zró¿nicowania parametrów hydrologicznych w zlewniach wy¿ynnych, beskidzkich i pogórskich przy uwzglêdnieniu ich Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Ryc. 7. Zró¿nicowanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego w nawi¹zaniu do powierzchni zlewni: dla ogó³u wezbrañ ­ A, dla wezbrañ w zlewniach beskidzkich ­ B, pogórskich ­ C, wy¿ynnych ­ D Diversity of the maximum discharge versus to basin's area presented to: all floods events ­ A, floods in the Beskids region ­ B, floods in foothills region ­ C, floods in upland region ­ D Tomasz Bryndal Ryc. 8. Zró¿nicowanie maksymalnego odp³ywu jednostkowego w nawi¹zaniu do powierzchni zlewni dla ogó³u wezbrañ ­ A, dla wezbrañ w zlewniach beskidzkich ­ B, pogórskich ­ C, wy¿ynnych ­ D Diversity of the maximum discharge versus to basin's area presented to: all floods events ­ A, floods in the Beskids region ­ B, floods in foothills region ­ C, floods in upland region ­ D Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... wielkooeci (ryc. 7B, C, D; 8B, C, D). Nale¿y jednak zaznaczyæ, i¿ na obecnym etapie badañ ilooeæ zgromadzonego materia³u jest wci¹¿ zbyt ma³a, aby móc formu³owaæ istotne wnioski co do tego zagadnienia. Dotyczy to zw³aszcza zlewni pogórskich i beskidzkich o powierzchni powy¿ej 10 km2. W zlewniach wy¿ynnych mniejszych od 10 km2 natê¿enie przep³ywu osi¹ga wartooeæ od 8 do 37 m3·s­1, a maksymalny odp³yw jednostkowy wzrasta stopniowo od 1 do 28 m3·s­1·km­2, osi¹gaj¹c maksimum równe 37 m3·s­1·km­2. W zlewniach beskidzkich o powierzchni poni¿ej 10 km2 w wiêkszooeci analizowanych wezbrañ natê¿enie przep³ywu by³o ni¿sze od 40 m3·s­1. Tylko podczas jednego wezbrania przep³yw osi¹gn¹³ wartooeæ 75 m3·s­1. Odp³yw jednostkowy w tych zlewniach stopniowo wzrasta od 1 do 11,5 m3·s­1·km­2. W zlewniach pogórskich o powierzchni mniejszej od 10 km2 natê¿enie przep³ywu maksymalnego rzadko przekracza 21 m3·s­1. Tylko w dwóch przypadkach parametr ten przekroczy³ 30 m3·s­1. Maksymalny odp³yw jednostkowy jest zró¿nicowany i wynosi od ok. 1 do 6,55 m3·s­1·km­2 (ryc. 8D). W zlewniach wy¿ynnych o powierzchni od 10 do 20 km2 przep³yw maksymalny waha siê od ok. 13 do 192 m3·s­1, a maksymalny odp³yw jednostkowy jest w wiêkszooeci przypadków ni¿szy od 7 m3·s­1·km­2. Zosta³ on przekroczony tylko raz podczas wezbrania £opuszanki w Piaskach Szlacheckich ­ 16,7 m3·s­1·km­2. W zlewniach o powierzchni 20­30 km2 notuje siê przep³ywy maksymalne z przedzia³u od 33 do 260 m3·s­1, natomiast w zlewniach wiêkszych natê¿enie przep³ywu wynosi od 134 do 244 m3·s­1 (ryc. 7B). Wartooeci odp³ywu jednostkowego w zlewniach o powierzchni wiêkszej od 20 km2 najczêoeciej s¹ ni¿sze od 4 m3·s­1·km­2. Wartooeæ ta zosta³a przekroczona dwukrotnie podczas wezbrañ Czerwonki i Miechówki (ryc. 8B). Zlewnie karpackie o powierzchni przekraczaj¹cej 10 km2 s¹ reprezentowane tylko przez siedem wartooeci. W Beskidach (4 przypadki) przep³yw maksymalny waha siê od ok. 38 do 85 m3·s­1, podczas gdy odp³yw jednostkowy mieoeci siê w przedziale od 2 do 4,7 m3·s­1·km­2 (ryc. 7C, 8C). W zlewniach pogórskich (3 przypadki) przep³yw maksymalny wynosi od 13 do 31 m3·s­1, podczas gdy odp³yw jednostkowy wynosi od ok. 1 do 6,55 m3·s­1·km­2 (ryc. 7D, 8D). GRANICE MAKSYMALNYCH PRZEP£YWÓW RZECZNYCH W MA£YCH ZLEWNIACH ­ RÓWNANIA EMPIRYCZNE Oszacowanie przep³ywu maksymalnego w ma³ych zlewniach umo¿liwiaj¹ wzory empiryczne. S¹ to zale¿nooeci, które najczêoeciej ujmuj¹ relacjê pomiêdzy powierzchni¹ zlewni a natê¿eniem przep³ywu maksymalnego. Istnieje kilka równañ, które umo¿liwiaj¹ oszacowanie tego parametru w ma³ych zlewniach, przy czym, granice ,,ma³ej zlewni" nie s¹ jednoznacznie zdefiniowane. Tomasz Bryndal