The discrete state space representation of the Kalinin-Miljukov model was used as the basis for a multilinear discrete cascade flood routing model. The time distribution scheme of model inputs was employed in the setup of the multilinear model and the travel-time parameter of the model was allowed to vary with discharge. The relationship between travel-time and discharge for a reach of the Hron River between Brezno and Banska Bystrica was studied. Empirical models of that relation have been considered that would fit the data and would be consistent with the physical interpretation of the factors determining the relation. Seven such fitted empirical models were used to model the variability of the time parameter in the discrete state space representation of the Kalinin and Miljukov model. The performance of the multilinear model was verified on five flood waves. The modelling results showed that the inclusion of empirical information on the variability of the travel-time with discharge enables satisfactory accuracy of the prediction of the flood propagation process without needing to calibrate the model on pairs of input-output hydrographs. The choice of an appropriate travel-time discharge relationship was briefly discussed. and Jednou z možností riešenia transformácie povodňových vĺn v korytách tokov je používanie multilineárnych modelov, teda niekoľkých lineárnych modelov odpovedajúcich rôznym odtokovým situáciám. Cieľom štúdie bolo preveriť parametrizáciu takejto schémy zohľadňujúcu zmenu postupovej doby vrcholov prietokových vĺn v závislosti na prietoku z hľadiska jeho aplikovateľnosti v podmienkach horského toku s premenlivým bočným prítokom. Za základ zavedenia multilinearity sme zvolili model Kalinina a Miljukova, ktorý sme formulovali v stavovom priestore. Použili sme schému tzv. časového delenia vstupov do multilineárneho modelu, pri ktorom sa na výpočte podieľajú rôzne lineárne submodely striedavo za sebou v sérii. Vzhľadom na silný nemeraný bočný prítok viazali sme premenlivosť koeficienta k modelu na výstupný prietok riečneho úseku (na rozdiel od predošlých prác, kde sme použili vstup do riečneho úseku). Experimentálne sme overili niekoľko spôsobov odhadu tohto parametra pre transformáciu prietoku na Hrone medzi Breznom a Banskou Bystricou. Použili sme postupové doby odhadnuté z 28 historických prietokových vĺn a priemerné hodinové prietoky z Brezna, Mýta, Hronca a Banskej Bystrice z obdobia 1998 až 2002. Výhodou riešenia s pohyblivou postupovou dobou sa ukázalo, že jeden parameter modelu je odvodený z vlastností vstupno-výstupného správania sa riečneho úseku a priama kalibrácia modelu sa tak stáva prebytočnou.
The aim of this study was to test the applicability of a simple scaling methodology for a regional estimation of intensity-duration-frequency (IDF) curves in Slovakia. The analysis is based on the regionalization process of Gaál (2006), which focused on the delineation of homogeneous regions for a regional frequency analysis of precipitation maxima. In order to examine the regionally estimated IDF curves, a region covering the western parts of Slovakia was chosen. The selected region, which encompasses 19 raingauging stations, may be characterized by the dominant influence of Atlantic circulation patterns. Three of the 19 stations belonging to the target region were set aside and flagged as verification stations. The regional dimensionless growth curve of 1-day precipitation maxima in the warm season was derived for the region, and the local T-year quantiles were estimated by the index value method for the stations. At the same time, a regionally averaged scaling exponent was derived using all the stations except for the three verification ones. The local IDF curves at the verification stations were estimated by downscaling the Tyear quantiles of the 1-day precipitation maxima using the regionally averaged scaling exponent. Finally, the IDF curves for these stations were compared with those defined by Šamaj, Valovič (1973). This study is the first step in assessing the applicability of a simple scaling theory for the regional estimation of IDF curves in Slovakia. and Cieľom tejto práce bolo otestovať možnosť použitia metódy jednoduchého škálovania zrážok pri regionálnom odhade návrhových hodnôt zrážkových intenzít na Slovensku. Pre analýzu bolo vybraných 19 zrážkomerných staníc vo vopred vyčlenenom regióne na území západného Slovenska, pričom tri stanice boli separované ako verifikačné stanice. Pre vybraný región sme odvodili bezrozmernú regionálnu čiaru prekročenia jednodenných maximálnych úhrnov zrážok v teplom polroku a následne sme pre verifikačné stanice metódou indexovej hodnoty odhadli lokálne návrhové hodnoty pre rôzne významné doby opakovania T (tzv. T-ročné kvantily). Vo vyčlenenom regióne sme určili priemerný regionálny škálovací koeficient. Návrhové zrážkové intenzity pre tri verifikačné stanice sa stanovili zoškálovaním T-ročných kvantilov jednodenných maximálnych zrážok pomocou regionálneho škálovacieho koeficientu. Určené návrhové hodnoty sme porovnali s výsledkami Šamaja, Valoviča (1973). Štúdia potvrdila možnosť využitia metódy jednoduchého škálovania na regionálny odhad návrhových hodnôt zrážkových intenzít na Slovensku.
