GIS-Based Hydrological Modeling of Semiarid Catchments (The Case of Faria Catchment)
Date
2005
Authors
Sameer ‘Mohammad Khairi’ Shhadi Abedel-Kareem
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Extreme events, such as severe storms, floods, and droughts are the main features characterizing the hydrological system of a region. In the West Bank, which is characterized as semiarid; little work has been carried out about hydrological modeling. This thesis is an attempt to model the rainfall-runoff process in Faria catchment, which is considered as one of the most important catchments of the West Bank. Faria catchment dominating the north eastern slopes of the West Bank is a catchment of about 334 km2 and has the semiarid characteristics of the region. The catchment is gauged by six rainfall stations and two runoff flumes.
Statistical analysis including annual average, standard deviation, maximum and minimum rainfall was carried out for the rainfall stations. The internal consistency of rainfall measurements of the six stations was examined by using the double mass curve technique. The results show that all station measurements are internally consistent. Gumbel distribution fits well the annual rainfall and can be used for future estimations. It provides means to understand and evaluate the distribution characteristics of the rainfall in the Faria catchment. Trend analysis of the rainfall has shown an increasing trend for the stations with high elevations and a decreasing trend for low elevated ones. The multiple regression analysis applied to the six rainfall stations proved to be strongly correlated. GIS-based KW-GIUH hydrological model was used to simulate the rainfall-runoff process in the Faria catchment. GIUH unit hydrographs were derived for the three sub-catchments of Faria namely Al-Badan, Al-Faria and Al-Malaqi.
The KW-GIUH model is tested by comparing the simulated and observed hydrographs of Al-Badan sub-catchment for two rainstorms with good results. Sensitivity of the KW-GIUH model parameters was also investigated. The simulated runoff hydrographs proved that the GIS-based KW-GIUH model is applicable to semiarid regions and can be used to estimate the unit hydrographs in the West Bank catchments.
تعتبر العواصف الشديدة، الفيضانات والجفاف من ابرز الخصائص التي تميز النظام الهيدرولوجي لأي منطقة. في الضفة الغربية والتي تعتبر من المناطق شبه الجافة، هناك عدد .(Hydrological Modeling) قليل من الدراسات المتوفرة في مجال النمذجة الهيدرولوجية رسالة الماجستير هذه هي عبارة عن محاولة لدراسة ونمذجة العلاقة ما بين المطر والجريان في الحوض السطحي لوادي الفارعة. يقع حوض وادي الفارعة في شمال شرق السفوح الشرقية للضفة الغربية، حيث تبلغ مساحته حوالي 334 كم 2 ويصنف على انه منطقة شبه جافة. يوجد في حوض الفارعة ست محطات لقياس الأمطار بالإضافة لمحطتين لقياس الجريان السطحي للجزء العلوي من الحوض. في هذه الدراسة تم عمل تحليل إحصائي لأمطار جميع محطات حوض وادي الفارعة وهذا يتضمن المعدل السنوي، الانحراف المعياري والقيم العظمى والصغرى. كذلك تم اختبار التوافق Double ) باستخدام طريقة المنحنى الكتلي (Internal Consistency) لقياسات الأمطار حيث وجد أن قياسات المحطات متوافقة بعد ذلك تم عمل تحليل للتوزيع (Mass Curve الإحصائي للأمطار السنوية لجميع المحطات في حوض الفارعة حيث تبين أن توزيع يناسب البيانات المطرية السنوية ويمكن الاعتماد على هذا التوزيع في الحسابات (Gumbel) المستقبلية للمنطقة بما يمكن من فهم وتقييم خصائص التوزيع الاحتمالي للأمطار في حوض الفارعة. من ناحية أخرى تم دراسة وتحليل التوجه للأمطار السنوية حيث كانت النتيجة أن هناك توجه في المناطق المرتفعة حيث كان هذا التوجه واضحا (Increasing Trend) نحو الزيادة في (Decreasing Trend) لمحطتي نابلس وبيت دجن بينما كان هناك توجه نجو النقصان المناطق المنخفضة. كذلك تم دراسة العلاقة بين محطات الأمطار لحوض الفارعة باستخدام ووجد أن هناك علاقة قوية تربط تلك (Multiple Regression) طريقة الانحسار المتعدد المحطات. في هذه الرسالة تم دراسة وتفحص العلاقة ما بين المطر والجريان السطحي لحوض وادي وهو منحنى (KW-GIUH Model) الفارعة باستخدام النموذج الهيدرولوجي الذي يعرف باسم التدفق الأحادي المعتمد على الخصائص الجيومورفولوجية ومعادلة الحركة وذلك بالاستعانة وباستخدام هذا النموذج تم اشتقاق منحنى التدفق (GIS) ببرنامج نظم المعلومات الجغرافية للأحواض الثلاثة التي يتشكل منها وادي الفارعة. منحنيات التدفق المشتقة تدل (IUH) الأحادي على أن هذا النموذج الهيدرولوجي قابل للتطبيق لنمذجة الجريان السطحي في المناطق شبه الجافة وهذا يدل على إمكانية استخدام وتوظيف هذا النموذج لاشتقاق منحنيات التدفق للأحواض السطحية في فلسطين.