J.A. Rodier i M. Roche (1984) na podstawie danych o natê¿eniu przep³ywu maksymalnego zestawionych w Word Catalogue of Maximum Observed Floods opracowali równanie, które umo¿liwia oszacowanie przep³ywu maksymalnego w zlewniach o powierzchni mniejszej od 90 km2. Ma ono postaæ nastêpuj¹c¹: Qmax = 100·A0,8 3 ­1 (2) gdzie: Qmax ­ natê¿enie przep³ywu maksymalnego m ·s ; A ­ powierzchnia zlewni w km2. Równanie to zosta³o opracowane na podstawie najwiêkszych wezbrañ odnotowanych na oewiecie i mo¿e byæ stosowane niezale¿nie od regionu geograficznego. Andrzej Ciepielowski (1973) opracowa³ równanie, które wyra¿a najwiêksze przep³ywy w warunkach europejskich. Równanie to mo¿e byæ stosowane w zlewniach mniejszych od 150 km2. Przyjmuje ono postaæ: Qmax = 85,7·A(A+1)­0,3667 (3) (oznaczenia jak we wzorze 2). Na podstawie analizy danych o natê¿eniu przep³ywów maksymalnych dla 533 rzek europejskich i tureckich o powierzchni od 0,4 do 1 350 000 km2 A. Bartnik i P. Jokiel (2007) opracowali równanie: 1/logQ= 0,248+0,483·exp[­log(A)] (4) gdzie: logQ ­ przep³yw maksymalny m3s­1, A ­ powierzchnia zlewni. Równanie to umo¿liwia okreoelenie przep³ywu maksymalnego dla dowolnej rzeki europejskiej (Bartnik, Jokiel 2007). W Polsce opracowano kilka równañ, które ujmowa³y zale¿nooeæ pomiêdzy powierzchni¹ zlewni a natê¿eniem przep³ywu maksymalnego podczas pojedynczych wezbrañ. Powsta³ wzór Lambora (1938) do obliczania przep³ywu maksymalnego w ma³ych zlewniach górnej czêoeci dorzecza Dniestru, w podobny sposób ujê³a zale¿nooeæ pomiêdzy powierzchni¹ zlewni i przep³ywem maksymalnym A. Stawnicka-Stolarska (1963) podczas wezbrania Os³awy. Wyprowadzone zale¿nooeci maj¹ zastosowanie regionalne, ograniczone najczêoeciej do okreoelonego dorzecza. Dane hydrologiczne zebrane z wezbrañ, które wyst¹pi³y w ró¿nych regionach kraju, by³y podstaw¹ opracowania ,,ponadregionalnych" wzorów empirycznych, umo¿liwiaj¹cych oszacowanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego w ma³ych zlewniach. Zale¿nooeæ tak¹ opracowa³ K. Dêbski (1969), korzystaj¹c z metody zaproponowanej przez w³oskiego hydrologa F. Pagliariego. Uogólnione równanie Pagliariego ma postaæ: Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... (5) Q= aA b+ A gdzie: Q ­ natê¿enie przep³ywu m3×s­1, A ­ powierzchnia zlewni km2, a, b ­ wspó³czynniki równania. Autor (1969), analizuj¹c 10 przypadków gwa³townych wezbrañ w zlewniach o powierzchni 0,8­269 km2, okreoeli³ potencjalny najwiêkszy przep³yw z krótkotrwa³ych deszczów nawalnych. Równanie przyjê³o postaæ: 361A (6) Q max = 12,2 + A (oznaczenia jak we wzorze 5). Wed³ug A. Ciepielowskiego i L. D¹bkowskiego (2006) wzór ten wskazuje na maksimum maksimorum przep³ywu na terenie Polski, a przep³ywy maksymalne obliczane metodami probabilistycznymi powinny byæ porównywane, aby wiedzieæ, czy taki przep³yw w warunkach polskich jest realny i czy ju¿ wystêpowa³. Podobny charakter ma równanie opracowane przez B. Fal (2004). Autorka na podstawie ooemiu danych o przep³ywie maksymalnym zestawionych przez A. Ciepielowskiego (1970) opracowa³a równanie regresji, które umo¿liwia oszacowanie wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego w zlewniach mniejszych od 50 km2. Ma ono nastêpuj¹c¹ postaæ: Qmax = 22,4·A0,727 (7) (oznaczenia jak we wzorze 2). Na rycinie 9 zestawiono wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego, które odnotowano podczas gwa³townych wezbrañ, oraz krzywe, które wykreoelono na podstawie równañ empirycznych. Zestawienie wskazuje, ¿e natê¿enia przep³ywu maksymalnego odnotowane w Polsce s¹ kilkanaoecie razy ni¿sze od oewiatowych (wzór 2) oraz kilkakrotnie ni¿sze od europejskich (wzory 3, 4). Mo¿na równie¿ zauwa¿yæ, ¿e równanie ,,obwiedni" opracowane przez K. Dêbskiego (1969), mimo i¿ uwzglêdnia³o tylko dziesiêæ wezbrañ, poprawnie opisuje maksimum maksimorum najwy¿szych przep³ywów w ma³ych zlewniach w Polsce. Tylko w dwóch przypadkach ­ wezbrania £opuszanki w Piaskach Szlacheckich oraz Czerwonki ­ obserwowane natê¿enie przep³ywu maksymalnego by³o wy¿sze ni¿ wartooeæ obliczona wzorem Dêbskiego. Równanie B. Fal (2004), które zosta³o opracowane w wiêkszooeci na podstawie tego samego materia³u hydrologicznego co równanie K. Dêbskiego (1969), daje nieco ni¿sze wartooeci dla zlewni o powierzchni ok. 27,5 km2, natomiast dla zlewni wiêkszych wartooeci natê¿enia przep³ywu s¹ wy¿sze. Jest to wynik ró¿nic w podejoeciu obliczeniowym. Tomasz Bryndal B A D A N I E Z A L E ¯ N O OE C I P O M I Ê D Z Y N AT Ê ¯ E N I E M P R Z E P £ Y W U MAKSYMALNEGO A POWIERZCHNI¥ ZLEWNI Liczniejszy materia³ hydrologiczny by³ podstaw¹ szukania zale¿nooeci pomiêdzy natê¿eniem przep³ywu maksymalnego a powierzchni¹ zlewni. Wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego obliczone przy pomocy równañ B. Fal (2004) i K. Dêbskiego (1969) s¹ du¿o wy¿sze w porównaniu z obserwowanymi (ryc. 9). Dlatego podjêto próbê opracowania równania, które pozwoli dok³adniej oszacowaæ natê¿enie przep³ywu maksymalnego w zlewniach o powierzchni do 40 km2, w których najczêoeciej wystêpuj¹ gwa³towne wezbrania opadowo-nawalne. Rycina 10 prezentuje zale¿nooeæ pomiêdzy natê¿eniem przep³ywu maksymalnego i powierzchni¹ zlewni. Chmura punktów obserwowana na wykresie rozrzutu wskazuje, ¿e zale¿nooeæ pomiêdzy analizowanymi cechami ma charakter liniowy. Zale¿nooeæ tê opisano przy pomocy równania regresji linowej, które przyjê³o postaæ: Qmax = 10,56 + 3,67A (8) (oznaczenia jak we wzorze 2). Poprawnooeæ uzyskanego modelu oceniono na podstawie wspó³czynnika korelacji liniowej i wspó³czynnika determinacji. Wspó³czynnik korelacji wynosi 0,65 i jest istotny statystycznie. Przyjmuj¹c klasyfikacjê jakooeciow¹ korelacji liniowej opracowan¹ przez W. Ziobronia (1977), mo¿na stwierdziæ, ¿e zale¿nooeæ pomiêdzy analizowanymi cechami jest ,,mierna". Wartooeæ wspó³czynnika determinacji równa 0,42 klasyfikuje ten model jako niezadowalaj¹cy (Soczyñska 1995). Poniewa¿ model regresji w niezadowalaj¹cy sposób opisuje zale¿nooeæ pomiêdzy analizowanymi cechami, skorzystano z podejoecia zaproponowanego przez K. Dêbskiego i do okreoelenia zale¿nooeci pomiêdzy natê¿eniem przep³ywu maksymalnego a powierzchni¹ zlewni zastosowano równanie F. Pagliariego. Przy obliczaniu wspó³czynników równania korzystano z wytycznych zawartych w pracy K. Dêbskiego (1969). Równanie przyjê³o postaæ: Q max = 143,6A 2,83 + A (9) (oznaczenia jak we wzorze 5). Wydaje siê, ¿e równanie to dok³adniej opisuje analizowane zjawisko. Pominiête zosta³y wartooeci odstaj¹ce, które znacz¹co ró¿ni¹ siê od pozosta³ych danych. Tak wysokie wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego zdarzaj¹ siê bardzo rzadko. Od wezbrania £opuszanki w roku 1948 nie notowano tak wielkich przep³ywów. Nawet podczas wezbrañ w okolicach Kaliny Wielkiej, Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Ryc. 9. Porównanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego obserwowanego podczas wezbrañ z wartooeciami obliczonymi przy pomocy wzorów empirycznych Maximum discharge observed during floods events versus the maximum discharge calculated by empirical equations Su³oszowej, gdzie wyst¹pi³y opady nawalne o sumie szacowanej na 150 mm (NiedYwiedY 1998) i 120 mm (Cebulak, NiedYwiedY 1997), przep³ywy by³y znacznie ni¿sze (tab. 1). Krzywa wyznaczona na podstawie opracowanego Tomasz Bryndal Ryc. 10. Zale¿nooeæ pomiêdzy natê¿eniem