Curve Number Estimation for a Small Urban Catchment from Recorded Rainfall-Runoff Events

Runoff estimation is a key component in various hydrological considerations. Estimation of storm runoff is especially important for the effective design of hydraulic and road structures, for the flood flow management, as well as for the analysis of land use changes, i.e. urbanization or low impact development of urban areas. The curve number (CN) method, developed by Soil Conservation Service (SCS) of the U.S. Department of Agriculture for predicting the flood runoff depth from ungauged catchments, has been in continuous use for ca. 60 years. This method has not been extensively tested in Poland, especially in small urban catchments, because of lack of data. In this study, 39 rainfall-runoff events, collected during four years (2009–2012) in a small (A=28.7 km2), urban catchment of Służew Creek in southwest part of Warsaw were used, with the aim of determining the CNs and to check its applicability to ungauged urban areas. The parameters CN, estimated empirically, vary from 65.1 to 95.0, decreasing with rainfall size and, when sorted rainfall and runoff separately, reaching the value from 67 to 74 for large rainfall events.

Wyznaczenia odpływu jest jednym z kluczowym zagadnień badań hydrologicznych. Określenie warstwy odpływu z opadów burzowych jest potrzebne zarówno do prac projektowych, tj. do wymiarowani obiektów hydrotechnicznych (jazy, zapory) i komunikacyjnych (mosty, przepusty), jak i do analiz skutków zmian środowiskowych jak; użytkowania terenu, urbanizacji czy zwiększania retencyjności w terenach miejskich. Jedną z najbardziej rozpowszechnionych w praktyce inżynierskiej metod, do wyznaczania odpływu w zlewniach nieobserwowanych, jest opracowana w latach 50-tych ubiegłego wieku, przez Departament Rolnictwa USA, metoda – SCS-CN (Soil Conservation Service – Curve Number). Celem pracy jest sprawdzenie stosowalności metody w przykładowej małej zlewni zurbanizowanej (A=28.7 km2) w Warszawie, poprzez wyznaczenie parametru metody (CN), na podstawie zarejestrowanych 39 zdarzeń opad-odpływ w latach 2009–2012, i porównanie jej z wartością tablicową (wyznaczoną na podstawie rodzaju gleb i pokrycia terenu zlewni). Analiza zarejestrowanych zdarzeń opad-odpływ wykazała zmienność parametru CN, określonego dla każdego ze zdarzeń, w zakresie od 65 do 95, z tym że wartości te maleją wraz ze wzrostem warstwy opadu. Wyznaczając CN dla par, niezależnie uszeregowanych warstw, opadu i odpływu stwierdzono, że dla dużych opadów (przekraczających 35 mm) parametr CN dąży do wartości 67–74, w zależności od rodzaju przyjętej funkcji aproksymacji, i jest zbliżony do wartości ustalonej z map glebowych i użytkowania zlewni.