Evaluation and Comparison of GIUH Model Hydrograph Simulation Results in Different Seasonal Precipitation

Document Type : Research Article

Authors

• Iraj Jabbari ¹
• Masoumeh Asadi ²
• Hoamyoun Hesadi ³

¹ Associate Professor in Geomorphology, University of Razi, Kermanshah, Iran

² Department of Social Sciences, Payam Noor University, Tehran, Iran

³ Assistant Professor, Faculty Member of Research, Education and Promotion Organization of Agriculture, Kermanshah, Iran

10.22067/geoeh.2022.73551.1132

Abstract

Floods are occurring as an environmental hazard in many parts of the world, especially in countries that have been ineffective in crisis management and resource conservation. This natural hazard has become one of the most damaging natural disasters since the reckless activities of human beings in exploiting the natural environment have increased. One of the ways to deal with this danger is to predict the occurrence of floods. The models that are used to predict the occurrence of floods may not have the same accuracy in predicting precipitation events in different seasons of the year. Due to the importance of this issue, in this study, the results of the the Geomorphological Instantaneous Unit Hydrograph (GIUH) model in predicting floods in winter and spring in Minab catchment (Brentin) were compared. The data include the maximum hourly flow and their corresponding precipitation for three spring and three winter events. First, the required parameters of GIUH model including branching ratio, length ratio and area ratio for the basin were estimated using GIS softwar. Then, the events of winter and spring seasons, the peak discharge values, and the time of the peak discharge were compared. The results of this comparison showed that GIUH model predicts peak discharge and peak flood time occurring in winter (with average values of 20.09 and 45.64%, respectively). It is less distant from the observed data, and has a higher accuracy than spring events (with average values of 57.3 and 119.7, respectively).

Graphical Abstract

Keywords

• Simulation
• Seasonal precipitation
• Minab
• Flood
• GIUH

---

References

خداپناه، مسعود و رحیم‌زاده، علی؛ 1385. کارایی هیدروگراف واحد لحظه‌ای ژئومورفولوژی و مقایسه آن با هیدروگراف‌های مصنوعی اشنایدر، مثلثی و SCS در حوضه آبخیز کسیلیان، مجله منابع طبیعی، (70)، 32-23.

https://www.sid.ir/paper/19326/fa

زکی‌زاده، فریبا؛ ملکی‌نژاد، حسین؛ اختصاصی، محمدرضا؛ 1394. مقایسه آبنمود واحد لحظه‌ای نش، ژئومورفولوژیک و ژئومورفوکلیماتیک در برآورد مشخصات هیدروگراف سیلاب، پژوهش‌های آبخیزداری، 107.

https://www.sid.ir/paper/200704/fa

سعیدی، پونه؛ نیک‌سخن، محمدحسین؛ نوروزی، خدیجه؛ 1394. برآورد هیدروگراف واحد لحظه‌ای ژئومورفولوژیکی (GIUH) و هیدروگراف واحد لحظه‌ای تابع عرض (WFIUH) در حوضه‌های فاقد آمار (مطالعه موردی: حوضه‌ی قروه)، اکوهیدرولوژی، دوره 2، شماره 1، 62-51.

https://www.ije.ut.ac.ir/article_55128.html

عرفانیان، مهدی، تلوری، عبدالرسول؛ 1382؛ بسط تئوری هیدروگراف‌ واحد لحظه‌ای ژئومورفیک و ژئومورفوکلیماتیک درحوضه آبخیز سمنان؛ ششمین کنفرانس بین المللی مهندسی عمران، ص. 113-120.

https://www.civilica.com/doc/939

علیزاده، امین؛ 1390. اصول هیدرولوژی کاربردی، مشهد، انتشارات دانشگاه امام رضا (ع)، چاپ 34.

 https://www.mohitesabs.blogsky.com/1394/11/25/

فاخری فرد، احمد؛ نورانی، وحید؛ نیازی، فائقه؛ 1395. بررسی اثر کاربری اراضی در مدل هیدروگراف واحد ژئومورفولوژی مخزن، نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی) جلد 30، شماره 2، 391-377.

 https://www.jsw.um.ac.ir/article_38354.html

کرمی، فاطمه و اسمعیل پور، مرضیه؛ 1393). برآورد رواناب با استفاده از هیدروگراف واحد ژئومورفولوژی (مطالعه موردی: حوضه دریان چای). هیدروژئومورفولوژی، 1، 157-145.

https://www.hyd.tabrizu.ac.ir/article_3280.html

گلکاریان، علی؛ نقیبی، سیدامیر؛ داودی مقدم، داود؛ 1393. ارزیابی کارایی روش ژئومورفولوژی در برآورد ابعاد هیدروگراف واحد لحظه‌ای و مقایسه آن با روش‌های اشنایدر، SCS و مثلثی (مطالعه موردی: حوضه آبخیز جنگ کارده)، نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 28(2)، 450 – 440.

https://www.jsw.um.ac.ir/article_37667.html

محمدی، علی‌اصغر؛ احمدی، حسن؛ 1390. ارائه مدل برآورد دبی حداکثر لحظه‌ای در حوضه‌های فاقد آمار مبتنی بر مدل‌های هیدروگراف واحد لحظه‌ای ژئومورفولوژی، اشنایدر، SCS و مثلثی (مطالعه موردی: حوضه آبخیز کن)، فصلنامه جغرافیای طبیعی لار، سال چهارم، 13، 37- 48.https://www.sid.ir/paper/184978/fa