przep³ywu maksymalnego a powierzchni¹ zlewni Interrelation between maximum discharge and basin's area równania w pocz¹tkowej fazie niewiele ró¿ni siê od wyznaczonej przez równanie Dêbskiego (1969), daj¹c nawet wartooeci nieco wy¿sze. Dla zlewni o powierzchni wiêkszej od 2 km2 wartooeci otrzymane przy u¿yciu opracowanego równania s¹ lepiej ,,dopasowane" do zgromadzonych danych hydrologicznych (ryc. 9). Na rycinie 9 naniesiono przebieg krzywej, która opisuje wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego w zlewniach karpackich o powierzchni mniejszej od 40 km2 (Bryndal 2009b). Porównanie krzywej wykreoelonej na podstawie równania 9 z krzyw¹ karpack¹ wskazuje, ¿e w regionie tym wartooeci natê¿enia przep³ywu maksymalnego s¹ ni¿sze. PODSUMOWANIE Prowadzone badania stanowi¹ próbê podsumowania obecnego stanu wiedzy na temat parametrów hydrologicznych gwa³townych wezbrañ w ma³ych zlewniach. Przeprowadzona analiza pozwoli³a okreoeliæ zró¿nicowanie natê¿enia przep³ywu maksymalnego oraz odp³ywu jednostkowego w zlewniach, w których nawalne opady deszczu spowodowa³y wezbrania i lokalne powodzie. Wskazano na graniczne wartooeci parametrów hydrologicznych w zlewniach o okreoelonej powierzchni, po³o¿onych w wybranych regionach fizycznogeograficznych. Odnotowane podczas wezbrañ wartooeci przep³ywu porównano z obliczonymi przy zastosowaniu równañ empirycznych opracowanych dla oewiata, Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... Europy i Polski. Przep³ywy w Polsce s¹ kilkakrotnie ni¿sze do tych, które wystêpuj¹ na oewiecie i w Europie. Porównanie wykaza³o, ¿e formu³a Pagliariego zmodyfikowana przez K. Dêbskiego w³aoeciwie opisuje potencjalny maksymalny przep³yw (maksimum maksimorum) z krótkotrwa³ych deszczów nawalnych w Polsce. Jednak¿e wartooeci obliczone przy zastosowaniu formu³y w modyfikacji Dêbskiego s¹ bardzo wysokie, wystêpuj¹ rzadko. Dlatego dysponuj¹c obszerniejszym materia³em hydrologicznym obliczono nowe wspó³czynniki do formu³y Pagliariego, uzyskuj¹c równanie, które umo¿liwia oszacowanie przep³ywu maksymalnego w zlewniach najczêoeciej nara¿onych na wystêpowanie lokalnych powodzi. Oszacowanie przep³ywu maksymalnego, jaki mo¿e wyst¹piæ w zlewni w wyniku gwa³townych opadów deszczu, jest istotne, poniewa¿ umo¿liwia ocenê zagro¿enia powodziowego. Proste zale¿nooeci empiryczne, uzyskane na podstawie gromadzonego materia³u hydrologicznego, mog¹ byæ pomocne w oszacowaniu wartooeci przep³ywu maksymalnego w ma³ych zlewniach i stanowiæ odniesienie dla wartooeci przep³ywów uzyskanych w wyniku analiz statystycznych lub przy zastosowaniu modeli hydrologicznych. L I T E R AT U R A B a r t n i k A., J o k i e l P. 2007: Odp³ywy maksymalne i indeksy powodziowooeci rzek europejskich. Gospodarka Wodna, 1, 2007, 28­32. B r y n d a l T., 2003: Wylesione zlewnie w Gromniku (Pogórze Ro¿nowskie), jako przyk³ady zlewni generuj¹cych lokaln¹ powódY, [w:] J. Lach (red.), Dynamika zmian oerodowiska geograficznego pod wp³ywem antropopresji. Wyd. UP Kraków, 15­24. B r y n d a l T., 2006: Przyrodnicze i antropogeniczne uwarunkowania wystêpowania lokalnych powodzi w Polsce. Instytut Geografii Akademia Pedagogiczna w Krakowie, maszynopis. B r y n d a l T., 2008: Parametry zlewni, w których wyst¹pi³y lokalne powodzie. Annales UMCS, Sec. B, vol. LXIII, 177­200. B r y n d a l T., 2009a: Investigation of the maximum discharge in ungauged small basins in the Polish part of the Carpathian Mts., Extended abstracts of International Workshop on Status and Perspectives of Hydrology in Small Basins Goslar-Hahnenklee, Federal Republic of Germany 30 March ­ 2 April 2009 Landschaftsökologie und Umweltforschung 50; 39­42. B r y n d a l