Application of NRCS-curve number method for runoff estimation in a mountainous watershed

مشكل اصلي در ارزيابي رابطه بين بارش و رواناب هنگامي رخ مي دهد كه مطالعه در حوضه آبخيز فاقد ايستگاه و داده هاي اقليمي - هيدرولوژيكي انجام مي شود. هدف اين مطالعه ارزيابي قابليت كاربرد روش شماره منحني- سرويس حفاظت منابع طبيعي (NRCS-CN) به همراه سيستم اطلاعات جغرافيايي در برآورد عمق رواناب در حوضه آبخيز كوهستاني بود. اين مطالعه در حوضه آبخيز كارده با مختصات جغرافيايي “17 ’37 °36 تا “25 ’58 °36 عرض شمالي و ”3 ’26 °59 تا “17 ’37 °59 طول شرقي با اقليم نيمه خشك در استان خراسان رضوي انجام شد. نقشه گروه هاي هيدرولوژيك خاك، كاربري اراضي و شيب با استفاده از توانمندي سيستم اطلاعات جغرافيايي تهيه شد. براي تهيه نقشه شماره منحني، مقادير شماره منحني حاصل از جداول استاندارد NRCS به نقشه ادغام شده كاربري اراضي و گروه هاي هيدرولوژيك خاك تخصيص داده شد. براي محاسبه عمق رواناب براي بارش هاي انتخاب شده، مراحل مختلف روش شماره منحني گام به گام انجام شد. ضريب ناش-ساتكليف، مقايسه زوجي با آزمون t، ضريب همبستگي پيرسون و درصد خطا براي سنجش صحت داده هاي برآورد شده و رابطه بين عمق رواناب برآوردي و مشاهده اي استفاده شد. نتايج نشان داد كه مقدار ضريب ناش-ساتكليف (E) برابر با 835/0– بود. تفاوت معني داري بين عمق رواناب برآورد شده و مشاهده اي وجود نداشت ) 5/0(P > . بين داده هاي برآوردي و مشاهده اي همبستگي متوسط )55/0r = ( وجود داشت. حدود 9 و 43 درصد از مقادير رواناب برآورد شده داراي مقدار خطاي %10 ? و %50 ? نسبت به داده هاي مشاهده اي بود. اين نتايج جاكي از آن است كه روش شماره منحني همراه با سيستم اطلاعات جغرافيايي مي تواند در حوزه هاي آبخيز كوهستاني نيمه خشك با حدود 55 درصد دقت فقط براي اهداف مديريتي استفاده شود.

The major problem in the assessment of relationships between rainfall and runoff occurs when a study is carried out in ungauged watersheds in the absence of hydro-climatic data. This study aims to evaluate the applicability of Natural Resources Conservation Service-Curve Number (NRCS-CN) method together with GIS in estimating runoff depth in a mountainous watershed. The study was carried out in the semi-arid Kardeh watershed which lies between 36? 37´ 17? to 36? 58´ 25? N latitude and 59? 26´ 3? to 59? 37´ 17? E longitude, about 42 km north of Mashhad, Khorasan Razavi Province, Iran. The hydrologic soil groups, land use and slope maps were generated with GIS tools. The curve number values from NRCS Standard Tables were assigned to the intersected hydrologic soil groups and land use maps to generate CN values map. The curve number method was followed to estimate runoff depth for selected storm events in the watershed. Nash-Sutcliffe efficiency, pair-wise comparison by the t-test, Pearson correlation and percent error were used to assess the accuracy of estimated data and relationship between estimated and observed runoff depth. The results showed relatively low Nash-Sutcliffe efficiency (E = – 0.835). There was no significant difference between estimated and observed runoff depths (P > 0.05). Fair correlation was detected between estimated and observed runoff depth (r = 0.56; P < 0.01). About 9% of the estimated runoff values were within ?10% of the recorded values and 43% had error percent greater than ?50%. The results indicated that the combined GIS and CN method can be used in semi-arid mountainous watersheds with about 55% accuracy only for management and conservation purposes.