The river systems in small catchments in the context of the Horton’s and Schumm’s laws – implication for hydrological modelling. The case study of the Polish Carpathians

In ungauged catchments, flood hydrographs are usually simulated/reconstructed by simple rainfall-runoff and routing models. Horton’s and Schumm’s ratios serve as the input data for many of these models. In this paper, more than 800 Carpathian catchments (up to 35.2 km2 in area) were investigated in context of the “Horton’s and Schumm’s laws”. Results reveal that the “law of stream number” and “law of stream areas” are fulfilled in almost all catchments. The mean that values of the bifurcation ratio (RB) and the area ratio (RA) reach 3.8 and 4.8, respectively, and are thus comparable to values reported in other regions of the world. However, the “law of stream lengths” is not fulfilled in more than half of the catchments, which is not consistent with many theoretical studies reported in the literature. Only 383 (48%) catchments fulfill the “law of stream length”, with the mean value of the length ratio (RL)=2.3. There was no relationship found between the geological/geomorphological settings that influence river system development and the spatial distribution of catchments where the “law of stream length” was or was not was fulfilled. A similar conclusion was reached for the spatial distribution of the RB, RL, and RA ratios. These results confirmed that the use of Horton’s and Schumm’s ratios for the evaluation of the influence of geological/geomorphological settings on the river system development is limited. Among the lumped hydrological models, those requiring the RB, RL, and RA ratios have been extensively studied over last decades. This study suggests that the application of these models may be limited in small catchment areas; therefore, more attention should be placed on the development of hydrological models where the RB, RL, and RA ratios are not necessary

Flash flood in small Carpathian catchments – selected aspects of flood risk management

Ryzyko powodziowe oznacza kombinację wystąpienia powodzi oraz jej negatywnych skutków. Ogół działań związanych z ograniczaniem skutków powodzi dla zdrowia ludzkiego, środowiska, dziedzictwa kulturowego oraz działalności gospodarczej wchodzi w obręb tzw. zarządzania ryzykiem powodziowym. W artykule omówiono czynniki wpływające na poziom ryzyka powodziowego. Wykazano, że poziom ryzyka powodziowego, związanego z powodziami błyskawicznymi w małych zlewniach karpackich, można obniżyć przede wszystkim poprzez działania na rzecz ograniczenia tzw. ekspozycji oraz wrażliwości na powódź. Wykazano, że odpowiednio prowadzone działania planistyczne w obrębie zlewni, mogą przyczynić się do ograniczenia poziomu ryzyka powodziowego związanego z ekspozycją. W tym kontekście omówiono znaczenie map zagrożenia i ryzyka powodziowego. Zwrócono uwagę na konieczność prowadzenia tzw. edukacji powodziowej będącej u podstaw podejmowania skutecznych działań na rzecz ograniczenia wrażliwości na powódź.Flood risk is a combination of flooding and its negative consequents. Generally, activities aimed at reducing the negative consequences of flooding on human health, environment, cultural heritage and economic activity are related to flood risk management process. The article discusses the factors affecting the flood risk level. It was proved that lower flood risk level may be achieved by reducing the exposure and susceptibility to flooding. Spatial planning within the catchment is one of the most important methods allowing for reducing the exposure to flooding. In this context, the role of flood hazard and flood risk maps was discussed. It was emphasised that education related to floods is the key element for flood susceptibility mitigation

Areas prone to flash floods occurrence in the Carpathians in the context of preventing economic loss caused by them

Karpaty są regionem, w którym często występują powodzie błyskawiczne. Powodzie te powodują znaczące straty gospodarcze, które można ograniczyć zmniejszając tzw. ekspozycje i wrażliwość na powódź. Informacja o obszarach szczególnie podatnych na występowanie powodzi może wspomóc planowanie tych działań. Celem pracy było wskazanie regionów oraz gmin, które są predysponowane do występowania powodzi błyskawicznych. Wyodrębnienia tych obszarów dokonano na podstawie rozmieszczenia zlewni podatnych na występowanie gwałtownych wezbrań korzystając z dwóch miar: 1) procentowego udziału tych zlewni w regionie/ gminie, 2) wskaźnika podatności terenowej (Wpt). Wyniki wykazały, że zachodnie i południowe regiony Karpat są bardziej predysponowane do występowania powodzi błyskawicznych. W odniesieniu do gmin obserwowano większe zróżnicowanie przestrzenne. Wysokie predyspozycje do występowania gwałtownych wezbrań stwierdzono w 43 gminach (ok. 15% gmin), rozmieszczonych w różnych częściach Karpat. Dla tych gmin wskazano zlewnie, w których mogą wystąpić powodzie błyskawiczne. Uzyskane wyniki mogą być podstawą działań prewencyjnych pozwalających ograniczyć ekonomiczne skutki powodzi błyskawicznych w Karpatach.The Carpathians are usually affected by flash floods. These events are generated by short and intense rainstorm events. The floods cause significant damage which may be reduced by reducing the so-called flood exposure and flood vulnerability. Information on areas particularly prone to flash flooding should be the basis for actions towards reducing flood exposure and flood vulnerability. The goal of this paper was to present geographic regions and districts prone to flash flood occurrence. These areas were selected on the basis of spatial distributions of catchments vulnerable to flash flood occurrences. Results revealed that geographic regions located in the western and southern parts of the Carpathians are more vulnerable to flash flood occurrences. More spatial diversities were observed in relation to districts. Higher predisposition to flash flood occurrences was identified within 43 districts accounting for 15% of all Carpathian districts. Catchments more vulnerable to flash flood generation/occurrences were indicated in these districts. Results obtained in the work can be the basis for “preventive action” resulting in reducing the potential negative effects of flash flood

