This study addresses a particular phenomenon in open channel flows for which the basic assumption of hydrostatic pressure distribution is essentially invalid, and expands previous suggestions to flows where streamline curvature is significant. The proposed model incorporates the effects of the vertical curvature of the streamline and steep slope, in making the pressure distribution non-hydrostatic, and overcomes the accuracy problem of the Saint-Venant equations when simulating curvilinear free surface flow problems. Furthermore, the model is demonstrated to be a higher-order one-dimensional model that includes terms accounting for wave-like variations of the free surface on a constant slope channel. Test results of predicted flow surface and pressure profiles for flow in a channel transition from mild to steep slopes, transcritical flow over a short-crested weir and flow with dual free surfaces are compared with experimental data and previous numerical results. A good agreement is attained between the experimental and computed results. The overall simulation results reveal the satisfactory performance of the proposed model in simulating rapidly varied gravity-driven flows with predominant non-hydrostatic pressure distribution effects. This study suggests that a higher-order pressure equation should be used for modelling the pressure distribution of a curvilinear flow in a steeply sloping channel.
The paper presents the basic assumptions and relations for underlying the solution of ground water flow using an integral equations method. The basic laws of physics used for this solution are briefly introduced. The mathematical model describes the flow in a saturated domain both for the spatial and the plane problems. The principal parts of the numeric solution of the problem are treated in more detail. To provide an example of an application, a simple model of a dike is presented. For a homogeneous, isotropic dike the solution describes the development of the flow with time and the corresponding changes to the free surface of ground water. The resulting steady-state flow through the dike is compared with the published results (Polubarina-Kočina, 1952). Another example describes the flow through an nonhomogeneous, isotropic dike if a variable hydraulic conductivity depends on the geometric height. Singularities distributed within the domain are used for an iterative solution of the nonlinear partial differential equation describing the ground water flow. and Příspěvek uvádí základní předpoklady a vztahy pro řešení proudění podzemní vody metodou integrálních rovnic. Stručně jsou uvedeny základní fyzikální zákony potřebné pro řešení. Matematický model popisuje proudění v nasycené oblasti jak pro prostorovou, tak i pro rovinnou úlohu. Podrobněji jsou probrány hlavní části numerického řešení problému. Příkladem aplikace je jednoduchý model hráze. Řešení sleduje vývoj proudění v čase a odpovídající změny volné hladiny podzemní vody pro homogenní isotropní hráz. Výsledný ustálený stav proudění hrází je porovnán s výsledky publikovanými v literatuře (Polubarina-Kočina, 1952). Další příklad popisuje proudění nehomogenní isotropní hrází se součinitelem filtrace proměnným v závislosti na geometrické výšce. Pro iterační řešení nelineární parciální diferenciální rovnice proudění podzemní vody jsou využity singularity rozložené uvnitř oblasti.
The paper deals with determination of the effect of newly built driven road tunnels within the capital city of Prague on the groundwater flow pattern and groundwater table position. In order to assess the changes in groundwater flow in the vicinity of these underground structures, a numerical model was used. Despite the three-dimensional nature of groundwater flow in the vicinity of tunnel structures, under certain conditions the flow may be simulated as two-dimensional flow in a vertical plane. This plane’s direction corresponds to the prevailing direction of groundwater flow, and runs perpendicular to the tunnel tubes’ axis. The used numerical model is based on the equation of two-dimensional steady groundwater flow with free surface in a non-homogeneous anisotropic porous domain. The effect of tunnels on groundwater flow was subject of research in several versions considering different conditions before, during and after the construction of the tunnel structures. The results of numerical modelling have been assessed by means of piezometric head isolines, trajectories, hydraulic head values and seepage values. and Příspěvek se zabývá stanovením vlivu nově budovaných ražených silničních tunelů v oblasti hlavního města Prahy na režim proudění podzemních vod a na polohu hladiny podzemní vody. Pro ohodnocení změn proudění podzemní vody v okolí těchto podzemních staveb byl použit numerický model. Ačkoliv je proudění podzemní vody v okolí tunelových děl třírozměrné, je možné za určitých předpokladů simulovat proudění jako dvourozměrné ve svislé rovině. Tato rovina má směr odpovídající převládajícímu směru proudění podzemní vody a je vedena kolmo na osu tunelových trub. Použitý numerický model vychází z rovnice dvourozměrného ustáleného proudění podzemní vody s volnou hladinou v nehomogenním anizotropním porézním prostředí. Vliv tunelů na proudění podzemní vody byl zkoumán v několika variantách zohledňujících rozdílné podmínky před výstavbou, v průběhu výstavby a po výstavbě tunelových děl. Výsledky numerického modelování jsou vyhodnoceny pomocí izočar piezometrické výšky, trajektorií, hodnot hydraulických gradientů a velikostí průsaků.
