Long-term trend of shaping selected characteristics of streamflow droughts in the Zagozdzonka catchment

Zjawisko niżówki utożsamiane jest z występowaniem niskich przepływów wody w korycie rzeki. W zależności od pory roku niżówki mogą być wywołane przedłużającym się brakiem opadów lub długotrwałym mrozem. Niżówki stanowią jeden z aktualnych problemów w gospodarowaniu wodą, szczególnie w świetle obserwowanego w ostatnich latach częstszego pojawiania się zjawiska suszy. Celem pracy jest analiza zmian w wieloletnim przebiegu wybranych charakterystyk niżówek (czas trwania, objętość deficytu) w zlewni rzeki Zagożdżonki w profilu Płachty Stare. Rozpatrywana w pracy zlewnia rzeki Zagożdżonki usytuowana jest na Nizinie Mazowieckiej, należącej do tych regionów kraju, w których najczęściej pojawia się zjawisko suszy. Mała zlewnia rzeki Zagożdżonki jest jedną z kilku w Polsce, która posiada długi ciąg pomiarów wartości opadów i odpływu. W celu wyznaczenia niżówek na hydrogramach dobowych przepływów zastosowano dwa poziomy odcięcia: przepływ SNQ i Q90%. Badania nie wykazały tendencji do wcześniejszego występowania okresów niżówkowych w zlewni Zagożdżonki. Natomiast analiza sumowanych rocznych charakterystyk niżówek: czasu trwania i objętości deficytu pochodzących z poszczególnych lat hydrologicznych okresu 1963-2011, wykazała występowanie trendu rosnącego na poziomie istotności 0,1. W ostatnich latach niżówki występują prawie co roku, jednakże nie trwają dłużej i nie posiadają większych objętości deficytu niż średnie wieloletnie.Streamflow drought is a period of continuing low flows in river. Depending on the time of year streamflow drought are caused by long-term shortage of precipitation or long-lasting temperatures below zero. Streamflow droughts are one of the current problems in the management of water, especially in the light seen in recent years, frequent occurrence of droughts. The goal of this work consists in analysis of long-term changes in selected characteristics of streamflow droughts (duration, deficit) in the Zagożdżonka river at the Płachty Stare gauging station. The Zagożdżonka catchment is situated in the strip of the Central Polish Lowlands, in the region where droughts are the most frequent. The Zagożdżonka small river catchment is one of a few in Poland with long-term records on rainfall and runoff. To identify droughts in daily discharge hydrograms, truncation levels SNQ and Q90% were used. The study did not show a tendency to pre-existing low flow periods in the catchment Zagożdżonka. Analysis of the statistical significance of trends in the course of aggregation of the individual years of deficits of droughts and duration of droughts in the Zagożdżonka river at the Płachty Stare showed a positive trend on the level of significance 0,1. In the recent years, streamflow droughts have occurred with a frequency of almost one per year, but their duration and deficit have been smaller than long-term average

The characteristics of hydrological droughts based on the example of selected rivers in the north eastern part of Poland

Susza hydrologiczna stanowi ostatni etap w rozwoju zjawiska suszy i utożsamiana jest z okresem występowania niżówek w korycie rzecznym. Za niżówkę uznano okres, w którym przepływy są równe i mniejsze od przyjętego przepływu granicznego. Stosując kryterium hydrologiczne, za poziom odcięcia obrano wartość przepływu charakterystycznego Q90%, odczytaną z krzywej sum czasów trwania przepływów wraz z wyższymi. Przyjęcie tej wielkości pozwoliło na wyznaczenie niżówek głębokich, o znaczącym negatywnym wpływie na środowisko. Dodatkowo wprowadzono kryterium minimalnego czasu trwania wynoszące 10 dni, po przekroczeniu którego występuje niżówka. Praca zawiera także propozycję zastosowania kryterium hydrobiologicznego do wyznaczania przepływu granicznego niżówki, który byłby powiązany z przeżywalnością organizmów wodnych. Celem pracy jest charakterystyka niżówek wywołanych długotrwałym brakiem opadów lub ujemnymi temperaturami powietrza w zlewni rzeki Narewki po profil Narewka i Biebrzy po profil Burzyn. O wyborze zlewni zadecydowało ich położenie w regionie Polski charakteryzującym się częstym występowaniem susz oraz znaczne walory przyrodnicze (Biebrzański Park Narodowy, Białowieski Park Narodowy), których zachowanie zależy od stanu zasobów wodnych. Badania oparto na ciągach przepływów dobowych z wielolecia 1951–2002. Wyznaczone za pomocą programu Niżówka 2003 niżówki z półrocza zimowego i letniego opisano parametrami ilościowymi. Analizą objęto także częstość zjawiska i jego surowość.The paper presents the analysis of hydrological drought of the Biebrza river to the Burzyn gauge and Narewka river to Narewka gauge in multiyear 1951–2002. Hydrological drought is usually expressions of deficiencies is surface water supplies. This phenomena is the last stage the drought process and is identify with low flows in river bed. The examined catchment area is part of the Podlaska Lowland where droughts occurred most often in Poland. The research described in this paper was concentrated on the Biebrza valley, which is a unique wetlands area in Central Europe and on the Narewka valley within the Bialowieza Forest, the latter being a natural heritage in the global scale. The Biebrza Wetlands and Bialowieza Forest hydrogenic sites conditions depends on ground and surface water levels and thus, a hydrological droughts is a danger to them. The methodology used in this paper describes the hydrological drought as the situation, where river discharges are below some arbitrarily chosen threshold level. The size of the threshold discharge was established in dependence on aim of study. Truncation level value of drought was applied as statistical value Q90% determined from flow duration curve with the upper discharges. This paper include the proposition the other truncation level which depends on water organism survival rate. The droughts were described with the following parameters: minimum discharge, duration and water deficit volume. Drought parameters were computed from daily flow date for using Distributions of Low Flow Extremes (Nizowka2003) computer program. Results of 52 years studies prove that most of droughts appears in summer half-year. The average duration time of summer droughts is 2 months in Biebrza river and over month in Narewka river. Since 1973 to 2002 year no observed any drought in winter half-year in Biebrza valley. The biggest droughts were note in the 50’s and 60’s and in last decade

