ORIGINAL ARTICLE
Hydrological Modeling-Based Assessment of the Impact of Urbanization on Runoff From Watercourse Catchments
 
More details
Hide details
1
Faculty of Environmental Engineering, Department of Water and Wastewater Management and Waste Technology, Wrocław University of Science and Technology, Wrocław, Poland
 
These authors had equal contribution to this work
 
 
Submission date: 2026-03-13
 
 
Final revision date: 2026-05-27
 
 
Acceptance date: 2026-06-20
 
 
Online publication date: 2026-06-27
 
 
Publication date: 2026-06-27
 
 
Corresponding author
Hubert Jamry   

Faculty of Environmental Engineering, Department of Water and Wastewater Management and Waste Technology, Wrocław University of Science and Technology
 
 
Civil and Environmental Engineering Reports 2026;36(2):95-118
 
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
Urban expansion significantly alters natural hydrological regimes and increases the risk of flooding, particularly in suburban catchments undergoing rapid land-use transformation. The replacement of permeable surfaces with impervious infrastructure reduces infiltration and increases pressure on existing drainage systems. This study evaluates the hydraulic performance of a suburban catchment in southwestern Poland (18.78 km²) using an integrated modelling approach combining SWMM hydrodynamic simulations with high-resolution (1 m) terrain analysis in SCALGO Live Poland. Results show that an imperviousness level of approximately 18% is sufficient to exceed the hydraulic capacity of the drainage system during design rainfall events. The introduction of two retention reservoirs (total capacity 180 000 m³) reduced peak flows by 32% and eliminated 93% of high-risk flood zones. The study highlights the importance of integrated hydrological modelling for planning effective stormwater retention strategies in rapidly urbanizing catchments.
REFERENCES (35)
1.
Ozga-Zielińska, M and Brzeziński, J 1997. Hydrologia stosowana [Applied Hydrology]. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
 
2.
Bedient, PB, Huber, WC and Vieux, BE 2018. Hydrology and Floodplain Analysis. Pearson Education.
 
3.
Maidment, DR 1993. Handbook of Hydrology. McGraw-Hill.
 
4.
Meierdiercks, KL, Smith, JA, Baeck, ML and Miller, AJ 2010. Analyses of urban drainage network structure and its impact on hydrologic response. Journal of the American Water Resources Association 46, 932–943. https://doi.org/10.1111/j.1752....
 
5.
Beven, KJ 2012. Rainfall-Runoff Modelling: The Primer. 2nd ed. Wiley.
 
6.
Price, RK and Vojinovic, Z 2011. Urban Hydroinformatics: Data, Models and Decision Support for Integrated Urban Water Management. IWA Publishing.
 
7.
Devia, GK, Ganasri, BP and Dwarakish, GS 2015. A review on hydrological models. Aquatic Procedia 4, 1001–1007. https://doi.org/10.1016/j.aqpr....
 
8.
Pechlivanidis, IG, Jackson, BM, McIntyre, NR and Wheater, HS 2011. Catchment-scale hydrological modelling: a review of model types, calibration approaches and uncertainty analysis methods. Global NEST Journal 13, 193–214. https://doi.org/10.30955/gnj.0....
 
9.
Sojka, M, Murat-Błażejewska, S and Wróżyński, R 2014. Analiza możliwości wykorzystania modeli hydrologicznych w strategicznej ocenie oddziaływania na środowisko miejscowych planów zagospodarowania przestrzennego [Analysis of the Possibility of Using Hydrological Models in Strategic Environmental Assessment of Local Spatial Development Plans]. Inżynieria Ekologiczna 39, 176–186. https://doi.org/10.12912/20811....
 
10.
Wałęga, A 2013. Application of HEC-HMS programme for the reconstruction of a flood event in an uncontrolled basin. Journal of Water and Land Development 18, 13–20.
 
11.
Kuchar, L, Iwański, S and Jelonek, L 2014. Zastosowanie danych syntetycznych do badania wpływu zmian klimatu na zasoby wodne zlewni [Application of synthetic data for assessment of climate change impact on water resources of basin]. Przegląd Naukowy - Inżynieria i Kształtowanie Środowiska 66, 332-346.
 
12.
Jakarmizadeh, M, Harun, S and Salarpour, M 2012. A review on theoretical consideration and types of models in hydrology. Journal of Environmental Science and Technology 5(5), 249–261. https://doi.org/10.3923/jest.2....
 
13.
Rossman, LA and Simo, AM 2022. Storm Water Management Model User's Manual Version 5.2. Washington: US EPA.
 
14.
Barszcz, M 2015. Zastosowanie modelu SWMM do prognozy przepływów prawdopodobnych w zlewni miejskiej [The application of the SWMM model to forecast probable flows in urban catchment]. Przegląd Naukowy - Inżynieria i Kształtowanie Środowiska 69, 209–223.
 
