Assessment of trends in autocorrelated time series of annual maximum flows of Polish rivers

Chauhan, Geetika; Kuptel-Markiewicz, Iwona

Assessment of trends in autocorrelated time series of annual maximum flows of Polish rivers

Abstract

Anthropogenic changes in river catchments are modifying river flow, and among others, may lead to an increased frequency of flood extremes. Trend analysis of annual peak flow records provides valuable insights into changes in flood patterns. However, the presence of lag-1 serial correlation in the hydrological datasets, especially in the annual peak flow data, often disrupts the identification of the true trend in time series. Previous studies of trends in observation series of maximum river flows in Poland involved the identification of trends without taking into account serial correlation. This study focuses on the identification of the trend in the annual peak flow data, considering serial correlation in the observed records for 140 hydrological stations throughout Poland. The study identified that the annual peak flow data at 94 (67%) of the stations were affected by lag-1 serial correlation. Moreover, the research results indicate a general downward trend in the annual peak flow values in Poland, which was observed for 124 (89%) of the stations, and only 16 stations (i.e. 11%) show an upward trend. The results have been compared with the trend detection without considering serial correlation in the observation series, and several significant differences have been detected. The study shows that taking into account autocorrelation in the annual maximum flow data series allows for a more reliable identification of trends in the studied data sets.

Zmiany antropogeniczne w zlewniach rzek modyfikują przepływ rzek i mogą między innymi prowadzić do zwiększonej częstotliwości występowania ekstremalnych powodzi. Analiza trendów w seriach obserwacyjnych rocznych przepływów maksymalnych dostarcza cennych informacji na temat zmian zachodzących w schematach powodziowych. Jednakże obecność korelacji szeregowej o opóźnieniu 1 (jednostek czasu) w zbiorach danych hydrologicznych, zwłaszcza w danych dotyczących rocznego przepływu maksymalnego, często utrudnia identyfikację rzeczywistego trendu w szeregach czasowych. Dotychczasowe badania trendów w seriach obserwacyjnych maksymalnych przepływów rzek w Polsce obejmowały identyfikację trendów bez uwzględniania korelacji seryjnej. Niniejsze badanie koncentruje się na identyfikacji trendów w seriach obserwacyjnych rocznych przepływów maksymalnych przy uwzględnieniu autokorelacji w seriach danych ze 140 stacji hydrologicznych w całej Polsce. W badaniu wykazano, że dla 94 stacji (67%) serie obserwacyjne maksymalnych rocznych przepływów charakteryzują się występowaniem autokorelacji szeregowej o opóźnieniu 1. Ponadto wyniki badań wskazują zwykle na tendencję spadkową rocznych przepływów maksymalnych. Zaobserwowano ją na 124 stacjach (89%), a tylko na 16 (11%) stwierdzono tendencję wzrostową. Wyniki porównano z rezultatami identyfikacji trendu bez uwzględnienia korelacji szeregowej w seriach obserwacyjnych i odnotowano kilka istotnych różnic. Badanie pokazuje, że uwzględnienie autokorelacji w seriach rocznych przepływów maksymalnych pozwala na bardziej wiarygodną identyfikację faktycznie istniejących trendów.

Keywords

peak flow trend analysis Mann-Kendall test modified Mann-Kendall test serial correlation human interventions

przepływ maksymalny analiza trendów test Manna-Kendalla zmodyfikowany test Manna-Kendalla korelacja serii interwencje człowieka

Citation

Chauhan G., Kuptel-Markiewicz I. (2026). Assessment of trends in autocorrelated time series of annual maximum flows of Polish rivers. Czasopismo Geograficzne, 97(1): 103–119. https://doi.org/10.12657/czageo-97-05

URI

https://open.icm.edu.pl/handle/123456789/26731

Belongs to collection

Czasopismo Geograficzne

Full item record