Evaluation of selected characteristics of quantitative and qualitative periods without floods in the Zagozdzonka River

Evaluation of selected characteristics of quantitative and qualitative periods without floods in the Zagożdżonka River. The paper presents the results of evaluation of quantitative and qualitative characteristics of periods without floods, separated on the daily flow data at the Czarna gauging station in agricultural the Zagożdżonka River catchment. Qualitative analysis concerned the value of phosphorus and nitrogen loads. During investigated period (1991–2009), streamfl ow droughts occurs only in summer time. The lowest concentration of nitrate has been notices during summer month and the lowest concentration of phosphate during winter months. The highest daily average loads of nitrates and phosphate has been noticed during winter time and the lowest for a low flow periods

Low flows and floods in the upper Wilga River

W artykule przedstawiono analizę niżówek i wezbrań górnej Wilgi po profil Oziemkówka w latach 1977-2003 oraz dodatkowo opis wezbrania z 2005 r. W latach 1976-2000 ta rolnicza zlewnia, o powierzchni 232 km², położona na Wysoczyźnie Żelechowskiej, była specjalną zlewnią badawczą IMGW. Obecnie bogaty program pomiarowy został zlikwidowany, jedynie wodowskaz Oziemkówka wraz z przelewem włączono do sieci standardowych posterunków IMGW. Za minimalny czas trwania niżówki przyjęto 10 dni. Parametry niżówek wyznaczono, stosując cztery poziomy odcięcia Q70% (przepływ o prawdopodobieństwie przewyższenia 70%), Q90% (przepływ o prawdopodobieństwie przewyższenia 90%), WNQ (przepływ największy z minimów rocznych) i SNQ (przepływ średni z minimów rocznych). Parametry wezbrań obliczono dla przyjętych - wyznaczonych z hydrogramów przepływu - okresów trwania wezbrań. Objętości szczytów fal wezbraniowych obliczono, "odcinając" szczyty przepływem SWQ (średni z maksimów rocznych). Stosując poziom odcięcia Q70%, stwierdzono że najdłużej - ponad 150 dni - trwały niżówki w latach: 1983, 1989, 1991, 1993 i 2003, a ich deficyty odpływu wynosiły ok. 2 mln m³. Czas trwania najdłuższych niżówek wyznaczonych, za pomocą Q90%, wynosił od 69 do 111 dni, w związku z czym deficyt osiągnął wartość 0,4-0,7 mln m³. Wezbrania górnej Wilgi najczęściej występują w miesiącach wczesnowiosennych i zimowych. Podczas największych wezbrań w latach: 1977, 1979, 1982 i 2005 przepływy maksymalne przekraczały 30 m³·s-¹. Największą objętością odpływu - ponad 30 mln m³ - odznaczało się wezbranie roztopowe w 1979 r. Szczyty największych fal wezbraniowych trwały od 64 do 158 godzin, a ich objętości wynosiły od 1,1 do 5,3 mln m³. W artykule rozważono również możliwość budowy zbiornika retencyjnego na górnej Wildze, gromadzącego ok. 1 mln m³ wody, co umożliwiłoby zwiększenie przepływów niżówkowych do poziomu Q90%. Do zmniejszenia największych wezbrań do SWQ niezbędne jest zapewnienie rezerwy powodziowej, przekraczającej 2,8 mln m³, co wydaje się niemożliwe. Projektowana retencja zbiornikowa powinna być poprzedzona analizą skutków przyrodniczych oraz zmian jakości wody w zbiorniku i w Wildze.This paper presents an analysis of low flows and floods in the Upper Wilga River to Oziemkówka gauge in the period 1977-2003 and includes the characteristics of the flood in 2005. This agricultural catchment area was a special catchment basin of the Institute of Meteorology and Water Management (IMGW) in the years 1976-2000. Daily discharge hydrographs and sums of precipitations were the basis of analysis. In authors' opinion, low discharge is when the sequence of daily discharges lower then the threshold discharges of low flow lasts at least 10 days. Parameters of low flows were calculated for 4 selected truncation levels. The largest deficit of water lasting 96 days was noted in 1992. The Upper Wilga floods occur most often in early spring and in winter. Large floods were noted in 1977, 1979, 1982 and 2005, the largest, however, was that in 1979 and it was a snow-melt flood