T., 2009b: Przep³ywy maksymalne odnotowane podczas gwa³townych wezbrañ, spowodowanych krótkotrwa³ymi ulewnymi opadami deszczu w ma³ych zlewniach karpackich, [w:] Zasoby i ochrona wód. Obieg wody i materii w zlewniach rzecznych, R. Bogdanowicz, J. Fac-Beneda (red.), Gdañsk 2009; 329­334. B r y n d a l T., Cabaj W., Ciupa T., 2008: Gwa³towne wezbrania ma³ych cieków w Niecce Nidziañskiej. Przegl. Geogr., 80, 1, 127­146. B u r a c z y ñ s k i J., W o j t a n o w i c z J., 1971: Rozwój w¹wozów lessowych w okolicy Dzie¿kowic na Wy¿ynie Lubelskiej pod wp³ywem gwa³townej ulewy w czerwcu 1969 roku. Annales UMCS, Sec. B, vol. XXVI, 6, 135­164. Tomasz Bryndal C a b a j W., C i u p a T., 2001: Naturalne i antropogeniczne uwarunkowania przyczyn i skutków powodzi na rolniczych terenach w Niecce Nidziañskiej, [w:] J. Balon, K. German (red.), Przemiany oerodowiska przyrodniczego Polski i jego funkcjonowanie. Problemy Ekologii Krajobrazu t. 10, IGiPZ UJ, Polska Asocjacja Ekologii Krajobrazu, Kraków, 338­ 343. C a b a j W., C i u p a T., B r y n d a l T., 2002: Rola czynników naturalnych i antropogenicznych w kszta³towaniu lokalnych powodzi w po³udniowej czêoeci Wy¿yny Ma³opolskiej. Prace IG AOE w Kielcach, nr 7, 353­360. C a m a r a s a B e l m o n t e A.M., S e g u r a B e l t r á n F., 2001: Flood events in Mediterranean ephemeral streams (ramblas) in Valencia region, Spain. Catena, 45, 229­249. C e b u l a k E., N i e d Y w i e d Y T., 1998: Ekstremalne zjawiska opadowe w dorzeczu górnej Wis³y w latach 1995­1996. Dok. Geogr. IGiPZ PAN, 11, 11­30. C i e p i e l o w s k i A., 1970: Maksymalne wielkooeci sp³ywów jednostkowych z deszczów nawalnych. Przegl. Geogr., XV, z. 2, 179­193. C i e p i e l o w s k i A., 1973: Przegl¹d wzorów empirycznych do okreoelania maksymalnych przep³ywów letnich. Zeszyty Naukowe AR w Warszawie, Melioracje Wodne, 12. C i e p i e l o w s k i A., D ¹ b k o w s k i L., 1967: O katastrofalnym wezbraniu cieków w rejonie Che³ma Lubelskiego. Gosp. Wodna, 4, 126­127. C i e p i e l o w s k i A., D ¹ b k o w s k i L., 1968: Charakterystyka hydrologiczna skutków katastrofalnego ,,oberwania chmury" nad Rzeszowskiem w dniu 26 kwietnia 1966 roku. Przegl. Geofiz. r. XIII, z. 3, 261­272. C i e p i e l o w s k i A., D ¹ b k o w s k i L., 2006: Metody obliczeñ przep³ywów maksymalnych w ma³ych zlewniach rzecznych. Oficyna Wydawnicza Projprzem­EKO, Bydgoszcz. C y g a n M., C z u l a k J., N i e d b a ³ a J., N i e d b a ³ a J., 1997: Przep³ywy kulminacyjne i wielkooeæ odp³ywu fali powodziowej w dorzeczu górnej Nidzicy w dniach 15/16 wrzeoenia 1995 roku. Dokumentacja Geograficzna, 8, 43­53. D ê b s k i K., 1958: Odp³yw z deszczu nawalnego we wsi Piaski Szlacheckie pod Krasnymstawem w czerwcu 1956 r. Gosp. Wodna, 8, 339­342. D ê b s k i K., 1969: O potencjalnym najwy¿szym odp³ywie z krótkotrwa³ych deszczów nawalnych. Rozp. Hydrotechn. z. 23, 51­63. F a l B., 2004: Maksymalne przep³ywy rzek polskich na tle wartooeci zaobserwowanych w ró¿nych rzekach oewiata. Gosp. Wodna, 5, 188­192. G a r e t h H. Old, G r a h a m J.L., P a c k m a n J., B a r n a b y P.G., L e w i s S., H e w i t t E.J., H o l m e s M., Y o u n g A., 2003: The impact of a convectional summer rainfall event on river flow and fine sediment transport in a highly urbanized catchments: Bradford, West Yorkshire. The Science of the Total Environment 314 ­316, 495­512 G o r c z y c a E., 2004: Przekszta³canie stoków fliszowych przez procesy masowe, podczas katastrofalnych opadów (dorzecze £ososiny). Wyd. UJ, Kraków. G u t i é r r e s F., G u t i é r r e s M., S a n c h o C., 1998: Geomorphological and sedimentological analyses of catastrophic flash flood in the Areás drainage basin (Central Pyrenees, Spain). Geomorphology, 22, 265­284. G i l E., 1998: Sp³yw wody i procesy geomorfologiczne w zlewniach fliszowych podczas gwa³townej ulewy w Szymbarku w dniu 7 czerwca 1985 roku. Dok. Geogr. 