Applications of geomorphologic and kinematic wave models to wadis in Saudi Arabia

Abstract

The hydrologic records available in the Kingdom of Saudi Arabia are generally inadequate for detailed analysis of basin response to rainfall Therefore traditional runoff estimates based on the detailed analysis of the historical runoff and rainfall records do not seem to be promising Thus an attractive alternative appears to be the development of runoff prediction models with dependence on the geomorphology of watersheds rather than rainfall runoff records In the study reported herein four versions of the Geomorphologic Instantaneous Unit Hydrograph (GIUH) Model and a Kinematic Wave Model have been applied to three gauged watersheds in Saudi Arabia The simulations revealed that parameters such as peak discharge time to peak and the shape of the hydrograph were very sensitive to the streamflow velocity The Kinematic Wave Model DR3M applications showed that for small watersheds like Midhnab the kinematic wave celerity is the most representative streamflow velocity For larger watersheds such as Wadi Khat and Jawf however the GIUH model applications show that the dynamic wave velocity is the most representative one A comparison between the model simulations and observed hydrographs showed that the simulations of the GIUH model based on the exponentially distributed streamflow travel time and rainfall excess as computed from Philip's infiltration expression were in significant agreement with observed hydrographs for medium and large watersheds For small watersheds however the DR3M performed superior simulations

تعتبر السجلات والمعلومات المتوفرة الخاصة بعلم المياه (الهيدرولوجي) في المملكة العربية السعودية غير كافية لإجراء دراسة مفصلة عن تأثر الأحواض المائية بالأمطار لذلك فإن الطرق التقليدية المبنية على تحليلات دقيقة لتاريخ الصرف السطحي (السيول) وسجلات هطول الأمطار تبدو غير جديرة وهناك بديل جذاب نتيجة لتطور أنظمة التنبؤ بالصرف السطحي معتمدا على علم شكل أرضية (لوريان) دون الحاجة إلى سجلات الصرف السطحي للأمطار وفي هذه الدراسة طبقت أربع روايات لنظام وحدة التصرف اللحظي الجيومورفولوجي (GIUH) نظام الموجة المتحركة على ثلاثة وديان مجهزة بأدوات القياس وقد دلت المحاكاة على أن المتغيرات مثل الصرف الأعلى والوقت اللازم لحصوله وشكل الرسم المائي شديدة التأثر بسرعة جريان الماء وقد بين تطبيق نموذج الموجة المتحركة (DR3M) على الوديان الصغيرة مثل (وادي مذنب) أن سرعة الموجة المتحركة هي أفضل ما يمثل سرعة جريان الماء أما بالنسبة للوديان الكبيرة مثل (وادي خاط) و(وادي جوف) فإن نموذج التصرف اللحظي (GIUH) بين أن سرعة الموجة الديناميكية أفضل ما يكون للتمثيل وبمقارنة التمثيل مع القياسات الحقيقية تبين أن محاكاة نموذج التصرف اللحظي (GIUH) المبني على فرض التوزيع الأسي لوقت انتقال المياه السطحية في الوديان مع تمثيل (فيليبس) لزيادة مياه الأمطار متطابقة مع نتائج القياسات الحقيقية للوديان المتوسطة والكبيرة أما بالنسبة للوديان الصغيرة فقد حقق نموذج الموجة المتحركة (DR3M) تمثيلا فائقا