The accuracy of empirical formulas for calculation river runoff characteristic

Przepływy charakterystyczne mają szerokie zastosowanie przede wszystkim w projektowaniu hydrotechnicznym. W przypadku posiadania danych hydrometrycznych – są one obliczane przy wykorzystaniu metody statystycznej. Jednakże często informacja o wielkości przepływów charakterystycznych jest wymagana w przypadku zlewni, w których nie są prowadzone obserwacje hydrologiczne. W takich sytuacjach można posłużyć się metodami pośrednimi do których należą wzory empiryczne. Głównym celem niniejszej pracy jest określenie przydatności wybranych wzorów empirycznych (wzór Iszkowskiego, wzór Byczkowskiego, wzór Kollisa, wzór Punzeta) do określenia średniego rocznego przepływu. Dodatkowym celem jest wykazanie, która z wybranych formuł szacuje wartości przepływów najbardziej zbliżone do rzeczywistych. Weryfikacji wzorów dokonano dla trzech karpackich zlewni: Skawy, Białej Dunajcowej i Solinki. Dane dotyczące przepływów rzeczywistych pochodziły z okresu 1981 - 2010. Wzór Iszkowskiego i Byczkowskiego najlepiej sprawdził się w przypadku Skawy i Białej Dunajcowej, czyli rzek położonych w zachodniej i środkowej części polskich Karpat. Z kolei w części wschodniej (zlewnia Solinki) wzory Iszkowskiego i Byczkowskiego nie dały dobrych szacunków. Może to być spowodowane zaniżonymi wartościami opadu, bowiem w przypadku Solinki funkcjonujące stacje opadowe położone są stosunkowo nisko – na wysokości ok. 700 m n.p.m., tymczasem część zlewni wznosi się powyżej 1000 m n.p.m. Wyniki uzyskane wzorem Kollisa mają podobną dokładność we wszystkich zlewniach. Z kolei wzór Punzeta bardzo dobrze sprawdził się w przypadku Skawy. Ponadto w przypadku Solinki, wyniki uzyskane według tego wzoru były najbardziej zbliżone do rzeczywistych (szczególnie w latach 1996 – 2010). Jednakże ten sam wzór słabo szacuje przepływy Białej Dunajcowej. Potwierdza się zatem pogląd niektórych hydrologów, że nie można stworzyć uniwersalnego wzoru empirycznego, który mógłby być stosowany w różnych regionach fizycznogeograficznych. Pomimo współczesnego rozwoju technologicznego, wiele zlewni nie jest objętych obserwacjami, dlatego w dalszym ciągu wzory empiryczne służące do obliczenia średniego rocznego przepływu są i będą nadal przydatne w hydrologii.

The river runoff characteristics are widely used primarily in the hydro-engineering practice. They may be calculated using a statistical method if there are hydrometric data for the catchment. However, the hydrological information concerning the flow characteristic is often required for the catchment where hydrological observations are not conducted. In such situations indirect methods i.e. empirical formulas may be used. The main objective of this study is to determine the accuracy of selected empirical formulas of Iszkowski, Byczkowski, Kollis and Punzet, to determine the average annual flow. An additional objective is to reveal which formula estimates the values of flow characteristic most similar to the observed ones. Verification of formulas were performed for three Carpathian catchments of the Skawa River, Biala Dunajcowa River and Solinka River. Data on river flows in the period 1981-2010 were applied.The Iszkowski and Byczkowski formulas asses the best the river discharge of the Skawa River and Biala Dunajcowa River with catchments located in the western and central parts of the Polish Carpathians. The formulas of Iszkowski and Byczkowski do not asses well the average annual flow in the catchment of the Solinka River located in the eastern part of the investigated area. This may be due to the reduced value of precipitation: in the Solinka River catchment the precipitation stations are located in relatively low position at an altitude of approx. 700 m a.s.l., while the substantial part of the river catchment occurs above 1000 m. The results obtained by the Kollis’ formula have similar accuracy in all catchments. In turn, the Punzet’s formula assess the runoff with good accuracy in the Skawa River catchment. Furthermore, in the case of the Solinka River, the results obtained by this formula are the most accurate to the observed values, especially for the period 1996–2010. However, the same formula poorly estimates the average annual flow of Biala Dunajcowa River.It confirms the opinion of some hydrologists, that it is almost impossible to create an universal empirical formula that could be used in different geographical regions. Moreover, despite modern technological development, hydrological observations are not conducted in numerous river catchments. Therefore, empirical formulas for calculating the average annual flow are, and will be useful in hydrology.