11, 85­107. Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... K a s z o w s k i L., K o t a r b a A., 1975: Wp³yw katastrofalnych wezbrañ na przebieg procesów fluwialnych (na przyk³adzie potoku Kobylanka na Wy¿ynie Krakowskiej). Prace Geogr. IG PAN, 80, 5­80. K u b r a k J., N a c h l i k E. (red.), 2003: Hydrauliczne podstawy obliczania przepustowooeci koryt rzecznych. Wydawnictwo SGGW, Warszawa. L a c h J., L e w i k P., 2002: PowódY w lipcu 2001 na S¹decczyYnie i jej skutki, [w:] Z. Górka A. Jelonek (red.), Geomorfologiczne uwarunkowania rozwoju Ma³opolski, 199­204. L a m b o r J., 1938: Najwy¿sze przep³ywy w dorzeczu górnego Dniestru przy ma³ych zlewniach, Gosp. Wodna, z. 4­5, 196­309. L e n a r t W., 1993: Opad atmosferyczny, [w:] U. Soczyñska (red.), Podstawy hydrologii dynamicznej. Wyd. UW, Warszawa, 101­116. M a j e w s k i W., 2002: PowódY w Gdañsku w lipcu 2001 roku. Gosp. Wodna, z. 1, 21­23. M i k u l s k i Z. (red.), 1978: Przewodnik do æwiczeñ z hydrografii. Wydawnictwo PWN, Warszawa. N i e d b a ³ a A., S o j a R., 1998: Odp³yw z opadu nawalnego w dniu 18 maja 1996 roku w Su³oszowej. Dok. Geogr. IGiPZ PAN, 11, 31­38. N i e d Y w i e d Y T., 1997: Katastrofalny deszcz nawalny w górnej czêoeci dorzecza Nidzicy w dniu 15 wrzeoenia 1995 r. Dok. Geogr. IGiPZ PAN, 8, 38­53. N o w a k E., 2004: Metody klasyfikacji w badaniach geograficznych (analiza porównawcza). Bogucki Wyd. Nauk., Poznañ. O s t r o w s k i J., 1997: Program Ma³ych Zlewni IMGW w latach 1981­1995. Osi¹gniêcia i perspektywy. Materia³y badawcze IMGW, seria Hydrologia i Oceanografia 22, 7­50. O s t r o w s k i J., 2000: Powodzie lokalne w ma³ych zlewniach ­ istotny problem ochrony przeciwpowodziowej, [w:] Hydrotechnika III`2000. Program zabezpieczenia przeciwpowodziowego, 19­21 wrzeoenia 2000, Ustroñ 2000, 122­135 P a r c z e w s k i W., 1960: Warunki wystêpowania gwa³townych wezbrañ na ma³ych ciekach. Wiadomooeci S³u¿by Hydrologicznej i Meteorologicznej, 8, 3, 1­159. P u n z e t J., 1977: Ocena przep³ywów wielkich wód w ma³ych zlewniach górnej Wis³y. Gosp. Wodna, 6, 161­165. R o d i e r J. A., R o c h e M., 1984: Word Catalogue of Maximum Observed Floods. IAHS Publication, 143, Wallingford UK. R i b o l z i O., A u n d r i e u x P., V a l l e s V., B o u z i g u e s R., B a r i a c T., V o l t z M., 2000: Contribution of groundwater and overall flows to storm flow generation in the cultivated Mediterranean catchments. Quantification by natural chemical tracing. Journal of Hydrology 233, 241­251. S o c z y ñ s k a U., 1995: Modelowanie systemów naturalnych. Wyd. UW, Warszawa. S o j a R., 1981: Analiza odp³ywu z fliszowych zlewni Bystrzanki i Ropy (Beskid Niski). Dokumentacja Geograficzna, z. 1, 1­91. S t a w n i c k a-S t o l a r s k a A., 1963: Odp³yw z dorzecza Os³awy podczas powodzi w dniach 12­13 VII 1957. Prace i Studia KIiGW, t. 6, 197­211. S t a r k e l L., 1999: Geomorfologiczne i sedymentologiczne skutki ekstremalnych opadów w Karpatach, [w:] Hydrotechnika II'99 Sympozjum ogólnokrajowe. Wojewódzki Fundusz Ochrony OErodowiska i Gospodarki Wodnej, Katowice, 116­118. Tomasz Bryndal T e i s s e y r e A. K. 1994; Sp³yw stokowy oraz wspó³czesne osady deluwialne w lessowym regionie Henrykowa na Dolnym OEl¹sku. Prace Geologiczno Mineralogiczne XLIII, 1­200. T u r n e r-G i l l e s p i e D. F., S m i t h J.A., B a t e s P.D., 2003: Attenuating reaches and the regional flood response of an urbanizing drainage basin. Advances in Water Resources, vol. 26, 673­684. Z i ê t a r a T., 2002: Rola gwa³townych ulew i powodzi w modelowaniu rzeYby terenu oraz niszczeniu infrastruktury osadniczej w górnej czêoeci dorzecza Wis³y, [w:] Z. Górka, A. Jelonek (red.), Geomorfologiczne uwarunkowania rozwoju Ma³opolski. Wyd. UJ Kraków, 37­45. Z i o b r o ñ W., 1977: Metody statystyczne. