A review of modelling methodologies for flood source area (FSA) identification

Flooding is an important global hazard that causes an average annual loss of over 40 billion USD and affects a population of over 250 million globally. The complex process of flooding depends on spatial and temporal factors such as weather patterns, topography, and geomorphology. In urban environments where the landscape is ever-changing, spatial factors such as ground cover, green spaces, and drainage systems have a significant impact. Understanding source areas that have a major impact on flooding is, therefore, crucial for strategic flood risk management (FRM). Although flood source area (FSA) identification is not a new concept, its application is only recently being applied in flood modelling research. Continuous improvements in the technology and methodology related to flood models have enabled this research to move beyond traditional methods, such that, in recent years, modelling projects have looked beyond affected areas and recognised the need to address flooding at its source, to study its influence on overall flood risk. These modelling approaches are emerging in the field of FRM and propose innovative methodologies for flood risk mitigation and design implementation; however, they are relatively under-examined. In this paper, we present a review of the modelling approaches currently used to identify FSAs, i.e. unit flood response (UFR) and adaptation-driven approaches (ADA). We highlight their potential for use in adaptive decision making and outline the key challenges for the adoption of such approaches in FRM practises

Zastosownie hydrologicznego modelu o parametrach rozłożonych WetSpa w zlewni o znaczącym udziale gleb organicznych, na przykładzie górnej Biebrzy

The paper treats on hydrological distributed model adaptation for a catchment with significant contribution of wetland. The WetSpa model was applied to analyzing the effects of topography, soil type, and land use cover on the runoff characteristics for upper Biebrza catchment. The derivation of parameter maps and analysis of the daily runoff as reaction of the catchment on rainfall was performed. The semi-automated calibration of the model was executed using PEST module. Then, the assessment of that crucial processes was done by calculating errors of mathematical models performance as well as hydrograph comparison. Error values, have shown that the model efficiency was estimated to be good for high flows, but unsatisfactory for low flows. This initial modeling approach gives possibility to ask question about limitation and needs of wetland catchment for rainfall-runoff modeling.Artykuł dotyczy adaptacji modelu hydrologicznego o parametrach rozłożonych w zlewni o znaczącym udziale gleb organicznych. Zastosowany model WetSpa umożliwił dokonanie analizy wpływu topografii, rodzaju gleb i użytkowania terenu na charakterystyki odpływu w zlewni górnej Biebrzy. W pierwszym etapie określono parametry przestrzenne w postaci map a następnie obliczano dobowy odpływ jako reakcje zlewni na opad. Do kalibracji wykorzystano procedurę półautomatyczną stosując program PEST. Następnie przeprowadzono ocenę najważniejszych procesów obliczając błędy modelowania matematycznego oraz porównując hydrogramy odpływu. Wielkości błędów pokazały wysoka skuteczność modelu w przypadku symulacji przepływów wysokich lecz niesatysfakcjonujące wyniki w obliczaniu przepływów niskich. Ta wstępna analiza dała możliwość zadania pytań o granice i potrzeby w modelowaniu opad- odpływ na obszarach mokradłowych

Analysis of use of satellite imagery for extraction of snow cover distribution as a parameter in a rainfall-runoff model

