Published June 11, 2022
| Version v1
Publication
Optimum parametrization of the soil conservation service (SCS) method for simulating the hydrological response in arid basins
- 1. King Abdulaziz University
- 2. Clemson University
- 3. Desert Research Center
- 4. Mansoura University
Description
The use of the soil conservation service (SCS) curve number (CN) model for estimation of the rainfall excess and the SCS-unit hydrograph (UH) model are common tools for flood studies in arid regions. In this research, we are investigating the capability of these models to simulate flood events in the arid region under the common parametrization provided by the SCS model (SCS-CN, the initial abstraction ratio, λ, and UH theory) and the optimum parameterization for best simulating the hydrologic response. A case study is performed in Al-Lith basin in the west of Saudi Arabia (SA). The study simulates measured rainfall-runoff events in the area using seven scenarios (various SCS-CN estimation methods: least-squares method (CNLSM), asymptotic fitting method (CN∞), SCS-CN tables (CNdesign), and antecedent moisture content CN (CNI, CNII, and CNIII), λ = 0.2 and 0.01, and SCS-UH and UH derived from streamflow data) and a comparison is made between the observations and model results under the common parameterization of the SCS model and parameterization estimated from the Saudi arid environment. The comparison between simulated and observed peak flow and runoff volume of the studied events shows high scatter which is a common feature in arid regions due to the inherent uncertainties in the hydrological processes which are not yet resolved due to the lack of detailed measurements of the rainfall-runoff processes. Statistical analysis showed that λ = 0.01 provides a minimum root mean square error (RMSE) in the peak flow (24.8 m3/s) and the runoff volume (0.31 million m3) with CNLSM obtained by LSM. CN∞ is bad to simulate the hydrologic response. The SCS-CN Tables cannot be used for hydrological simulation. They can rather be used for the design purposes of mitigation structures.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعد استخدام نموذج رقم منحنى خدمة الحفاظ على التربة (SCS) لتقدير فائض هطول الأمطار ونموذج الهيدروغراف لوحدة SCS (UH) من الأدوات الشائعة لدراسات الفيضانات في المناطق القاحلة. في هذا البحث، نقوم بالتحقيق في قدرة هذه النماذج على محاكاة أحداث الفيضانات في المنطقة القاحلة تحت المعلمات الشائعة التي يوفرها نموذج SCS (SCS - CN، ونسبة التجريد الأولية، ونظرية λ، و UH) والمعلمات المثلى لمحاكاة الاستجابة الهيدرولوجية بشكل أفضل. يتم إجراء دراسة حالة في حوض الليث في غرب المملكة العربية السعودية (SA). تحاكي الدراسة أحداث هطول الأمطار المقاسة في المنطقة باستخدام سبعة سيناريوهات (طرق تقدير SCS - CN المختلفة: طريقة المربعات الصغرى (CNLSM)، طريقة التركيب المقارب (CN∞)، جداول SCS - CN (CNdesign)، ومحتوى الرطوبة السابق CN (CNI، CNII، و CNIII)، λ = 0.2 و 0.01، و SCS - UH و UH المستمدة من بيانات التدفق) ويتم إجراء مقارنة بين الملاحظات ونتائج النموذج في إطار المعلمات المشتركة لنموذج SCS والمعلمات المقدرة من البيئة القاحلة السعودية. تُظهر المقارنة بين تدفق الذروة وحجم الجريان السطحي المحاكى والملاحظ للأحداث المدروسة تشتتًا كبيرًا وهو سمة شائعة في المناطق القاحلة بسبب الشكوك المتأصلة في العمليات الهيدرولوجية التي لم يتم حلها بعد بسبب عدم وجود قياسات مفصلة لعمليات الجريان السطحي للأمطار. أظهر التحليل الإحصائي أن λ = 0.01 يوفر الحد الأدنى من متوسط الجذر التربيعي للخطأ (RMSE) في ذروة التدفق (24.8 متر مكعب/ثانية) وحجم الجريان السطحي (0.31 مليون متر مكعب) مع CNLSM الذي تم الحصول عليه بواسطة LSM. CN∞ سيء لمحاكاة الاستجابة الهيدرولوجية. لا يمكن استخدام جداول SCS - CN للمحاكاة الهيدرولوجية. يمكن استخدامها بدلاً من ذلك لأغراض تصميم هياكل التخفيف.Translated Description (French)
L'utilisation du modèle de nombre de courbes (CN) du service de conservation des sols (SCS) pour l'estimation de l'excès de précipitations et le modèle hydrographique unitaire SCS (UH) sont des outils courants pour les études d'inondation dans les régions arides. Dans cette recherche, nous étudions la capacité de ces modèles à simuler des événements d'inondation dans la région aride dans le cadre de la paramétrisation commune fournie par le modèle SCS-CN (SCS-CN, le rapport d'abstraction initial, la théorie λ et UH) et la paramétrisation optimale pour simuler au mieux la réponse hydrologique. Une étude de cas est réalisée dans le bassin d'Al-Lith, à l'ouest de l'Arabie saoudite (SA). L'étude simule les événements pluviométriques mesurés dans la région à l'aide de sept scénarios (diverses méthodes d'estimation SCS-CN : méthode des moindres carrés (CNLSM), méthode d'ajustement asymptotique (CN∞), tables SCS-CN (CNdesign) et teneur en humidité antérieure CN (CNI, CNII et CNIII), λ = 0,2 et 0,01, et SCS-UH et UH dérivés des données de débit) et une comparaison est effectuée entre les observations et les résultats du