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków. ¯ u r a w e k R., 1999: Zmiany erozyjne w dolinach rzek Sudetów K³odzkich wywo³ane powodziami w lipcu 1997 r. oraz w lipcu 1998 r. Problemy Zagospodarowania Ziem Górskich, z. 45, 45­61. SUMMARY Short duration convective rainstorm may lead to flash flooding in small basins. Design of hydro-technical infrastructure such as bridges and dams requires information about hydro-meteorological properties of a watershed. Such information is also important for flood risk management. Flood risk is among the most severe risks to life and property, and has become more frequent and severe in more economically developed basins. Lack of hydro-meteorological data concerning flash floods in small basins often results in inappropriate spatial distribution of settlements, which are inundated during flood events. It should be noted that hydrological data are available for large monitored basins. Investigation of physiographical parameters of basins where flash flooding took place has revealed that basins which suffer from flash flooding are smaller than 40 km2. Such basins are usually not monitored, which is reflected in the lack of the hydro-meteorological data. Even research program Small Basins managed by the Institute of Meteorology and Water Management, as well as data collected in experimental and research basins controlled by academic and research institutes have not resolved the problem of hydro-meteorological data shortage in small basins satisfactorily. Therefore, even though flash floods in small basins appear every year, they still remain one of the poorest recognized types of floods, specifically with regard to hydrological parameters. The goals of this study were: (1) to gather and analyse hydrological data of flash floods induced by short-duration convective rainstorms, (2) to create equation which allows to calculate the maximum peak flow in small basins affected by flash flooding. Hydrological data cover parameters described in the literature as well as the data collected by the author after flood events. The maximum discharge was calculated by the use of the slope-area method. Flood wave velocity was computed using Manning's equation. In this manner sixty-eight cases of maximum discharge were collected. Then, the maximum specific discharge was computed. The analysis was performed in relation to the Upland, Foothills and the Beskids Region as well as to the basin's area. The scattered plots and line plots were created to determine the diversity of maximum peak flow and maximum specific discharge. On the basis of the collected data the coefficients of the formula created by the Italian hydrologist F. Pagliari (Dêbski, 1969): Q = a·A/(b + A) where Q ­ discharge, A ­ basin's area, a, b ­ coefficients of the formula, were modified. In this manner, the formula was adapted for calculation of the maximum discharge in the basins smaller than 40 km2. Parametry hydrologiczne wezbrañ spowodowanych krótkotrwa³ymi intensywnymi opadami deszczu... The result has indicated that on average maximum peak flow amounted to 31 m3·s­1, whereas maximum specific discharge reached 4 m3·s­1·km­2. Standard deviation and coefficient of variability have indicated that hydrological parameters varied