Application of HEC Models and Geospatial Analysis for Flood Assessment and Risk Mapping: Case Study of Bengawan Solo Basin, Indonesia. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Norma Wihdatun Nikmah-Master Thesis Book.pdf Restricted to Repository staff only until 14 April 2027. Download (6MB)

Arabic Abstract

لا يزال تقييم مخاطر الفيضانات في الدول الاستوائية النامية يعاني من قصور حاد بسبب شُح شبكات الرصد الأرضي، وغياب التحليل الاقتصادي الشامل عبر فترات عودة متعددة، فضلاً عن التساؤل القائم حول ما إذا كانت الفيضانات المتكررة المعتدلة أم النادرة الشديدة هي المحرّك الرئيسي للضرر الاقتصادي التراكمي — وهي ثغرات تُضعف مباشرةً قدرة صانعي القرار على تحديد أولويات الاستثمار في مكافحة الفيضانات. يُعدّ حوض نهر بنغاوان سولو أكبر أحواض المياه في جزيرة جاوا الإندونيسية، ويدعم أكثر من 33 مليون نسمة، ويواجه مخاطر فيضانات متصاعدة جراء تكثّف هطول الأمطار الغزيرة والتغيرات السريعة في استخدامات الأراضي. طوّرت هذه الدراسة إطاراً متكاملاً يجمع بين تقييم بيانات الأمطار الفضائية، والنمذجة الهيدرولوجية-الهيدروليكية، وتصنيف مخاطر الفيضانات، وتحديد المخاطر الاقتصادية لتقييم مخاطر الفيضانات عبر فترات عودة متعددة. أظهر المنتج النهائي IMERG انحيازاً شبه معدوم على مستوى الحوض يتراوح بين 5.6% و-0.6% عبر فترات العودة المختلفة، مع تخفيض أخطاء التقدير بنسبة 86% في حوض لامونغ غير المُراقب بعد تطبيق تصحيح الانحياز. استُخدمت منحنيات التكثافة-المدة-التكرار المستندة إلى محطات قياس الأمطار مدخلاً لنموذج HEC-HMS، الذي حقق كفاءة ناش-ساتكليف تتراوح بين 0.59 و0.66، وأنتج منحنيات تصريف تصميمية تتراوح ذروتها بين 4,328 و12,382 م³/ث. صنّفت محاكاة HEC-RAS 2D الهيدروليكية مناطق الغمر باستخدام دليل AIDR 7-3، حيث توسّعت مناطق الخطورة العالية إلى الشديدة من 7.64% عند فترة العودة السنتين إلى 21.36% عند مئة سنة، مما يُعرّض 255,601 مبنى و32.39 مليون شخص للفيضانات عند سيناريو المئة عام. تراوحت الخسائر الاقتصادية المباشرة بين 1.28 و4.26 مليار دولار، مما أسفر عن ضرر سنوي متوقع يبلغ 1.73 مليار دولار. تُسهم فيضانات الفترة 2-5 سنوات في 65.5% من إجمالي الضرر السنوي، مما يتحدى استراتيجيات الإدارة التقليدية التي تُركّز على الأحداث النادرة. تُشكّل خمس مناطق إدارية 50.8% من إجمالي الخسائر، مما يحدد أولويات جغرافية واضحة للتدخلات المستهدفة. تشمل قيود الدراسة استبعاد الخسائر الاقتصادية غير المباشرة وافتراضات الثبات في تطوير منحنيات IDF وتوحيد تكاليف الاستبدال، مما يُفضي مجتمعةً إلى عدم يقين يبلغ نحو ±30% في تقديرات الخسائر المطلقة.

English Abstract

Riverine flooding in developing tropical nations remains critically underassessed due to sparse ground-based observation networks, the absence of basin-wide multi-return-period economic quantification, and the unresolved question of whether frequent moderate floods or rare extreme events dominate long-term damage, gaps that directly undermine flood-mitigation investment prioritization. The Bengawan Solo River Basin, Indonesia's largest watershed on Java Island, supports over 33 million residents and faces escalating flood risk due to intensifying extreme rainfall and rapid land-use change. This study developed an integrated framework combining satellite-based precipitation evaluation, hydrological-hydraulic modelling, flood hazard classification, and economic risk quantification to assess multi-return-period flood risk across the basin. IMERG Final product achieved near-zero basin-scale bias of 5.6% to -0.6% across return periods, with multiplicative bias correction reducing errors by 86% in the ungauged Lamong Basin. Rain gauge-based IDF curves for six return periods served as inputs to HEC-HMS, achieving Nash-Sutcliffe Efficiency of 0.59–0.66 and generating design discharge hydrographs ranging from 4,328 to 12,382 m³/s. HEC-RAS 2D hydraulic simulations classified flood inundation using AIDR Guideline 7-3, with high-to-extreme hazard zones expanding from 7.64% at the 2-year to 21.36% at the 100-year return period, exposing 255,601 buildings and 32.39 million people at the 100-year scenario. Direct economic losses ranged from USD 1.28 to USD 4.26 billion, yielding an expected annual damage of USD 1.73 billion per year. Frequent moderate floods at 2–5-year return periods account for 65.5% of total annual damage, fundamentally challenging conventional management strategies that prioritize rare extremes. Five districts account for 50.8% of basin-wide losses, establishing clear geographic priorities for targeted mitigation. Study limitations include exclusion of indirect economic losses, stationarity assumptions in IDF development, and uniform unit replacement costs, collectively introducing approximately ±30% uncertainty in absolute loss estimates.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Water and Environmental Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Thesis Advisor:	Shakhawat Chowdhury,
Thesis Co-Advisor:	Ahmed Al Areeq,
Thesis Committee Members:	Mohammad Al-suwaiyan,
Depositing User:	NORMA NIKMAH (g202303450)
Date Deposited:	19 Apr 2026 10:41
Last Modified:	19 Apr 2026 10:41
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144126