Mathematical models are effective tools for evaluating the impact of predicted climate change on agricultural production, but it is difficult to test their applicability to future weather conditions. We applied the SWAP model to assess its applicability to climate conditions, differing from those, for which the model was developed. We used a database obtained from a winter wheat drought stress experiment. Winter wheat was grown in six soil columns, three having optimal water supply (NS), while three were kept under drought-stressed conditions (S). The SWAP model was successfully calibrated against measured values of potential evapotranspiration (PET), potential evaporation (PE) and total amount of water (TSW) in the soil columns. The Nash-Sutcliffe model efficiency coefficient (N-S) for TWS for the stressed columns was 0.92. For the NS treatment, we applied temporally variable soil hydraulic properties because of soil consolidation caused by regular irrigation. This approach improved the N-S values for the wetting-drying cycle from -1.77 to 0.54. We concluded that the model could be used for assessing the effects of climate change on soil water regime. Our results indicate that soil water balance studies should put more focus on the time variability of structuredependent soil properties.
Soil sealing is the permanent covering of the land surface by buildings, infrastructures or any impermeable artificial material. Beside the loss of fertile soils with a direct impact on food security, soil sealing modifies the hydrological cycle. This can cause an increased flooding risk, due to urban development in potential risk areas and to the increased volumes of runoff. This work estimates the increase of runoff due to sealing following urbanization and land take in the plain of Emilia Romagna (Italy), using the Green and Ampt infiltration model for two rainfall return periods (20 and 200 years) in two different years, 1976 and 2008. To this goal a hydropedological approach was adopted in order to characterize soil hydraulic properties via locally calibrated pedotransfer functions (PTF). PTF inputs were estimated via sequential Gaussian simulations coupled with a simple kriging with varying local means, taking into account soil type and dominant land use. Results show that in the study area an average increment of 8.4% in sealed areas due to urbanization and sprawl induces an average increment in surface runoff equal to 3.5 and 2.7% respectively for 20 and 200-years return periods, with a maximum > 20% for highly sealed coast areas.
The study presented herein investigates the impact of simulated changes in land cover on rainfall-runoff conditions for the transboundary basin of the upper Lužnice. The HEC-HMS hydrological model was chosen for these simulations. Scenario models were used to simulate the impact of modifications in basin land cover with individual scenarios reflecting ground cover changes. The years 1990 and 2000, which are available in the CORINE Landcover database, were chosen as variants of river basin land cover. In addition, two theoretical versions of possible extreme variants in fundamental land cover changes - the conversion from agricultural land to grassland and the forestation of the river basin, with the exception of roads and bodies of water - were also included. Single day rainfall totals with a recurrence period of 10, 20, 50 and 100 years were selected to calculate the volume of runoff and culmination discharge. These results demonstrate a clear decrease in the degree of impact of land cover structure on runoff conditions, increasing with the magnitude of precipitation. and Článek představuje výsledky simulace vlivu změn krajinného krytu na srážko-odtokové poměry v přeshraničním povodí horní Lužnice. Pro modelování byl vybrán hydrologický model HEC-HMS. K modelování vlivu změn krajinného pokryvu povodí byla použita metoda scénářového modelování, kde se v jednotlivých scénářích mění krajinný pokryv. Jako varianty krajinného pokryvu povodí byly zvoleny roky 1990 a 2000, pro které je k dispozici databáze CORINE Landcover, a dále dvě teoretické krajní varianty možných variant změn struktury krajinného krytu - zatravnění zemědělské půdy a zalesnění povodí kromě intravilánů, komunikací a vodních ploch. Pro výpočet objemů odtoků a kulminačních průtoků byly vybrány jednodenní návrhové srážkové úhrny s pravděpodobností opakování 10, 20, 50 a 100 let. Z výsledků simulace je zřejmý pokles vlivu struktury krajinného pokryvu na odtokové poměry se vzrůstající extremitou srážky.