Niżówki i prawdopodobieństwo ich występowania w małej zlewni rolniczej

The goal of this work consists in quantitative analysis of the occurrence of droughts and their occurrence probability estimated for a small agricultural catchment on the basis of a multi-annual series of daily streamflows in the Zagożdżonka river at the Płachty Stare gauging station, in the context of observed changes in the stream regime during the multi-annual period 1963-2010. The Zagożdżonka river catchment is one of a few in Poland, with long-term records on rainfall and runoff. To identify streamflow droughts in daily discharge hydrograms, truncation level Q90% (discharge determined from the flow duration curve) was used. Minimum duration of drought amounting to 10 days, was the additional criterion for identification of droughts. The Nizowka2003 model was used for finding distributions of the probability of deficit volume and duration of maximum summer droughts for the Zagożdżonka river. The droughts in the small agricultural catchment under study concern only summer half-years and most often they are of short duration – up to 20 days. Longer droughts, lasting lightly over 2 months, can be expected – once per 10 years. The occurrence of a summer drought lasting almost all the season in the Zagożdżonka river is probable once per 100 years. A weak correlation between the minimum drought discharge and their duration was found.Celem pracy jest ilościowa analiza występowania zjawiska niżówki i prawdopodobieństwa jej występowania w małej zlewni rolniczej, na podstawie długoletniej serii obserwacji przepływów dobowych rzeki Zagożdżonki w profilu Płachty Stare, w kontekście śledzenia zmian w reżimie rzeki w wieloleciu 1963-2010. Zlewnia rzeki Zagożdżonki jest jedna z kilku w Polsce, która posiada długi ciąg pomiarów wartości opadów i odpływu. Na potrzeby wyznaczenia niżówek na hydrogramach dobowych przepływów użyto poziomu odcięcia Q90% (przepływ odczytany krzywej czasów trwania przepływów). Dodatkowym kryterium w wyodrębnieniu niżówek zastosowano minimalny czas trwania zjawiska wynoszący 10 dni. Do wyznaczenia rozkładów prawdopodobieństwa objętości deficytu i czasu trwania niżówek maksymalnych letnich dla rzeki Zagożdżonki użyto programu Nizowka2003. Niżówki w rozpatrywanej małej rolniczej zlewni dotyczą jedynie półrocza letniego i najczęściej trwają krótko do 20 dni. Raz na 10 lat można spodziewać się niżówek dłuższych, trwających niewiele ponad 2 miesiące. Raz na 100 lat jest prawdopodobne wystąpienie w rzece Zagożdżonce niżówki letniej trwającej prawie przez cały sezon. Pomiędzy minimalnym przepływem niżówek a ich czasem trwania uzyskano słabą zależność

Characteristic of occurrence of floods and streamflow droughts in a small Mazovian Lowland catchment