significantly. Maximum peak flow and maximum specific discharge between 12.2­68 m3·s­1 and 2.1­8.5 m3·s­1·km­2 were observed during fifty per cent of flood events. The ranges from 5 to 40 m3·s­1 and from 0.8 to 5 m3·s­1·km­2 grouped the most of the cases. The highest values of the maximum peak flow: 260, 244 and 192.1 m3·s­1 were recorded during flood in Czerwonka, Miechówka and £opuszanka river basins. The highest values of the maximum specific discharge 37 m3·s­1·km­2 were observed during flood in Su³oszowa village, which is the highest value recorded in Poland till now. Taking into consideration the diversity of the hydrological parameters in the geographical regions it should be emphasized that maximum peak flow and maximum specific discharge reached the highest values in the upland basins. These basins had the specific discharge usually lower than 10 m3·s­1·km­2. However, in some basins this parameter exceeded 20 m3·s­1·km­2. Basins located in the Beskids region (the Carphatian Mts.) were affected by maximum peak flow and maximum specific discharge lower than 90 m3·s­1 and 11.5 m3·s­1·km­2 respectively. However, specific discharge lower than 5 m3·s­1·km­2 occurred most frequently. Foothills basins had these parameters generally lower: 35 m3·s­1 and 6.6 m3·s­1·km­2 respectively. These basins were similar in terms of specific discharge to basins located in the Beskids region. Investigation of the hydrologic parameters in respect of the basin area has revealed that basins smaller than 10 km2 were affected by floods during which the maximum flow discharge usually is lower than 20 m3·s­1. However, such basins may be affected by extraordinary flood with the maximum flow equal to 99 m3·s­1. The maximum specific discharge is usually lower than 10 m3·s­1·km­2. However, this parameter may exceed the value 19 m3·s­1·km­2, reaching the highest value equal to 37 m3·s­1·km­2 during the flood in Su³oszowa village. The amount of the data collected is still insufficient to determine the diversity of hydrological parameters in basins larger than 10 km2 properly. Therefore, the overall analysis was performed. The results have revealed that in the basins 10­20 km2 and 20­30 km2 maximum flow amounted to 13­192 m3·s­1 and 43­260 m3·s­1. This parameter varied from 85 to 244 m3·s­1 in the basins larger than 30 km2. Basins from 10 to 20 km2 had the maximum specific discharge usually lower than 10 m3·s­1·km­2. This value was exceeded only once (£opuszanka, Piaski Szlacheckie ­ 16.7 m3·s­1·km­2). The maximum specific discharge lower than 4 m3·s­1·km­2 is typical of the basins larger than 20 km2. This value was higher during Czerwonka (11.8 m3·s­1·km­2) and Miechówka (7.17 m3·s­1·km­2) flood events. Comparison between the value of the maximum peak flow observed after the flood events and those computed using equation no 2, 3 and 5 has indicated that this parameter is several times lower to the values that were observed during flood events in small basins in the world and Europe. Under Polish climate conditions the equation created by Pagliari formula with coefficients calculated by K. Dêbski (1969) fairly characterize the highest maximum flow discharge which may occur in small basins. However, in the basins larger than 10 km2 such high values occur very seldom. Therefore, the coefficient of Pagliari formula was modified. The equation has the value 143.6 A where Qmax ­ maximum discharge, A ­ basin's area (km2). The equation may be Qmax = 2.83+ A used to calculate the maximum discharge in basins smaller than 40 km2.

Journal

Annales UMCS, Geographia, Geologia, Mineralogia et Petrographiade Gruyter

Published: Jan 1, 2010

References