In accordance with the Directive 2008/105/EC Member States may designate regulatory mixing zones adjacent to points of discharge. Concentrations of one or more substances listed in Part A of Annex 1 of this Directive may exceed the relevant EQS within such mixing zones if they do not affect the compliance of the rest of the body of surface water with those standards. As a basis for designating regulatory mixing zone adjacent to an existing point source is the best knowing of the really hydrodynamic mixing zone very important. That’s the reason, why conductivity in the Elbe River dowstream waste water treatment plant (WWTP) Hradec Králové was measured. Numerical analysis of results is described in this paper. WWTP Hradec Králové is located on the left shore of the Elbe River and belong between one of the biggest Czech Republic´s WWTP of a size in excess of 100 000 PE. The region after complete vertical mixing is of interest in this study. Modeling of the two-dimenzional (2D) contaminant spreading of plume from point source in a river based on the method of Fisher et al. (1979) with correction for the effective origin of effluent is used. Comparison of the numerical results with field measurements shows that this method is useable for prediction of the hydrodynamic mixing zone adjacent to WWTP Hradec Králové in case when the effluent is positively buoyant. and Ve shodě se Směrnicí 2008/105/ES mohou členské státy vymezit regulační mísící zóny přilehlé k místu vypouštění. Koncentrace jedné nebo více látek uvedené v seznamu v části A přílohy 1 této směrnice smějí překračovat významné normy environmentální kvality uvnitř takových regulačních mísících zón, pokud nebudou mít vliv na dodržení těchto norem ve zbývající části vodního útvaru. Jako základ pro vymezení regulační mísící zóny přilehlé k existujícímu bodovému zdroji znečištění je velmi důležitá co nejlepší znalost skutečné hydrodynamické zóny. To je důvod, proč byla v Labi pod čistírnou odpadních vod (ČOV) Hradec Králové měřena konduktivita. V tomto článku je popsána modelová interpretace výsledků měření. ČOV Hradec Králové se nachází na levém břehu Labe a patří mezi jednu z největších ČOV v České republice s kapacitou přesahující 100 000 EO. Studie se zajímá o oblast po kompletním vertikálním promísení. Je použito modelování dvoudimenzionálního (2D) šíření vlečky znečištění z bodového zdroje v řece, založené na metodě, kterou uvádí Fischer et al. (1979) s korekcí pro účinný začátek vypouštění. Porovnání numerických výsledků s výsledky z terénního měření ukazují, že metoda je použitelná pro predikci hydrodynamické mísící zóny přilehlé k ČOV Hradec Králové v případě, že odpadní vody jsou v recipientu positivně nadlehčovány.
The impacts of land use and land cover on the transformation of the rainfall-runoff episodes were studied and analyzed with the utilization of HYDROG and HEC-HMS rainfall-runoff models in the Olše basin. Two episodes were selected - common regional rainfall with low antecedent watershed saturation and convective flash rainfall with higher watershed saturation. Watershed response was studied and modeled on separate levels of the forestation - actual forestation state, 50 % of forest land cover and 100 % of forest land cover. Results which were achieved with the utilization of the various methods of the hydrologic transformation in the watershed scale (Horton, SCS-CN) confirm the influence of forest land cover on the rainfall-runoff relations. Further research with the support of another methods and the continuous models such as GSSHA and MIKE SHE will allow the comparison of achieved results and possible generalization of them. and Pomocí srážkoodtokového modelování v modelovacím software HYDROG a HEC-HMS byla řešena otázka vlivu krajinného pokryvu na transformaci srážkové epizody v povodí Olše. Byly vybrány dvě srážkové epizody - regionální srážka v kombinaci s málo nasyceným povodím a přívalová srážka v kombinaci s nasyceným povodím - a byla zkoumána odezva povodí při simulované změně zalesnění povodí z aktuálního stavu na 50 a 100%. Dosavadní výsledky událostních simulací tento uvažovaný vliv potvrzují, a to i za použití různých metod hydrologické transformace na povodí (Horton, SCS-CN). Další výzkum a s pomocí jiných metod a kontinuálních modelů HEC-HMS, GSSHA a MIKE SHE umožní srovnání výsledků a jejich případné zobecnění.
