Design hydrograph estimation in small and ungauged basins: a comparative assessment of event based (EBA4SUB) and continuous (COSMO4SUB) modeling approaches

Aim of the study Aim of the study is to provide a comparative assessment of event based (EBA4SUB) and continuous (COSMO4SUB) modeling approaches for rainfall-runoff modeling for small and ungauged basins, focusing on the influence of the Antecedent Moisture Condition (AMC) of the soil on the estimated design peak discharge. Material and methods The event based approach is the EBA4SUB software. It consists in selecting a design rainfall event, estimating the rainfall excess, and transforming it into the direct hydrograph. The continuous approach is the COSMO4SUB framework. It consists in generating a long synthetic rainfall time series at sub-daily resolution that feeds a continuous rainfall–runoff model. Then, a discharge time series is determined, providing the estimation of the runoff and the related peak discharge. Results and conclusions Results show the critical role of antecedent moisture condition (AMC) and how subjective the event-based approach is for determining the design hydrograph and peak discharge. In the event-based approach, AMC is arbitrarily selected by the analyst, while in the continuous modeling it is automatically determined using the synthetic rainfall input. Our findings indicate that the event-based approach systematically leads to a considerable overestimation of floods if AMC III (wet soil) is assumed or to a slight underestimation of floods if AMC II (average condition for soil humidity) is selected.

Cel pracy Praca ma na celu stworzenie oceny porównawczej podejścia bazującego na zdarzeniach (EBA4SUB) z metodą modelowania ciągłego (COSMO4SUB) używanych do tworzenia modelu opad–odpływ w małych zlewniach niewyposażonych w stacje pomiarowe, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu uwilgotnienia gleby przed wystąpieniem opadów (ang. Antecedent Moisture Condition, AMC) podczas przewidywanego spływu szczytowego. Materiały i metody Oprogramowanie EBA4SUB korzysta z podejścia bazującego na zdarzeniach. Wprowadza się do niego dane dotyczące zdarzenia opadowego i szacowanej skali opadu w celu wygenerowania bezpośredniego wykresu hydrograficznego. Model COSMO4SUB korzysta z podejścia ciągłego. Model generuje dane na podstawie szeregów czasowych długotrwałych syntetycznych opadów deszczu o częstotliwości wyższej niż codzienna. Dane te są wykorzystywane w modelu opad–odpływ. Następnie określa się szeregi czasowe spływu, co pozwala na oszacowanie odpływu i powiązanego spływu szczytowego. Wyniki i wnioski Wyniki świadczą o kluczowej roli uwilgotnienia gleby przed wystąpieniem opadów (AMC) oraz o tendencyjności podejścia bazującego na zdarzeniach podczas określania koncepcyjnych hydrografów oraz spływu szczytowego. Podczas stosowania podejścia bazującego na zdarzeniach analityk arbitralnie wybiera AMC, natomiast w przypadku podejścia bazującego na modelowaniu ciągłym, AMC jest określane automatycznie przy użyciu danych dotyczących opadów syntetycznych. Z badania wynika, że podejście bazujące na zdarzeniach prowadzi do regularnego i znacznego przeszacowywania skali powodzi, gdy zakłada się, że AMC jest na poziomie III (gleba wilgotna) oraz do nieznacznego niedoszacowywania skali powodzi, gdy zakłada się, że AMC jest na poziomie II (gleba średnio wilgotna).