تعتبر العواصف الشديدة، الفيضانات والجفاف من ابرز الخصائص التي تميز النظام الهيدرولوجي لأي منطقة. في الضفة الغربية والتي تعتبر من المناطق شبه الجافة، هناك عدد .(Hydrological Modeling) قليل من الدراسات المتوفرة في مجال النمذجة الهيدرولوجية رسالة الماجستير هذه هي عبارة عن محاولة لدراسة ونمذجة العلاقة ما بين المطر والجريان في الحوض السطحي لوادي الفارعة. يقع حوض وادي الفارعة في شمال شرق السفوح الشرقية للضفة الغربية، حيث تبلغ مساحته حوالي 334 كم 2 ويصنف على انه منطقة شبه جافة. يوجد في حوض الفارعة ست محطات لقياس الأمطار بالإضافة لمحطتين لقياس الجريان السطحي للجزء العلوي من الحوض. في هذه الدراسة تم عمل تحليل إحصائي لأمطار جميع محطات حوض وادي الفارعة وهذا يتضمن المعدل السنوي، الانحراف المعياري والقيم العظمى والصغرى. كذلك تم اختبار التوافق Double ) باستخدام طريقة المنحنى الكتلي (Internal Consistency) لقياسات الأمطار حيث وجد أن قياسات المحطات متوافقة بعد ذلك تم عمل تحليل للتوزيع (Mass Curve الإحصائي للأمطار السنوية لجميع المحطات في حوض الفارعة حيث تبين أن توزيع يناسب البيانات المطرية السنوية ويمكن الاعتماد على هذا التوزيع في الحسابات (Gumbel) المستقبلية للمنطقة بما يمكن من فهم وتقييم خصائص التوزيع الاحتمالي للأمطار في حوض الفارعة. من ناحية أخرى تم دراسة وتحليل التوجه للأمطار السنوية حيث كانت النتيجة أن هناك توجه في المناطق المرتفعة حيث كان هذا التوجه واضحا (Increasing Trend) نحو الزيادة في (Decreasing Trend) لمحطتي نابلس وبيت دجن بينما كان هناك توجه نجو النقصان المناطق المنخفضة. كذلك تم دراسة العلاقة بين محطات الأمطار لحوض الفارعة باستخدام ووجد أن هناك علاقة قوية تربط تلك (Multiple Regression) طريقة الانحسار المتعدد المحطات. في هذه الرسالة تم دراسة وتفحص العلاقة ما بين المطر والجريان السطحي لحوض وادي وهو منحنى (KW-GIUH Model) الفارعة باستخدام النموذج الهيدرولوجي الذي يعرف باسم التدفق الأحادي المعتمد على الخصائص الجيومورفولوجية ومعادلة الحركة وذلك بالاستعانة وباستخدام هذا النموذج تم اشتقاق منحنى التدفق (GIS) ببرنامج نظم المعلومات الجغرافية للأحواض الثلاثة التي يتشكل منها وادي الفارعة. منحنيات التدفق المشتقة تدل (IUH) الأحادي على أن هذا النموذج الهيدرولوجي قابل للتطبيق لنمذجة الجريان السطحي في المناطق شبه الجافة وهذا يدل على إمكانية استخدام وتوظيف هذا النموذج لاشتقاق منحنيات التدفق للأحواض السطحية في فلسطين.