15.
Szeląg, B, Górski, J, Bąk, Ł and Górska, K 2015. Zastosowanie programu SWMM do modelowania ilości i jakości ścieków deszczowych [Application of SWMM software to modelling the quantity and quality of rainfall wastewater]. Proceedings of ECOpole, 9(2), 767–775. https://doi.org/10.2429/proc.2....
 
16.
Wang, Y, Jiang, R, Xie, J, Zhao, Y, Yan, D and Yang, S 2019. Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model: a systemic review. Journal of Coastal Research 93(sp1), 22–30. https://doi.org/10.2112/SI93-0....
 
17.
Opiał-Gałuszka, U n.d. Teoretyczne podstawy modelu SWAT [Theoretical foundations of SWAT model]. IMGW, Kraków.
 
18.
Somorowska, U and Ślązek, M 2016. Zastosowanie modelu HBV-light do symulacji odpływu rzeki nizinnej [Application of the HBV-light model for discharge simulation of lowland river]. Przegląd Naukowy - Inżynieria i Kształtowanie Środowiska 25 (4), 387–396.
 
19.
Pender, G and Faulkner, H 2010. Flood Risk Science and Management. Wiley-Blackwell.
 
20.
Rada Gminy Czernica 2023. Załącznik Nr 1 do Uchwały Nr LI/485/2023 RADY GMINY CZERNICA z dnia 24 maja 2023 r. [Appendix No. 1 to Resolution No. LI/485/2023 of the Czernica Municipal Council of 24 May 2023]. Czernica.
 
21.
SCALGO 2024. Mapa retencji wody w Polsce [Map of water retention in Poland]. https://scalgo.com/pl/campaign... (accessed 05.03.2024).
 
22.
Sawicki, JM 1998. Przepływy ze swobodną powierzchnią [Free-surface flows]. PWN, Warszawa.
 
23.
Nowogórski, I 2018. Wykorzystanie i rozbudowa modelu sieci kanalizacyjnej EPA SWMM 5.1. [Epa SWMM 5.1. Use and extension of the sewer network model] Manuscript.
 
24.
DWA 2006. DWA-A118: Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwässerungssystemen [Hydraulic design and verification of drainage systems]. Hennef: DWA.
 
25.
Wartalska, KE and Kotowski, A 2020. Metodyka tworzenia wzorców opadów do modelowania terenów [Methodology for creating rainfall patterns for modeling land drainage]. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskej.
 
26.
Gancarz, J, Wartalska, KE and Kaźmierczak, B 2015. Modelowanie działania kanalizacji deszczowej ze zbiornikiem retencyjnym [Modeling the operation of a storm sewer system with a retention tank]. Interdyscyplinarne Zagadnienia w Inżynierii i Ochronie Środowiska 6, 146–155.
 
27.
Kotowski, A 2011. Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenów [Basics of safe dimensioning of land drainage]. Warszawa: Seidel-Przywecki.
 
28.
Kaźmierczak, B and Kotowski, A 2012. Weryfikacja przepustowości kanalizacji deszczowej w modelowaniu hydrodynamicznym [Verification of stormwater drainage capacity using hydrodynamic modeling]. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
 
29.
Kotowski, A, Kaźmierczak, B and Dancewicz, A 2010. Modelowanie opadów do wymiarowania kanalizacji [Rainfall modeling for sewer dimensioning]. Warszawa: Polska Akademia Nauk.
 
30.
Książyński, K, W, 2008. Hydraulika. Zestawienie pojęć i wzorów stosowanych w budownictwie: podręcznik dla studentów wyższych szkół technicznych [Hydraulics: a compilation of concepts and formulas used in construction: a textbook for students of technical universities]. Kraków: Politechnika Krakowska.
 
31.
UMWD 2024. Mapa retencji wody w glebie i zagrożenia suszą rolniczą – Dolny Śląsk [Map of soil water retention and agricultural drought risk – Lower Silesia]. https://geoportal.dolnyslask.p... (accessed 05.03.2024).
 
32.
Kotowski, A, Kaźmierczak, B and Licznar, P 2018. Wybrane problemy projektowania i modelowania odwodnień terenów [Selected problems of drainage design]. INSTAL 5, 32–38 .
 
33.
Izydorski, J and Bodlak, M 2025. Comparison of catchment areas of rivers of the Kłodzko Basin. Civil and Environmental Engineering Reports 35, 47–62. https://doi.org/10.59440/ceer/....
 
34.
Liang, Y, liao, W and Wang H 2025. A High-Resolution DEM-Based Method for Tracking Urban Pluvial–Fluvial Floods. Remote Sens. 17(7), 1225. https://doi.org/10.3390/rs1707....
 
35.
Zhang, Q, Liu, J and Yang, S 2024. Integration of high-resolution terrain data with hydrodynamic models. Water 16, 45. https://doi.org/10.3390/w16010....
 
eISSN:2450-8594
ISSN:2080-5187
Journals System - logo
Scroll to top