The necessity to generate time series of runoff for planning and design purposes and environmental protection at ungauged sites is often the case in water resources studies. As in the case of the absence of measured runoff optimisation techniques cannot be used to estimate the parameters of rainfall-runoff models, regional estimation methods are used instead. In previous studies usually regression methods were used for relating the model parameters to the catchment characteristics in a given region. In the paper a different method for the regional calibration of a monthly water balance model is proposed for the case of sparse runoff data. Instead of using the regional regression, the method involves the regional calibration of a monthly water balance model to several gauged catchments in a given region simultaneously. These catchments were pooled together using cluster analysis of selected basin physiographic properties. For the model calibration a genetic programming algorithm was employed and two problem specific fitness functions were proposed. It is expected, that the regionally calibrated model parameters can be used in ungauged basins with similar physiographic conditions. The performance of such a regional calibration scheme was compared with two single site calibration methods in the Záhorie region of West Slovakia. and Článok sa zaoberá možnosťami využitia hydrologického modelovania pre účely určovania prietokov v povodiach bez ich pozorovaní. V takýchto prípadoch nemožno určiť parametre modelu klasickou kalibráciou, pri ktorej sa pri hľadaní parametrov modelu posudzuje čo najlepšia zhoda medzi simulovanými a pozorovanými prietokmi. Jednou z možností je zisťovanie parametrov modelu na základe posudzovania ich vzájomného vzťahu s hydrologickými, topografickými alebo fyzicko-geografickými vlastnosťami povodí, ktoré zohrávajú pri tvorbe odtoku dominantnú úlohu, ďalšia možnosť je určenie jednotných parametrov modelu kalibráciou modelu pre skupinu povodí (región alebo regionálny typ), vyčlenenú na základe podobných vlastností ovplyvňujúcich tvorbu odtoku. V článku je aplikovaná metodika určovania regionálnych parametrov hydrologického bilančného modelu v mesačnom časovom kroku na vybraných povodiach západného Slovenska. Namiesto prístupu regionálnej regresie je tu využitý spôsob regionálnej kalibrácie modelu pre regióny vyčlenené na základe podobnosti rôznych fyzicko-geografických vlastností. Pri regionálnej kalibrácii modelu boli využité metódy genetického algoritmu, pričom boli testované dve objektívne funkcie. Výsledky regionálnej kalibrácie sú porovnané s výsledkami kalibrácie modelu pre jednotlivé povodia. Regionálne určené parametre modelu môžu byť využité na modelovanie priemerných mesačných prietokov v povodiach bez pozorovaní, patriacich do príslušného regiónu alebo regionálneho typu.
Regional design flood computation formulae in Slovakia were traditionally based on the regionalisation of the 100-year flood discharge. Floods with shorter return periods have usually been computed by regional frequency factors from the 100-year flood discharge. Several previous studies have indicated that a rather high safety factor is included in some of the traditional regional formulae. In this paper therefore an alternative method for the determination of the flood frequency curve in ungauged catchments in the high core mountain region of Slovakia has been investigated. Floods from rainfall and snowmelt were treated separately; the study was focused on summer floods. For the division catchments into pooling groups subjective and objective methods e.g. cluster analysis were used. The methodology was based on the regional estimation of the index flood and its standard deviation from catchment characteristics. Flood quantiles were determined from a two-parameter distribution. The performance of several regional methods was compared and the applicability of the tested methods for various hydraulic and hydro-ecological design tasks was also discussed. and Odhad N-ročných maximálnych prietokov bol na Slovensku tradične založený na regionalizácii maximálnych storočných prietokov. V príspevku sme preto navrhli a testovali alternatívne regionálne metódy nepriameho odhadu štatistických charakteristík maximálnych prietokov v letnej sezóne v oblasti Tatier. Skúmali sme viaceré možnosti rozdeliť tento región na oblasti s rovnakým vzťahom medzi podmieňujúcimi činiteľmi tvorby odtoku a priemernou hodnotou a smerodajnou odchýlkou maximálnych letných prietokov. Subregióny boli konštruované použitím subjektívnych úvah, logickým delením, ako aj pomocou objektívnych metód využívajúc princípy zhlukovej analýzy. Regionálne vzťahy na určovanie charakteristík maximálnych letných prietokov boli odvodené použitím viacnásobnej regresie. V závere sme porovnali hodnoty N-ročných maximálnych letných prietokov určené použitím viacerých metód a diskutovali sme vhodnosť použitia aplikovaných postupov pre inžiniersku prax.