In the paper a methodology for estimating monthly potential evapotranspiration (E0) as an input for hydrological balance modelling in the upper Hron River basin was developed. Four different methods were used to calculate monthly potential evapotranspiration in 6 climate stations in the basin - the Tomlain method based on equations of energy balance, the FAO method based on equations of radiation balance and empirical parameters, and 2 empirical methods - the Thornthwaite and Ivanov methods. Because of the relatively different results of E0 values estimated by these 4 methods, the physically based Tomlain method was considered as a reference method. Other methods containing empirical parameters were calibrated to estimate E0 with the best agreement to the Tomlain method. Calibration was done for each method and individual climate station, as well as for the whole region and was aimed to find a regional set of parameters for methods of E0 calculation. The method of genetic algorithm was used for the calibration. The efficiency of E0 computed by each of the calibrated methods was compared with the Tomlain method and the results were used for modelling of the hydrological balance in the basin. and Článok opisuje metodiku určovania mesačnej potenciálnej evapotranspirácie (E0) na povodí horného Hrona ako vstupu do hydrologického bilančného modelu s mesačným časovým krokom. Mesačná potenciálna evapotranspirácia je v modeli určovaná jednou zo 4 vybraných metód - metódou založenou na riešení energetickej bilancie, rozpracovanou Tomlainom, FAO metódou založenou na riešení radiačnej bilancie a 2 empirickými metódami výpočtu podľa Ivanova a Thornthwaitea. Podľa uvedených metód bol urobený výpočet E0 v 6 klimatických staniciach na povodí horného Hrona. Pretože metóda výpočtu podľa Tomlaina je založená na riešení rovníc energetickej bilancie, výsledky výpočtu E0 podľa nej boli ďalej považované za referenčné. Ostatné použité metódy, obsahujúce aj rovnice s empirickými parametrami boli kalibrované tak, aby výsledky výpočtu E0 týmito metódami boli v čo najlepšej zhode s výsledkami výpočtu E0 podľa Tomlainovej metódy. Kalibrácia metód na výpočet E0 bola urobená pre každú metódu a stanicu zvlášť. Následne boli pre každú metódu súbežnou kalibráciou vo všetkých staniciach určené regionálne parametre týchto metód, vhodné pre celé povodie. Pri kalibrácii parametrov boli využité metódy genetického algoritmu, ako objektívna funkcia bol použitý Nash-Sutcliffe koeficient. Výsledky výpočtu E0 sú v článku porovnané a využité na modelovanie priemerných mesačných prietokov v záverečnom profile povodia.
The objective of this paper is to compare the results of two distributed snow models based on different approach to snow accumulation and melt. Model WaSiM is based on the degree-day approach, while model UEB-EHZ is an energy-based model. Simulations in the mountain catchment of Jalovecký creek in winters 1989-2001 showed that both approaches can produce similar results. Model parametrization is more important than basic approach to snow accumulation and melt. Therefore, model UEB-EHZ which took into acccount influence of forest on radiation reduction and snow drift, performed better for the forest sites. The paper presents also brief overview of snow accumulation and melt modelling including calibration and verification of distributed models. Finally, it shows some outupts which can be provided by distributed snow models. and Príspevok je venovaný porovnaniu dvoch distribuovaných matematických modelov akumulácie a topenia snehu s rôznym prístupom k modelovaniu snehu. V horskom povodí Jaloveckého potoka boli hodnotené výsledky energeticky založeného modelu UEB-EHZ a modelu WaSiM, vychádzajúceho z metódy teplotného indexu pre zimy 1988/89 - 2000/2001. Porovnanie výsledkov oboch modelov ukázalo, že pokiaľ ide o základný prístup k modelovaniu topenia snehu (energetická bilancia alebo teplotný index), nemohli sme v danom povodí určiť, ktorý z nich viedol k lepším výsledkom. Väčší vplyv na simuláciu vodnej hodnoty snehu ako výber základného prístupu k modelovaniu akumulácie a topenia snehu, má parametrizácia konkrétneho modelu. V modeli UEB-EHZ bol napríklad čiastočne zahrnutý vplyv lesa na globálne žiarenie a podmienky ukladania snehu (drift). Preto bolo topenie snehovej pokrývky v lese týmto modelom simulované reálnejšie ako modelom WaSiM. Okrem porovnania výsledkov dvoch základných prístupov k modelovaniu akumulácie a topenia snehu v horskom povodí príspevok ukazuje aj niektoré výstupy, ktoré možno získať pomocou distribuovaného snehového modelu a stručne sa zaoberá diskusiou o kalibrácii a validácii takéhoto modelu.