Temporal variability of the selected flood parameters in the Biebrza River valley

Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW
Land Reclamation No 43 (2), 2011: 135–142
(Ann. Warsaw Univ. of Life Sci. – SGGW, Land Reclam. 43 (2), 2011)

Temporal variability of the selected flood parameters in the Biebrza River valley

STEFAN IGNAR1, ANNA MAKSYMIUK-DZIUBAN2, DOROTA MIROSŁAW-ŚWIĄTEK1, JAROSŁAW CHORMAŃSKI1, TOMASZ OKRUSZKO1, PAWEŁ WYSOCKI1
1Department of Water Engineering, Warsaw University of Life Sciences – SGGW
2Hydroprojekt Sp. z o.o.

Abstract: The paper presents the application of the hydrodynamic one-dimensional model of river flow based on St Venant equations for calculation of annual floods characteristics in the Lower Biebrza River Basin situated in the Northeast of Poland. This model was combined with the Digital Elevation Model (DEM) for determining of area of flooding, its mean depth and flood volume. The model was calibrated using measurements of flood extent and verifi ed comparing calculated flood extent to satellite images. The water level values calculated with the numerical model of flood-flow for cross-sections were next used to determine the digital model of the floodwater table in the valley. Then, inundation extent maps and water depth maps were calculated for whole area of the valley by overlaying the DEM and water table layers. This procedure, flood simulations with the hydrodynamic model and GIS analysis for determinations of inundation extent, was repeated for each day of the analyzed period of 1966–2000. A set of each year maximum calculated areas of flooding with related mean water depths and flood volumes was created and it was submitted to the trend analysis in order to determine possible change tendencies. Statistical analysis of three above described time series of annual flood characteristics was conducted with the use of moving average technique and linear regression method. Moving averages were calculate in two variants: with time step of 5 years and of 10 years. Next, linear trends were calculated by linear regression method. The results indicate that the developed hydrodynamic model of river flow combined with the DEM was useful for the calculation of annual maximum floods in the Lower Biebrza Valley and their parameters. Analysis of calculated flood parameters variability within the analyzed time period of 1961–2000 show decreasing trends for investigated area. This means that results of climate changes are perceptible in investigated area and they form serious danger to riparian wetlands.

Key words: climatic changes, riparian wetlands, hydrodynamic modeling, flood parameters

Streszczenie: Czasowa zmienność wybranych parametrów wezbrań w dolinie rzeki Biebrzy. W artykule przedstawiono zastosowanie jednowymiarowego hydrodynamicznego modelu przepływu w rzece bazującego na równaniach Saint Venanta do obliczenia charakterystyk maksymalnych rocznych zalewów rzecznych w basenie dolnej Biebrzy, usytuowanym w północno-zachodniej Polsce. Model ten został połączony z Numerycznym Modelem Terenu (NMT) dla wyznaczenia zasięgu zalewu, jego średniej głębokości i objętości. Model został skalibrowany z wykorzystaniem pomiarów zasięgu zalewu i zweryfi kowany poprzez porównanie obliczonego zasięgu zalewu ze zdjęciami satelitarnymi. Rzędne zwierciadła wody obliczone modelem numerycznym przepływu dla przekroi poprzecznych były dalej użyte do wyznaczenia cyfrowego modelu zwierciadła wody w dolinie. Następnie mapy zasięgu zalewu i mapy jego głębokości zostały obliczone dla całego obszaru doliny poprzez nałożenie NMT i warstw zwierciadła wody. Ta procedura, obliczanie wezbrań przy pomocy modelu hydrodynamicznego i analiza GIS dla określenia zasięgu zalewu, została powtórzona dla każdego dnia w analizowanym okresie 1961–2000. Utworzony został zbiór maksymalnych rocznych zasięgów zalewu wraz z odpowiadającymi im średnimi głębokościami i objętościami wezbrania, który został poddany analizie trendów w celu określenia możliwych tendencji zmian. Przeprowadzona została analiza statystyczna trzech powyżej opisanych serii czasowych charakterystyk rocznych wezbrań z zastosowaniem techniki średnich ruchomych i analizy regresji. Średnie ruchome obliczono dla dwóch wariantów: z krokiem czasowym 5 lat i 10 lat. Następnie obliczono trendy liniowe metodą regresji liniowej. Uzyskane rezultaty wykazały, że opracowany hydrodynamiczny model przepływu w rzece połączony z NMT był przydatny do obliczania maksymalnych rocznych zalewów rzecznych w basenie dolnej Biebrzy i ich charakterystyk. Analiza zmienności obliczonych parametrów wezbrania dla okresu 1961–2000 wykazała istnienie trendów malejących dla badanego obszaru. Oznacza to, że rezultaty zmian klimatycznych są zauważalne w badanym obszarze i stanowią one poważne zagrożenie dla mokradeł przybrzeżnych.

Please use the following format to cite the selected article:
IGNAR S., MAKSYMIUK-DZIUBAN A., MIROSŁAW-ŚWIĄTEK D., CHORMAŃSKI J., OKRUSZKO T., WYSOCKI P. 2011. Temporal variability of the selected flood parameters in the Biebrza River valley. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW. Land Reclamation 43 (2): 135–142

Author’s address:
Stefan Ignar
Katedra Inżynierii Wodnej
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego
ul. Nowoursynowska 159
02-776 Warszawa
e-mail: stefan_ignar@sggw.pl
IGNAR S., MAKSYMIUK-DZIUBAN A., MIROSŁAW-ŚWIĄTEK D., CHORMAŃSKI J., OKRUSZKO T., WYSOCKI P. 2011. Temporal variability of the selected flood parameters in the Biebrza River valley

 

10.2478/v10060-008-0099-x