محمودی فرج‌الله؛ یمانی، مجتبی؛ بهرامی شهرام؛ 1386. ارزیابی مدل هیدروگراف واحد لحظه‌ای ژئومورفولوژیکی (GIUH) در حوضه آبخیز کنگیر (ایوان غرب). پژوهش‌های جغرافیایی. شماره 60.https://www.sid.ir/paper/5498/fa

محمودی، فرج‌الله؛ عیوضی، جمشید؛ یمانی، مجتبی؛ نصیری، علی؛ 1383. برآورد سیل با استفاده از آنالیز GIUH (مطالعه موردی حوضه امامه)، نشریه علوم جغرافیایی، جلد 3، شماره 3 و 4، صص 30 – 11.https://www.ensani.ir/fa/article/303768

نصیری، علی؛ 1384. آنالیز روابط متغیرهای ژئومرفولوژی- هیدرولوژی در مدلسازی برآورد سیل در حوضه امامه، پایان نامه دکتری، دانشگاه تهران.

 

Anghesom, Alemngus1 and B.S., Mathur., 2014. Geomorphologic instantaneous unit hydrographs for rivers. Journal of Indian Water Resources Society, VOL 34, NO.1 https://www.semanticscholar.org/paper/

Bamufleh, S. Wagdany, Abdullah.Elfeki,Amore. Chaabani, Anis., 2020. Developing a geomorphological instantaneous unit hydrograph (GIUH) using equivalent Horton-Strahler ratios for flash flood predictions in arid regions. Geomatics Natural Hazard and Risk. Volume 11, Issue 1. https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19475705.2020.1811404

Gupta V.K., Waymire E. and Wang C.T., 1980. A representation of an instantaneous unit hydrograph from geomorphology. J. Water Resources Manage. 16(5):855–862. https://doi.org/10.1029/WR016i005p00855

Horton, R. E., 1945. ‘Erosional development of streams and their drainage basins: Hydrophysical approach to quantitative morphology, Bull. Geol. Soc. Amer. 56, 275–370. https://pdodds.w3.uvm.edu/research/papers/others/1945/horton1945a.pdf

J.B.Swaina, R. Jhab, K.C.Patrac., 2015. Stream flow prediction in a typical ungauged catchment using GIUH approach- International conference on water  resources, Coastal and ocean engineering (Icwrcoe) , Aquatic Procedia 4 993 – 1000.

 https://cyberleninka.org/article/n/1291597

 Jin, C. X., 1992. A deterministic gamma geomorphologic instantaneous unit hydrograph based on path types. Water Resources Research, 28: 479-486.

https://ton.sdsu.edu/DGTGIUH_Jing_1992.pdf

Khaleghi, M.R., Ghodusi, J., and Ahmadi, H., 2014. Regional Analysis Using the Geomorphologic Instantaneous Unit Hydrograph (GIUH) Method - Soil & Water Res., 9 (1): 25–30.https://www.agriculturejournals.cz/pdfs/swr/2014/01/04.pdf

 Kwan Tun Lee& Chin-Hsin Chang., 2005): Incorporating Subsurface-Flow Mechanism into Geomorphology-Based IUH Modeling, Journal of Hydrology, 311:  91-105.

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2005JHyd..311...91L/abstract

Nash, J. E., 1960. ‘A Unit Hydrograph study, with particular reference to British catchments’, Proc. Inst. Civil Engg. 17, 249–282.https://nora.nerc.ac.uk/id/eprint/509040/

 Olivera, F. & Maidment, D., 1999): Geographic   Information systems (GIS) – Based Spatially Distributed Model for Runoff Routing. WATER RESOUR RES. 4: 1135-1146.https://doi.org/10.1029/1998WR900104

Pena, A., Ayuso, L. and V. Giraldez., 1999. Incorporating topologic properties into the, Geomorphologic instantaneous unit hydrograph. Phys. Chem .Earth (B), 24(1-2): 55-58.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1464190998000112

Rodriguez-Iturbe, I. and J. B. Valdes., 1979. The geomorphologic structure of the hydrologic response. Water Resources Research, 15 (6): 1409- 1420.

https://ponce.sdsu.edu/GSHR_Rodriguez_1979b.pdf

Rodriguez-Iturbe, I., Gonzalez-Sanabria, M., and Caamano, G., 1982) . On the climatic dependence of the IUH: A rainfall-runoff analysis of the Nash model and the geomorphoclimatic theory. Water Resour.Res., 18 (4) , pp 887 903.

https://ponce.sdsu.edu/GIUH_Rodriguez_1982.pdf

Sanjari M., 2019. Multi-Comparison Analysis of Instant Geomorphological Unit (GIUH) Hydrograph Model, Rangeland and catchments Management. Iranian Journal of Natural Invaironment. Volume 71, Number 4.https://jrwm.ut.ac.ir/article_70137.html

Snyder, F. F., 1938. ‘Synthetic Unitgraphs’, Transactions of American Geophysics Union, 19 th Annual Meeting, Part 2, p. 447.

Sorman, A. U., 1995. Estimation of  Peak discharge using GIUH model in Saudi Arabia. J. of  Water Res. Planning and Management, 121 (14): 287-243.

 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(1995)121:4(287)

Yingbing Ch, Peng Shi, Xiaomin Ji, Simin Qu, Lanlan Zhoao, Fengcheng Dong., 2019. new method to calculate the dynamic factor–low velocity in Geomorphologic instantaneous unit hydrograph. Scientific REPORTS nature research. 9:14201 https://doi.org/10.1038/s41598-019-50723-x.https://www.nature.com/articles/s41598-019-50723-x