Surface Drainage Systems Operating during Heavy Rainfall—A Comparative Analysis between Two Small Flysch Catchments Located in Different Physiographic Regions of the Western Carpathians (Poland)

In this study, the river system and the surface drainage system (SDS) operating during heavy rainfall in two Carpathian catchments located in foothills and medium-high mountain areas were compared. The results revealed that regardless of the differences in the river systems and physiographical parameters of the catchments, the SDS operating during heavy rainfall becomes similar. This similarity is reflected in the density of the SDS (11.5–12.2 km·km−2) and the structure of the SDS, confirmed by Hortonian-type analysis. This similarity in the SDS was discussed in the context of the geomorphological transformation of the hillslopes and the hydrological response of a catchment to heavy rainfall

Surface Drainage Systems Operating during Heavy Rainfall—A Comparative Analysis between Two Small Flysch Catchments Located in Different Physiographic Regions of the Western Carpathians (Poland)

In this study, the river system and the surface drainage system (SDS) operating during heavy rainfall in two Carpathian catchments located in foothills and medium-high mountain areas were compared. The results revealed that regardless of the differences in the river systems and physiographical parameters of the catchments, the SDS operating during heavy rainfall becomes similar. This similarity is reflected in the density of the SDS (11.5–12.2 km·km−2) and the structure of the SDS, confirmed by Hortonian-type analysis. This similarity in the SDS was discussed in the context of the geomorphological transformation of the hillslopes and the hydrological response of a catchment to heavy rainfall

Zmiany pokrycia terenu w polskich Karpatach na przełomie XX i XXI w. a poziom rozwoju lokalnego

W niniejszym artykule ukazano zależności pomiędzy zmianami pokrycia terenu a poziomem rozwoju lokalnego w polskich Karpatach. Badania prowadzono w jednostkach administracyjnych (miasta i wsie). Zmiany w pokryciu terenu analizowano na podstawie danych z bazy Corine Land Cover z lat 1990-2012, korzystając z autorskiego wskaźnika: zmian struktury pokrycia terenu (LC). Poziomu rozwoju lokalnego określono na podstawie danych statystycznych pochodzących z bazy danych lokalnych GUS (gęstość zaludnienia, wielkość budownictwa mieszkaniowego oraz liczba podmiotów gospodarczych). Na ich podstawie obliczono syntetyczny wskaźnik rozwoju społeczno-gospodarczego (LD). W celu określenia zależności pomiędzy zmianami pokrycia terenu a poziomem rozwoju lokalnego wykorzystano modele mieszane (mixed model). W pierwszym modelu za wartość y(LD) przyjęto obliczony indeks lokalnego rozwoju. W drugim modelu za wartość y(LC) przyjęto zmiany struktury pokrycia terenu. W pierwszym modelu jako zmienne wykorzystano wskaźniki obrazujące rozwój lokalny w 2011 r. W drugim modelu zmiennymi były wielkości zmiany udziału pokrycia terenu w latach 1990-2012 w poszczególnych klasach. Uzyskane wyniki wykazały wzrost udziału obszarów o luźnej zabudowie, co świadczy o procesach suburbanizacji oraz naporze inwestycyjnym - głównie na obszarach podmiejskich i atrakcyjnych turystycznie. Znaczące zmiany pokrycia terenu zidentyfikowane w obszarach atrakcyjnych turystycznie były związane z rozwojem infrastruktury turystycznej oraz zanikiem funkcji rolniczych tych miejscowości.In the paper the relations between land cover changes and the level of local development in the Polish Carpathians were analysed. The analyses were carried out based on administrative units (towns and villages) and data of land cover from 1990-2012 were used. In order to detect the dominant land cover changes in the period analysed, the land cover change indicator (LC) was developed. In order to rate the level of local development, local statistical data, collected by the Central Statistical Office in Poland database were used. On the basis of the data, a synthetic indicator of socio-economic development (LD) was calculated. To calculate the indicator, the following were used: population density, the number of newly built flats/houses, and the number of business companies. In order to build a model that would show the relations between the local development and changes in land cover, a mixed model was constructed. Two options were checked in the analysis. In the first model, the value of y(LD) was assumed by the calculated indicator of local development. In the second model, y(LC) value was described by calculating the land cover changes indicator. In the first case, indicators showing local development in 2011 were used as variables. In the second case, the variables were the changes of the land cover (1990-2012) in each of the classes. The analyses carried out show an increase in the share of discontinuous urban areas, which indicates suburbanisation processes and local developers (investment) pressure - mainly in suburban and areas attractive for tourist. Significant changes in land cover, identified in the areas attractive for tourists, were related to the development of tourist infrastructure and the disappearance of agricultural functions