Wpływ jakości danych przestrzennych na wyniki modelowania obiegu wody w dorzeczu Parsęty

Joanna Gudowicz
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Wydział Nauk Geograficznych i Geologicznych
Instytut Geoekologii i Geoinformacji
Polska

Streszczenie

Numeryczne modele hydrologiczne i jakości wody bazujące na systemach informacji geograficznej wykorzystują różnorodne dane przestrzenne. Celem prac była ocena w jakim stopniu wyniki symulacji obiegu wody wykonane za pomocą modelu SWAT (Soil and Water Assessment Tool) są zależne od jakości danych wejściowych. Badaniami objęta została zlewnia Parsęty, która ze względu na jej wewnętrzną strukturę uważana jest za reprezentatywną dla obszarów młodoglacjalnych umiarkowanej strefy klimatycznej. W badaniach wykorzystano trzy różne źródła danych wysokościowych (DEM) oraz danych glebowych. W symulacjach uwzględniono dane meteorologiczne z wielolecia 1966-2010 pochodzące z 4 stacji meteorologicznych i 10 posterunków opadowych. Uwzględniono także zmiany pokrycia terenu i użytkowania ziemi jakie zaszły w analizowanym okresie przez wykorzystanie map z czterech horyzontów czasowych (1975, 1990, 2000, 2006). Kalibrację i walidację modelu przeprowadzono wykorzystując dane pomiarowe IMGW z trzech posterunków hydrometrycznych na Parsęcie. Uzyskane wyniki pozwoliły na analizę zróżnicowania przestrzennego elementów bilansu wodnego oraz analizę serii czasowych odpływu wody. Wyniki poddane zostały ocenie przy zastosowaniu współczynników statystycznych: determinacji R2, efektywności modelu Nasha-Sutcliffa (NSE) oraz współczynnika odchylenia procentowego (PBIAS). Otrzymane rezultaty modelowania były zróżnicowane w zależności od wykorzystanych danych wejściowych. Największą zgodność danych symulowanych z pomiarowymi uzyskano wykorzystując dane charakteryzujące się wysoką dokładnością przestrzenną i tematyczną.

Słowa kluczowe:

dane przestrzenne; modelowanie hydrologiczne; obieg wody; SWAT

Pełny tekst:

PDF

Bibliografia

Abbaspour K.C., 2012: SWAT-CUP 2012: SWAT Calibration and Uncertainty Programs – A User Manual. Eawag, 103.

Arnold J.G., Srinivasan R., Muttiah R.S., Williams J.R., 1998: Large area hydrologic modeling and assessment: Part I. Model development. Journal of American Water Resources Association 34(1): 73‐89.

Beven K., 2001: Rainfall-Runoff modelling. The Primer. John Wiley and Sons, UK, Chichester, 360.

Choiński A., 1998: Warunki obiegu wody w dorzeczu Parsęty. [W:] Kostrzewski A. (red.), Funkcjonowanie geoekosystemów zlewni rzecznych 1. Środowisko przyrodnicze dorzecza Parsęty – stan badań, zagospodarowanie, ochrona, Wyd. Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, Poznań, 36-51.

Crawford N.H., Linsley R.K., 1966: Digital simulation in hydrology, Stanford Watershed IV. Technical Report No. 39, Department of Civil Engineering, Stanford University, 210.

Dawdy D.R., O’Donnell T., 1965: Mathematical models of catchment behavior. Am. Soc. Civil Engineers Proc. Paper 4410, HY4: 123-137.

Douglas‐Mankin K.R., Srinivasan R., Arnold J.G., 2010: Soli and Water Assesment Tool (SWAT) model: Current developments and applications. Transactions of the ASABE 53(5): 1423-1431.

Drwal J., 1982: Wykształcenie i organizacja sieci hydrograficznej jako podstawa oceny struktury odpływu na terenach młodoglacjalnych. Wydawnictwo UG, Gdańsk, 130.

FAO/UNESCO, 2003: Digital Soil Map of the World and Derived Soil Properties. Rev. 1. (CD Rom). Available from http://www.fao.org/catalog/what_new-e.htm.

FAO/IIASA/ISRIC/ISSCAS/JRC, 2012: Harmonized World Soil Database (version 1.2). FAO, Rome, Italy and IIASA, Laxenburg, Austria.

Garbrecht J., Martz L.W., 1997: The assignment of drainage direction over flat surfaces in raster digital elevation models. Journal of Hydrology 193: 204-213.