Analysis of use of satellite imagery for extraction of snow cover distribution as a parameter in a rainfall-runoff model.Interpolation of point measurements of meteorological variables in relatively big areas (eg. medium and big catchments) does not refl ect their real distribution. The study area is the upper Biebrza River catchment, meteorological data were recorded in a Rogorzynek station. This paper analyses possibilities of usage of a satellite data (MOD10A2, a spatial distribution of a snow cover) as a parameter in a hydrological model, which uses a day-degree method for a snowmelt estimation. The analysis shown a high correlation (0.68) between presence of a snow cover in a land surface station and in satellite data. Moreover, a strong linear relationship (correlation of 0.70) was found between a snow pack depth in the land surface station and an area of snow cover in the catchment estimated from satellite data. Geostatistical analysis of snow cover frequency in a pixel was made. A method of use a MOD10A2 data in a hydrological model was proposed.Interpolacja mierzonych punktowo zjawisk meteorologicznych dla relatywnie dużych obszarów (np. średnich i dużych zlewni) nie oddaje ich rzeczywistego rozkładu. Terenem badań jest zlewnia górnej Biebrzy po profil Sztabin, dane meteorologiczne pochodzą ze stacji Rogożynek. Artykuł ten przedstawia możliwość wykorzystania danych satelitarnych MOD10A2 przedstawiających przestrzenne rozłożenie pokrywy śnieżnej, jako parametru w modelu hydrologicznym szacującym roztopy śniegu metodą stopień-dzień. Przeprowadzona analiza wykazała wysoką korelację (0,68) między pomiarami obecności pokrywy śnieżnej w stacji meteorologicznej a pomiarami satelitarnymi. Ponadto wykazano silny związek liniowy (korelacja równa 0,70) między grubością pokrywy śnieżnej mierzonej w stacji meteorologicznej, a obszarem pokrywy śnieżnej w zlewni mierzonej za pomocą satelity. Zaproponowano możliwość włączenia danych MOD10A2 do obliczeń modelu hydrologicznego

Naziemny skaning laserowy (TLS) jako technologia defekcji naturalnej mikrorzeźby doliny rzecznej na przykładzie górnej Biebrzy

This paper concerns the use of Terrestrial Laser Scanning (TLS) methods and the Geographic Information Systems (GIS) analysis to determine microtopography of a natural river valley, case study of the upper Biebrza valley. The scientific problem analyzed in this paper is a morphology of the selected segments of the valley covered by sedge ecosystems which in natural stage form a characteristic tussocks from their root systems. In order to capture the microtopography it was necessary to remove vegetation from the selected areas, and then, for a five typical location, registration of its structure using the laser scanner. As a result the point cloud was generated for each of the selected area and after GIS analysis the microtopography was obtained in form of digital terrain model (DTM). The DTM of each area represents valleys microstructure possible to obtain by use of TLS (TLS DTM), is usually not registered by the Airborne Laser Scanning (ALS), and is the main reason of inaccuracy of the DTM obtained based on ALS. The resulting TLS DTM has been processed by various filtering methods to lower the noise and fi ll the voids from blocking the laser beam by a tussocks. Finally, this allowed to determine the spatial structure of each measurement field.Niniejsza praca dotyczy wykorzystania metod Naziemnego Skaningu Laserowego (z ang. TLS – Terrestial Laser Scanning) oraz analiz z wykorzystaniem Systemów Informacji Geograficznej (z ang. GIS – Geographic Information Systems) do określenia mikrorzeźby doliny rzecznej na przykładzie fragmentu doliny górnej Biebrzy. Pomiary TLS wykonano dla wybranych poletek pomiarowych zlokalizowanych w obszarze doliny, gdzie występują zbiorowiska turzyc kępowych, których systemy korzeniowe tworzą w połączeniu z namułami charakterystyczne pagórki. Przed wykonaniem skaningu części liściowe roślin zostały usunięte, aby odsłonić pagórki. W wyniku przeprowadzenia skaningu otrzymano obraz mikrorzeźby w postaci chmury punktów, który zwykle nie jest rejestrowany przez Lotniczy Skaning Laserowy (z ang. ALS – Airborne Laser Scanning) i jest główną przyczyną niedokładności wykonywanego na jego podstawie Numerycznego Modelu Terenu (z ang. DTM – Digital Terrain Model). Na podstawie otrzymanych chmur punktów wygenerowano NMT dla każdego z pól pomiarowych. Otrzymany NMT został poddany filtracji różnymi metodami w celu zmniejszenia szumu oraz wypełnienia pustych miejsc modelu powstałych na skutek blokowania wiązki lasera przez kępy roślinności. Pozwoliło to określić strukturę przestrzenna każdego analizowanego poletka