In this paper a comparison of methods for estimating rainfall-runoff model parameters in ungauged basins based on geographical location are presented. As a pilot basin the Hron River basin in Slovakia with an available daily flow, precipitation and air temperature time series needed for calibration to obtain model parameter values in subcatchments was selected. The rainfall-runoff model was calibrated using a daily time step at 23 subcatchments. The Nearest Neighbour, Lumped Basin and Best Similarity Index methods were used to transfer the model parameters from the gauged to ''ungauged'' subcatchments. Finally, the effectiveness of the estimation method for ungauged basins was tested by comparing the model simulations to observed hydrographs and computing the Nash-Sutcliffe optimization criterion. The results were finally compared, and the best method was recommended for practical application by estimating of the rainfallrunoff model parameters in an ungauged catchment in this region. and V štúdii sú prezentované výsledky nepriamych metód odhadu parametrov zrážkovo-odtokového modelu na povodiach bez priamych hydrologických pozorovaní, ktoré sú založené na geografickej polohe povodí. Povodie Hrona bolo vybrané ako pilotný región s 23 čiastkovými povodiami, ktoré mali dostupné časové rady pozorovaní priemerných denných prietokov, zrážok a teploty vzduchu, potrebné na kalibráciu modelu. Zrážkovo-odtokový model bol v týchto podpovodiach nakalibrovaný na údajoch s denným časovým krokom. Následne boli použité na regionalizáciu parametrov modelu metódy Nearest Neighbour (Metóda najbližšieho suseda), Lumped Basin (Metóda sústredeného povodia) a Best Similarity Index methods (Metóda najlepšej podobnosti). Kvalita regionalizačných metód sa overovala pomocou optimalizačného kritéria Nash-Sutcliffe. Najlepšie výsledky boli dosiahnuté Metódou najlepšej podobnosti, ktorá môže byť v praxi odporúčaná na odhad parametrov zrážkovo-odtokového modelu na testovanom povodí.
In this paper hydrological scenarios of changes in the long-term mean annual and the mean monthly runoff due to the climate change in the upper part of the Hron River basin were evaluated. The Hron river basin was selected as a representative mountainous basin in Central Slovakia. An empirical raster-based and a conceptual hydrological balance model were used for modelling changes in runoff with an annual and monthly time step. Both models were calibrated using data from a standard period 1951-1980, which is considered to be representative for the distribution of runoff in unchanged conditions. Four different climate change scenarios were used in the study. Two scenarios were downscaled from the outputs of the CCCM and GISS Global Circulation Models (GCMs), the others represent analogies with warmer climatic periods in the past. The runoff change scenarios developed for the upper Hron River basin for future time horizons 2010, 2030 and 2075 show the decrease in the long-term mean annual runoff and changes in the runoff distribution within the year. and V článku sú odvodené scenáre zmien dlhodobých priemerných ročných a priemerných mesačných prietokov, vyjadrujúce možný vplyv zmeny klímy na odtok v budúcnosti na povodí horného Hrona. Na modelovanie dlhodobých priemerných ročných prietokov bol použitý rastrovo-orientovaný empirický model hydrologickej bilancie, na modelovanie priemerných mesačných prietokov bol použitý koncepčný hydrologický bilančný model so sústredenými parametrami. Obidva modely boli kalibrované na údajoch z obdobia 1951-1980, ktoré sme považovali za reprezentatívne obdobie pre nezmenené podmienky hydrologického režimu. Ako scenáre zmeny klímy boli použité scenáre CCCM a GISS, regionalizované z najnovších výstupov globálnych cirkulačných modelov atmosféry, a scenáre SD a WP, vyvinuté v rámci Národného klimatického programu SR na základe analógie s teplými obdobiami v minulosti u nás. Scenáre zmeny odtoku, odvodené pre časové horizonty 2010, 2030 a 2075 ukazujú možný pokles dlhodobých priemerných ročných prietokov, ako aj zmenu priemerných mesačných prietokov na povodí horného Hrona v budúcnosti.