Gassman P.W., Reyes M.R., Green C.H., Arnold J.G., 2007: The Soil and Water Assessment Tool: historical development, applications, and future research directions. Transactions of the ASABE (American Society of Agricultural and Biological Engineers) 50(4): 1211-1250.

Gassman P.W., Sadeghi A.M., Srinivasan R., 2014: Applications of the SWAT Model Special Section: Overview and Insights. Journal of Environmental Quality 43: 1-8.

Hejmanowska B., 2006: Wpływ jakości danych na modelowanie stref zagrożenia powodziowego. Roczniki Geomatyki t.4, z. 1: 145-150, PTIP, WArszawa.

Ignar S., 1988: Metoda SCS i jej zastosowanie do wyznaczania opadu efektywnego. Przegląd Geofizyczny 33 (4).

Kostrzewski A., 1998: Struktura krajobrazowa dorzecza Parsęty w oparciu o dotychczasowe podziały fizyczno-geograficzne. [W:] Kostrzewski A. (red.), Funkcjonowanie geoekosystemów zlewni rzecznych. Środowisko przyrodnicze dorzecza Parsęty, stan badań, zagospodarowanie, ochrona, Wydawnictwo Naukowe Bogucki, Poznań: 131-141.

Kostrzewski A., 2003: Obieg wody i jego wpływ na powstanie i funkcjonowanie struktur krajobrazowych. [W:] Kostrzewski A. (red.), Funkcjonowanie geoekosystemów zlewni rzecznych. Obieg wody uwarunkowania i skutki w środowisku przyrodniczym, Wydawnictwo Naukowe Bogucki, Poznań: 17-20.

Kostrzewski A., Mazurek M., Zwoliński Z., 1994: Dynamika transportu fluwialnego górnej Parsęty jako odbicie funkcjonowania systemu zlewni. Stowarzyszenie Geomorfologów Polskich, Wydawnictwo Naukowe Bogucki, Poznań, 165.

Kundzewicz Z.W., Mata L.J., Arnell N.W., Döll P., Jimenez B., Miller K., Oki T., Sen Z., Shiklomanov I., 2008: The implications of projected climate change for freshwater resources and their management. Hydrological Sciences Journal 53(1): 3-10.

Monteith J.L., 1965: Evaporation and the environment. [In:] The State and Movement of Water in Living Organisms. Proc. 19th Symp. Swansea, U.K.: Society of Experimental Biology, Cambridge University Press.

Neitsch S.L., Arnold J.G., Kiniry J.R., Williams J.R., 2011: Soil and Water Assessment Tool theoretical documentation, version 2009. Temple, Tex.: USDA‐ARS Grassland, Soil and Water Research Laboratory.

Renard K.G., Foster G.R., Weesies G.A., Porter J.P., 1991: RUSLE: Revised Universal Soil Loss Equation. Journal of Soil and Water Conservation 46(1).

Rockwood D.M., 1964: Streamflow synthesis and reservoir regulation. U.S. Army Corps of Engineers, North Pacific Division, Technical Bulletin no. 22, 98.

Sarma P.B.S., Delleur J.W., Rao A.R., 1973: Comparison of rainfall-runoff models for urban areas. Journal of Hydrology 18(3-4): 329-347.

Singh J., Knapp H.V., Demissie M., 2004: Hydrological modeling of the Iroquois river watershed using HSPF and SWAT. Journal of the American Water Resources Association 41: 343-360.

Sugarawa M., 1967: The flood forecasting by series storage type model. IAHS, 85: 1-6.

Szkutnicka J., 1987: PIHM. 105, Wyd. Komunikacji i Łączności, Warszawa.

USDA Soil Conservation Service, 1972: Section 4. Hydrology. [W:] National Engineering Handbook, US. Department of Agriculture-Soil Conservation Service, Washington.

Williams J.R., 1975: Sediment-yield prediction with universal equation using runoff energy factor. [W:] Present and prospective technology for predicting sediment yield and sources: Proceedings of the sediment-yield workshop, USDA Sedimantation Lab., Oxford, 244-252.

Zwoliński Z., 1989: Geomorficzne dostosowywanie się koryta Parsęty do aktualnego reżimu rzecznego. Dokumentacja Geograficzna 3-4, IGiPZ PAN, 144.

Zwoliński Z., 2010: Przedmowa. [W:] Zwoliński Z. (red.), GIS – woda w środowisku. Wydawnictwo Naukowe Bogucki, Poznań: 9-10.

Zwoliński Z., 2011: Globalne zmiany klimatu i ich implikacje dla rzeźby Polski. Landform Analysis 15: 5-15.