Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2016, 64(3), 759-768 | DOI: 10.11118/actaun201664030759

Effects of Land Use Changes on the Runoff in the Landscape Based on Hydrological Simulation in HEC-HMS and HEC-RAS Using Different Elevation Data

Josef Divín, Tomáš Mikita
Department of Forest Management and Applied Geoinformatics, Faculty of Forestry and Wood Technology, Mendel University in Brno, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Czech Republic

The aim of this paper is to determine the effects of land use changes on the runoff in the landscape by means of hydrological modelling. Our partial aim is also to determine the effect of different elevation data and define optimal data sources for this modelling. The research was conducted on the Starozuberský stream experimental watershed.
For comparing elevation models, three scenarios were developed with different input data. Based on a comparison of these models an optimal data source for hydrological modelling was selected. To simulate the change in land use, we have created two scenarios based either upon the current land use and historical data from the fifties of the twentieth century. Comparison was carried out using the HEC-HMS software interface for rainfall-runoff simulation and HEC-RAS for the flooding simulation. Data for the simulation were prepared using the ESRI ArcGIS extensions, namely HEC-GeoHMS and HEC-GeoRAS.

Keywords: ALS, DMR 4G, contour lines, HEC-HMS, HEC-RAS, land use
Grants and funding:

The research was conducted with help of founds IGA LDF, project No. 45/2014 with name "The effect of quality of elevation data for hydrological modelling" [in Czech: Aplikace srážko-odtokového modelu HEC-HMS na male povodí]. Airborne laser scanning data were borrowed by the company GEODIS Brno.

Prepublished online: July 4, 2016; Published: July 1, 2016  Show citation

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Divín, J., & Mikita, T. (2016). Effects of Land Use Changes on the Runoff in the Landscape Based on Hydrological Simulation in HEC-HMS and HEC-RAS Using Different Elevation Data. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 64(3), 759-768. doi: 10.11118/actaun201664030759
Share...
Download citation
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Open full article