The potential impact of climate change on the mean monthly runoff in the upper Hron River basin, which was chosen as a representative mountainous region in Central Slovakia, was evaluated. A conceptual hydrological balance model calibrated with data from the period 1971-2000 was used for modelling changes in runoff with monthly time steps. Changes in climate variables in the future were expressed by two different climate change scenarios developed within the framework of the CECILIA (Central and Eastern Europe Climate Change Impact and Vulnerability Assessment) project. The climate change scenarios were constructed using the pattern scaling method from the outputs of transient simulations made by 2 GCMs - ECHAM4/OPYC3 and HadCM2 (Dubrovský et al., 2005). The runoff change scenarios for the selected basin in the future time horizons of 2025, 2050 and 2100 show changes in the runoff distribution within a year. Changes in the seasonal runoff distribution were compared with previous results (Danihlík et al., 2004), which were achieved with climate change scenarios developed from the outputs of the CCCM97 and GISS98 global circulation models. and Článok sa zaoberá skúmaním vplyvu možnej zmeny klímy na sezónne rozdelenie odtoku na povodí horného Hrona. Na modelovanie priemerných mesačných prietokov bol použitý koncepčný model hydrologickej bilancie v mesačnom kroku, s parametrami kalibrovanými na referenčné obdobie 1971-2000. Zmeny klimatických charakteristík boli vyjadrené podľa 2 klimatických scenárov, spracovaných pre povodie horného Hrona v rámci projektu 6 RP CECILIA (Central and Eastern Europe Climate Change Impact and Vulnerability Assessment). Klimatické scenáre boli spracované na základe výstupov tranzietných simulácií 2 globálnych cirkulačných modelov ECHAM4/OPYC3 a HadCM2 (Dubrovský et al., 2005) pre budúce časové horizonty 2025, 2050 a 2100. Podľa hydrologických scenárov priemerných mesačných prietokov možno v budúcnosti na povodí horného Hrona predpokladať zmeny sezónneho rozdelenia odtoku. Predpokladané zmeny sezónneho rozdelenia odtoku sú konzistentné s výsledkami dosiahnutými v predchádzajúcich prácach (Danihlík et al., 2004), v ktorých boli hydrologické scenáre odtoku na povodí horného Hrona spracované na základe klimatických scenárov, založených na výstupoch globálnych cirkulačných modelov CCCM97 a GISS98.
The paper reviews recent climate change impact studies for the Slovak National Climate Program (SNKP). Basic adaptation strategies are also discussed. Priorities for future research within the SNKP are suggested. and Článok prináša prehľad o metodických postupoch, používaných v súčasnosti na určovanie možného vplyvu zmeny klímy na odtokové procesy. Nadväzuje pritom na prehľad uvedený v prácach S z o l g a y, et al. (1997), S z o l g a y a H l a v č o v á (2000), H l a v č o v á, et al. (2000) a sústreďuje sa najmä na pokrok v uvedenej problematike za posledné 4 roky, dokumentovaný na základe publikácií v niektorých vedúcich karentovaných časopisoch a výsledkov správy IPCC. Identifikuje smery výskumu v oblasti analýzy časových radov pre posudzovanie možnej zmeny podmienok tvorby odtoku, ako aj v oblasti využívania závislostí medzi odtokom a jeho podmieňujúcimi činiteľmi na určovanie možnej zmeny odtoku v dôsledku klimatickej zmeny.
Short term streamflow forecasting is important for operational control and risk management in hydrology. Despite a wide range of models available, the impact of long range dependence is often neglected when considering short term forecasting. In this paper, the forecasting performance of a new model combining a long range dependent autoregressive fractionally integrated moving average (ARFIMA) model with a wavelet transform used as a method of deseasonalization is examined. It is analysed, whether applying wavelets in order to model the seasonal component in a hydrological time series, is an alternative to moving average deseasonalization in combination with an ARFIMA model. The one-to-ten-steps-ahead forecasting performance of this model is compared with two other models, an ARFIMA model with moving average deseasonalization, and a multiresolution wavelet based model. All models are applied to a time series of mean daily discharge exhibiting long range dependence. For one and two day forecasting horizons, the combined wavelet - ARFIMA approach shows a similar performance as the other models tested. However, for longer forecasting horizons, the wavelet deseasonalization - ARFIMA combination outperforms the other two models. The results show that the wavelets provide an attractive alternative to the moving average deseasonalization.