Celem pracy jest charakterystyka występowania wezbrań i niżówek w użytkowanej rolniczo zlewni rzeki Zagożdżonki w profilu Płachty Stare i Czarna, na podstawie hydrogramu przepływów dobowych. Badana zlewnia monitorowana jest przez Katedrę Inżynierii Wodnej SGGW w zakresie wybranych wielkości hydrometeorologicznych od 1962 r. i należy do nielicznej grupy małych zlewni badawczych w Polsce, posiadających kilkudziesięcioletnie dane pomiarowe. W pracy wezbrania i niżówki zdefiniowano za pomocą przepływów granicznych, odcinających poszukiwane zjawiska na hydrogramach przepływów dobowych. Okres badawczy obejmował 50 lat (1963–2012) dla profilu Płachty Stare i 22 lata (1991–2012) dla profilu Czarna. Dla obu profili określono i porównano częstość i okres występowania zjawisk oraz ich parametry ilościowe. W badanych kilku dziesięcioleciach w zlewni rzeki Zagożdżonki przepływy wezbraniowe i niżówkowe stanowiły do 10% wszystkich zaobserwowanych dobowych przepływów. W zlewni stwierdzono dominację wezbrań w półroczu zimowym, a niżówek w półroczu letnim. Wraz z przyrostem powierzchni zlewni zauważono wzrost częstości występowania niżówek, wydłużenie czasu ich trwania i zwiększenie objętość deficytu, natomiast w przypadku wezbrań spadek ich liczby, mimo wzrostu czasu ich trwania i objętości.The aim of the study was to characterise the occurrence of floods and streamflow droughts in the catchment of the Zagożdżonka River in two gauging stations: Płachty Stare and Czarna, based on the daily flow hydrographs. The study catchment is monitored by the Department of Water Engineering, Warsaw University of Life Sciences since 1962 and is one of the few small catchments in Poland with such a long data set. To define floods and low waters, the cut-off limit on the daily hydrographs has been used. The research covered the period of 50 years (1963–2012) for the Płachty Stare gauging station and 22 years (1991–2012) for Czarna one. The frequency of occurrence, the duration of analysed phenomena and their quantitative parameters were determined and compared for both stations. Floods and droughts in the Zagożdżonka River during analysed period of time were calculated as 10% of all observed daily flows. Floods dominate in the winter half of hydrological year, streamflow droughts occur in the first half of summer season. Along with increasing catchment area, increased frequency, duration and water deficit of droughts were noted. The frequency of flood occurrence decreased with the increasing catchment area

Precipitation and discharge regime in Zagożdżonka catchment at Płachty Stare and Czarna Gauge stations

Celem pracy jest ocena reżimu opadów i przepływów w okresie 2011–2015 na tle lat 1963–2015 (opady) i 1991–2015 (przepływy) w zlewni rzeki Zagożdżonki po profile Płachty Stare i Czarna. Okres badawczy obejmuje realizację w wyżej wymienionej zlewni dwóch projektów badawczych finansowanych przez Narodowe Centrum Nauki dotyczących wezbrań zimowych i niżówek. Charakterystyki opadów dokonano na podstawie analizy sum dobowych, miesięcznych, półrocznych i rocznych. Do oceny zmienności sum opadów miesięcznych i rocznych zastosowano kryterium KACZOROWSKIEJ [1962]. Wartości przepływów dobowych z wielolecia, odnotowanych w profilach pomiarowych Płachty Stare (1963–2015) i Czarna (1991–2015) stanowiły podstawę charakterystyki hydrologicznej. Stosując kryterium hydrologiczne zaproponowane przez OZGĘ-ZIELIŃSKĄ [1990], na hydrogramach przepływów wyodrębniono niżówki i wezbrania. Za dolną granicę wezbrania przyjęto przepływ NWQ (najniższy z maksymalnych przepływów rocznych), zaś za granicę niżówek przyjęto przepływ SNQ (średni z najniższych przepływów rocznych). Charakterystyki hydrologiczne lat 2011– 2015 odniesiono do wielolecia 1963–2015.The aim of the study was to evaluate precipitation and hydrological conditions in the period 2011–2015 against the background of long term data collected in the Zagożdżonka River catchment. Precipitation characteristics are based on the analysis of daily, monthly, semi-annual and annual totals. The criterion presented by KACZOROWSKA [1962] was used to evaluate the variability of monthly and yearly precipitation totals. Hydrological characteristic was based on daily flows data recorded in Płachty Stare (1963–2015) and Czarna (1992–2015) gauging station. Two extreme phenomena as flood and drought were identified using daily hydrograph. The threshold of SNQ (mean of the lowest annual flows) was used for flood identification, as well as the threshold of NWQ flow (the lowest of the highest annual flows) was used to identify droughts

Long-term variability of runoff from a small catchment in the region of the Kozienice Forest

Kozienice Forest (central Poland) belongs to very valuable areas from touristic and ecological point of view. Water resources are important factor of further development of this region. Analysis of 49−year (1963−2011) annual and seasonal rainfall and runoff characteristics from a small (82 km²) catchment of Zagożdżonka River, with forestation ratio of 0.40, indicated a statistically significant decrease for six of the nine considered parameters. Mann−Kendall test was used for trend analysis. Decreased trend was indicated for annual runoff and annual runoff coefficient, median discharge, summer half−year runoff coefficient, median summer discharge and for low mean 30−day discharge. No trend was detected for annual precipitation and summer half year precipitation nor for summer half year runoff