    References

    1. BIČÍK, I., JELEČEK, L. and ŠTĚPANEK, V. 2001. Land-use changes and their social driving forces in Czechia in the 19th and 20th centuries. Land use Policy, 18(1): 65-73. DOI: 10.1016/S0264-8377(00)00047-8 Go to original source...
    2. CASAS, A., BENITO, G., THORNDYCRAFT, V. R., RICO, M. 2006. The topographic data source of digital terrain models as a key element in the accuracy of hydraulic flood modelling. Earth Surface Processes and Landforms., 31(4): 444-456. DOI: 10.1002/esp.1278 Go to original source...
    3. CENIA. ©2010-2015. Národní geoportál INSPIRE. [Online]. Available at: http://geoportal.gov.cz/web/guest/home. [Accessed: 2015, August 02].
    4. ČÚZK. ©2010a. DMR 4G Digitální model reliéfu České republiky čtvrté generace (DMR 4G). [Online]. Available at: http://geoportal.cuzk.cz/(S(nt4sfmd1vjwvsdnuhsjotgkl))/Default.aspx?mode=TextMeta&side=vyskopis&metadataID=CZ-CUZK-DMR4G-V&head_tab=sekce-02-gp&menu=301. [Accessed: 2015, July 30].
    5. ČÚZK. ©2010b. Základní báze geografických dat České republiky (ZABAGED®) - výškopis - 3D vrstevnice. Geoportal ČUZK. [Online]. Available at: http://geoportal.cuzk.cz/(S(k35piirum3hewcq1hle3cgdi))/Default.aspx?lng=CZ&mode=TextMeta&side=zabaged&metadataID=CZ-CUZK-ZABAGED-VV↦id=8&menu=242. [Accessed: 2015 July 30].
    6. DAŇHELKA, J. 2003. Assessing the suitability of the ranfall-runoff models with respect to simulate flood conditions for localities in the Czech Republic [in Czech: Posouzení vhodnosti aplikace srážko-odtokových modelů s ohledem na simulaci povodňových stavů pro lokality na území ČR]. Vyd. 1. Praha: Česká zemědělská univerzita.
    7. DAŇHELKA, J. and ELLEDER, L. 2012 Selected chapters from the history of floods and hydrological services in the Czech Republic [in Czech: Vybrané kapitoly z historie povodní a hydrologické služby na území ČR]. Praha: Český hydrometeorologický ústav.
    8. DOLANSKÝ, T. 2004 LIDAR and airborne laser scanning [in Czech: Lidary a letecké laserové skenování]. 1. vyd. Ústí nad Labem: Univerzita J. E. Purkyně.
    9. HEC-RAS. ©2015. HEC-RAS GIS River Analysis System. [Online]. Available at: http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/documentaion/HECRAS_4.1_Users_Manual.pdf. [Accessed: 2015, July 20].
    10. JANEČEK, M. 2007. Ochrana zemědělské půdy před erozí: metodika. Vyd. 1. Praha: Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy.
    11. JENÍČEK, M. 2007. Effects of land cover on runoff proces using SCS CN method [in Czech: Modelování vlivu krajinného pokryvu na srážko-odtokové procesy metodou CN křivek]. In: LANGHAMER, J. (ed.), Změny v krajině a povodňové riziko. Sborník příspěvků semináře Povodně a změny v krajině, 5. 6. 2007. Praha: PřF UK, 41-50.
    12. JENIČEK, M. 2015. Přehled srážko-odtokových modelů. [Online]. Available at: http://www.isws.illinois.edu/pubdoc/CR/ISWSCR-516.pdf. [Accessed: 2015, August 03].
    13. KNAPP, V. H., DURGUNOGLU, A. and ORTEL, W. T. 1991. A review of rainfall-runoff modeling for stromwater management. Champaign: Illinois State Water Survey.
    14. KREŠL, J. 2001. Hydrologie. Vyd. 1. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita.
    15. MIKITA, T., CIBULKA, M. and JANATA, P. 2013 Assessment of the accuracy of digital elevation models 4th and 5th generation in forest [in Czech: Hodnocení přesnosti digitálních modelů reliéfu 4. a 5. generace v lesních porostech]. Geodetický a kartografický obzor, 59(4): 76-85. [Online]. Available at: http://egako.eu/wp-content/uploads/2012/11/gako_2013_04.pdf. [Accessed: 2015 September 10].
    16. PODHORÁNYI, M., UNUCKA, J., BOBÁL, P., ŘÍHOVÁ, V. 2013. Effects of LIDAR DEM resolution in hydrodynamic modelling: Model sensitivity for cross-sections. International Journal of Digital Earth, 6(1): 3-27. [Accessed: 2015 August 03]. DOI: 10.1080/17538947.2011.596578 Go to original source...
    17. POVODÍ MORAVY. ©2015. Průvodní list útvaru povrchových vod Plánu oblasti povodí Moravy 2010-2015. [Online]. Available at: http://www.pmo.cz/pop/2009/Morava/End/inf_listy/prilohy/087.pdf. [Accessed: 2015 July 30].
    18. ŠILHAVÝ, J. and ČADA, V. 2013. Comparison of the accuracy of the product ZABAGED alimetrz 3D contour data with airborne laser scaning data the entair territorz of the Czech Republic [in Czech: Porovnání přesnosti produktu ZABAGED výškopis - vrstevnice 3D s daty leteckého laserového skenování celého území České republiky]. Geodetický a kartografický obzor, 101(8): 173-181.
    19. UNUCKA, J. and ADAMEC, M. 2008. Modeling of the land cover impact on the rainfall-runoff relations in the Olse catchment [in Czech: Modelování vlivu krajinného pokryvu na srážkoodtokové vztahy v povodí Olše.] Vodohospodářsky časopis/Journal of Hydrology and Hydromechanics, 56(4): 257-271.
    20. UHLÍŘOVÁ, K. 2010. The possifility of using airborne laser scanning for water management purposes [in Czech: Možnosti využití leteckého laserového skenování pro vodohospodářské účely]. VTEI, příloha Vodního hospodářství č. 12/2009, 51(6): 11-15.
    21. U. S. DEPARTMENT OF AGRICULTURE - SOIL CONSERVATION SERVICE. 1986. Urban Hydrology for Small Watersheds. Technical Release 55, U. S. Washington, D.C.: Department of Agriculture Soil Conservation Service.
    22. USBR. ©2015. Accuracy of HEC-RAS to calculate flow depths and total energy loss with and without bendway Weiss in a mender bend. [Online]. Available at: http://www.usbr.gov/uc/albuq/envdocs/techreports/flowDepthReport/flowDepthMeander.pdf. [Accessed: 2015 July 10].
    23. VOLOŠ, B. ©2015. Odvození extrémních povodňových vln v malých povodích deterministickými nástroji. [Online]. Available at: http://hydraulika.fsv.cvut.cz/Hydraulika/vyzkum/nejistoty/hydrologie.html. [Accessed: 2015 July 20].
    24. YANG, P., AMES, D. P., FONSECA, A., ANDERSON, D., SHRESTHA, R., GLENN, N. F., CAO, Y. 2014 What is the effect of LiDAR-derived DEM resolution on large-scale watershed model results? Environmental Modeling and Software, 58: 48-57. DOI: 10.1016/j.envsoft.2014.04.005 Go to original source...
    25. ZUBŘÍ. ©2010-2015. Povodňový plán města zubří. In: Zubří - Hydrologické údaje Zubří. [Online]. Available at: http://www.edpp.cz/zub_hydrologicke-udaje/. [Accessed: 2015 July 30].

    This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY NC ND 4.0), which permits non-comercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original publication is properly cited. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.


    Return to the content