modèle dans le cadre du paramétrage commun du modèle SCS et du paramétrage estimé à partir de l'environnement aride saoudien. La comparaison entre le débit de pointe simulé et observé et le volume de ruissellement des événements étudiés montre une dispersion élevée qui est une caractéristique commune dans les régions arides en raison des incertitudes inhérentes aux processus hydrologiques qui ne sont pas encore résolus en raison du manque de mesures détaillées des processus de ruissellement des précipitations. L'analyse statistique a montré que λ = 0,01 fournit une erreur quadratique moyenne minimale (RMSE) dans le débit de pointe (24,8 m3/s) et le volume de ruissellement (0,31 million de m3) avec le CNLSM obtenu par LSM. Le CN∞ est mauvais pour simuler la réponse hydrologique. Les tableaux SCS-CN ne peuvent pas être utilisés pour la simulation hydrologique. Ils peuvent plutôt être utilisés à des fins de conception de structures d'atténuation.Translated Description (Spanish)
El uso del modelo de número de curva (CN) del Servicio de Conservación de Suelos (SCS) para la estimación del exceso de lluvia y el modelo de hidrografía de la unidad SCS (UH) son herramientas comunes para estudios de inundaciones en regiones áridas. En esta investigación, estamos investigando la capacidad de estos modelos para simular eventos de inundación en la región árida bajo la parametrización común proporcionada por el modelo SCS (SCS-CN, la relación de abstracción inicial, λ y la teoría UH) y la parametrización óptima para simular mejor la respuesta hidrológica. Se realiza un estudio de caso en la cuenca de Al-Lith en el oeste de Arabia Saudita (SA). El estudio simula eventos de precipitación-escorrentía medidos en el área utilizando siete escenarios (varios métodos de estimación SCS-CN: método de mínimos cuadrados (CNLSM), método de ajuste asintótico (CN∞), tablas SCS-CN (CNdesign) y contenido de humedad antecedente CN (CNI, CNII y CNIII), λ = 0.2 y 0.01, y SCS-UH y UH derivados de los datos de flujo de corriente) y se realiza una comparación entre las observaciones y los resultados del modelo bajo la parametrización común del modelo SCS y la parametrización estimada del entorno árido saudí. La comparación entre el flujo pico simulado y observado y el volumen de escorrentía de los eventos estudiados muestra una alta dispersión, que es una característica común en las regiones áridas debido a las incertidumbres inherentes en los procesos hidrológicos que aún no se resuelven debido a la falta de mediciones detalladas de los procesos de lluvia y escorrentía. El análisis estadístico mostró que λ = 0.01 proporciona un error cuadrático medio mínimo (RMSE) en el flujo máximo (24.8 m3/s) y el volumen de escorrentía (0.31 millones de m3) con CNLSM obtenido por LSM. CN∞ es malo para simular la respuesta hidrológica. Las tablas SCS-CN no se pueden utilizar para la simulación hidrológica. Más bien se pueden utilizar con fines de diseño de estructuras de mitigación.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- القياس الأمثل لطريقة خدمة الحفاظ على التربة (SCS) لمحاكاة الاستجابة الهيدرولوجية في الأحواض القاحلة
- Translated title (French)
- Paramétrage optimal de la méthode du service de conservation des sols (SCS) pour simuler la réponse hydrologique dans les bassins arides
- Translated title (Spanish)
- Parametrización óptima del método del servicio de conservación de suelos (SCS) para simular la respuesta hidrológica en cuencas áridas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4292671533
- DOI
- 10.1080/19475705.2022.2080005
References
- https://openalex.org/W1493136212
- https://openalex.org/W1500109166
- https://openalex.org/W1535417910
- https://openalex.org/W1562361480
- https://openalex.org/W1968385861
- https://openalex.org/W1972654136
- https://openalex.org/W1978157735
- https://openalex.org/W1988231260
- https://openalex.org/W1998188508
- https://openalex.org/W2017003021
- https://openalex.org/W2027495477
- https://openalex.org/W2078080423
- https://openalex.org/W2106682673
- https://openalex.org/W2122923951
- https://openalex.org/W2151110679
- https://openalex.org/W2163844495
- https://openalex.org/W2332187961
- https://openalex.org/W2510563167
- https://openalex.org/W2511517663
- https://openalex.org/W2580741968
- https://openalex.org/W2775606633
- https://openalex.org/W2793132290
- https://openalex.org/W2899600835
- https://openalex.org/W2907541947
- https://openalex.org/W2969665021
- https://openalex.org/W2985857930
- https://openalex.org/W2997348829
- https://openalex.org/W2999488792
- https://openalex.org/W3012000550
- https://openalex.org/W3025991708
- https://openalex.org/W3047322242
- https://openalex.org/W3081718923
- https://openalex.org/W3121823667
- https://openalex.org/W3152468779
- https://openalex.org/W3158552956
- https://openalex.org/W4238052088