Jump to ContentJump to Main Navigation
Show Summary Details

Civil And Environmental Engineering Reports

The Journal of University of Zielona Góra

4 Issues per year

Open Access
Online
ISSN
2450-8594
See all formats and pricing

Modeling Water Balance of Dammed Lakes Using Computer Code Matlab-Simulink/ Modelowanie Bilansu Wodnego Piętrzonych Jezior Za Pomocą Programu Komputerowego Matlab-Simulink

Ryszard Błażejewski
  • Corresponding author
  • University of Life Sciences, 60-649 Poznań, Piątkowska St. 94a, Poland
  • Email:
/ Sadżide Murat-Błażejewska
  • University of Life Sciences in Poznan, Poland
/ Martyna Jędrkowiak
  • University of Life Sciences in Poznan, Poland
Published Online: 2015-02-06 | DOI: https://doi.org/10.1515/ceer-2014-0021

Abstract

The paper presents a water balance of a flow-through, dammed lake, consisted of the following terms: surface inflow, underground inflow/outflow based on the Dupuit’s equation, precipitation on the lake surface, evaporation from water surface and outflow from the lake at which a damming weir is located. The balance equation was implemented Matlab-Simulink®. Applicability of the model was assessed on the example of the Sławianowskie Lake of surface area 276 ha and mean depth - 6.6 m, Water balances, performed for month time intervals in the hydrological year 2009, showed good agreement for the first three months only. It is concluded that the balancing time interval should be shorter (1 day) to minimize the errors. For calibration purposes, measurements of ground water levels in the vicinity of the lake are also recommended.

Streszczenie

Praca przedstawia bilans wodny przepływowego piętrzonego jeziora, uwzględniający dopływ powierzchniowy, dopływ i odpływ podziemny opisany równaniem Dupuita, opad na powierzchnię jeziora, parowanie z powierzchni wody oraz odpływ w przekroju zamkniętym jazem piętrzącym. Z uwagi na nieliniowe związki wymienionych składników bilansu z poziomem wody w jeziorze, do obliczeń wykorzystano program komuterowy Matlab-Simulink®. Przydatność modelu sprawdzono na przykładzie Jeziora Sławianowskiego o powierzchni 276 ha i średniej głębokości - 6,6 m. Jezioro to zostało podzielone na dwa akweny o zróżnicowanej głębokości. Wyniki obliczeń miesięcznych bilansów wodnych dla roku hydrologicznego 2009, wykazały dobrą zgodność z pomiarami jedynie dla trzech pierwszych miesięcy. Stwierdzono, że dla zmniejszenia błędów obliczeniowych należałoby skrócić interwał bilansowania do jednej doby. Kalibracja modelu byłaby łatwiejsza i bardziej adekwatna, gdyby do oszacowania przewodności hydraulicznej przyległych do jeziora gruntów i osadów dennych wykorzystać badania poziomów wody w piezometrach, zlokalizowanych w kilku transektach, prostopadłych do linii brzegowej jeziora.

Keywords: water balance; dammed lake; Matlab-Simulink; Sławianowskie Lake

Słowa kluczowe: bilans wodny; podpiętrzone jezioro; Matlab-Simulink®; Jezioro Sławianowskie

References

  • 1. Bac S.: Współzależność miesięcznych i dekadowych wielkości ewapotranspiracji według Penmana z parowaniem z wolnej powierzchni wodnej w świetle dwudziestoletnich badań. (Interrelationships of monthly and decade values of evapotranspiration acc. to Penman with evaporation from free water surface based on twenty years’ research). Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu, Ser. Mel. 191 (1989) 99-109.

  • 2. Dąbrowski M.: Evaporation from surface of lakes. Lim. Rev. 7, 3 (2007) 133-138.

  • 3. Giusti E., Marsili-Libelli S., A. Gualchieri A.: Modelling a coastal lake for flood and quality management. 8th IWA Symp. Watermatex, (2011) 393-404.

  • 4. Graham D. N., Butts M. B.: Flexible integrated watershed modeling with MIKE SHE. In Watershed Models, Eds. V.P. Singh & D.K. Frevert. CRC Press, (2005) 245-272.

  • 5. Jańczak J. red.: Atlas jezior Polski. (Atlas of Polish lakes). T. 1. Bogucki WN, (1996) Poznań.

  • 6. Jędrkowiak M.: Sterowanie odpływem wody z podpiętrzonego jeziora za pomocą zastawki. (Control of outflow from dammed lake by a sluice-gate). M. Sc. thesis. Dept. of Hydr. & San. Eng., Uni. of Life Sci. (2013) Poznań.

  • 7. Merrit M. L., Konikow L. F.: Documentation of a computer program to simulate lake-aquifer interaction using the MODFLOW ground-water flow model and the MOC3D solute transport model. US GS. (2000) Tallahasse.

  • 8. Murat-Błażejewska S., Błażejewski R.: (2012). Creation and implementation of sustainable lakes management plans. Int. Lim. Conf. „Natural and Anthropogenic Transformations of Lakes” IMGW, Łagów Lubuski.

  • 9. Nowak B., Grześkowiak A.: Ocena skutków piętrzenia jezior jako element wstępny opracowania modelu rewitalizacji jezior woj. wielkopolskiego. (Assessment of impact of lake damming as the preliminary element of revitalization model of Wielkopolska region lakes), XIII konf. n-t. „Zarządzanie zasobami wodnymi w dorzeczu Odry” Kudowa-Zdrój, (2010) 271-280.

  • 10. Nowicka B., Lenartowicz M.: (2004) Variability in the process lake feeding by groundwater (case study of small basin in the South Pomeranian Lake District). 10th Conf. Euromedit. Network of ERB “Progress in surface and subsurface water studies at plot and small basin scale” Torino, 15-20.

  • 11. Penman, H.L.: Evaporation: An introductory survey. Neth. J. Agr. Res., 4 (1) (1956) 9-29.

  • 12. Prządka Z.: Porównanie wyników oceny parowania jeziora Łękuk uzyskanych metodą obliczeniowa i pomiarową. (Comparison of evaporation estimation results obtained for the Lękuk Lake by calculations and measurements). Monitoring Środ. Przyr. KTN, Kielce, 10 (2009) 73-78.

  • 13. Rossman L. A.: Stormwater Management Model. User’s manual. US EPA, (2008) Cincinnati.

  • 14. RZGW (2012) Warunki korzystania z wód regionu wodnego Warty. (Conditions of water use in the Warta water region) www.trmew.pl/uploaded/index/Rozporzadzenie_warunki_dla_regionu.pdf, Poznań.

  • 15. Tsiros I. X. (1991) Lake water level management as a tool for control of the littoral zone: an optimization approach. Proc. Georgia Res. Conf., Athens,166-169.

  • 16. Tufford D. L., McKellar H. N.: Spatial and temporal hydrodynamic and water quality modeling analysis of a large reservoir on the South Carolina (USA) coastal plain. Ecol. Mod. 114 (1999) 137-173.

About the article

Received: 2014-10-21

Published Online: 2015-02-06

Published in Print: 2014-09-01


Citation Information: Civil And Environmental Engineering Reports, ISSN (Online) 2450-8594, ISSN (Print) 2080-5187, DOI: https://doi.org/10.1515/ceer-2014-0021. Export Citation

© 2015. This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License. (CC BY-NC-ND 3.0)

Comments (0)

Please log in or register to comment.
Log in