Management of Natural Ecosystems

Management of Natural Ecosystems

Comparative Analysis of Runoff in the Isfahans' Counties Using Remote Sensing and the SCS-CN Model in Google Earth Engine

Document Type : Original Article

Authors
1 Assistant Professor, Department of Agriculture, Payame Noor University, Tehran, Iran.
2 Department of Agriculture, Payame Noor University, Tehran, Iran
10.22034/emj.2026.2082316.1145
Abstract
Accurate estimation of surface runoff in arid and semi-arid regions is fundamentally important for integrated water resource management, flood control, and planning for sustainable development. Isfahan Province, as one of the central industrial and agricultural hubs of Iran, has faced both water scarcity crisis and concurrent flood hazards in recent years, emphasizing the need for accurate assessment of runoff potential. This study aims to conduct a comparative analysis of annual runoff across 19 counties in Isfahan Province during a 26-year period (2000–2025) using the Soil Conservation Service Curve Number (SCS-CN) method implemented on the Google Earth Engine cloud platform. Precipitation data were sourced from the CHIRPS database, land use data from MODIS database, and soil information from the OpenLandMap dataset. The results showed that the spatial distribution of runoff follows a west-east gradient, such that mountainous and western counties of the province, including Fereydunshahr and Semirom, recorded the highest annual runoff with averages of 354.63 mm and 295.76 mm, respectively, while eastern counties such as Naein, with an average runoff of 70.55 mm, recorded the lowest annual runoff. The provincial average annual runoff was calculated at 166.41 mm with an average runoff coefficient of 81.16 Spatial coefficients of variation for precipitation and runoff across the province were 53.33% and 57.65%, respectively, indicating significant spatial heterogeneity of these parameters. The findings provide a scientific basis for rainwater harvesting planning, watershed structure design, and flood risk management in Isfahan Province.
Keywords
Subjects

اسدی، م.، جباری، ا.، و حصادی، ه. (1398). مدل‌سازی سیلاب در مناطق خشک و نیمه خشک با بهره‌گیری از مدل HEC-HMS (مطالعه موردی: حوضه آبریز سد استقلال میناب). پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی، (3)8، 33-17.
جوادی، م.، میردارهریجانی، ف.، و چترسیماب، ز. (1390). برآورد ارتفاع رواناب با استفاده از روش شماره منحنی در محیط نرم افزاری Arc GIS با ابزار Arc CN-Runoff. کاربرد سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در برنامه‌ریزی، (3)2، 62-55.
حاتمی یزدی، ا.، و قهرمان، ب. (1387). بررسی و تعمیم روابط بارش- رواناب ماهانه و سالانه به حوضه‌های فاقد آمار مطالعه موردی: حوضه‌های نهرین و کریت واقع در منطقه طبس استان یزد. کشاورزی، (4)3، 15-1.
رنجبرنائینی، ع.، گرشاسبی، ع.، و چترسیماب، ز. (1396). مقایسه نقش قنوات، چاه‏‌ها و چشمه‌ها در تخلیه سفره‏‌های زیرزمینی در حوزه‌های آبخیز اصلی کشور. آبخوان و قنات، (1)1، 38-49.
عالم، ح.، فلاحی، م.، و فرمانیه، ص. (1398). تخمین رواناب با استفاده از روش SCS-CN بر اساس سیستم اطلاعات جغرافیایی، مطالعه موردی (شهرستان های شیروان، بجنورد، فاروج، صفی‌آباد و مشکان). یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی، (26)13، 166-156.
عبدی، م.، و افشارزاده، س. (1391). بررسی فلوریستیک منطقه شمال بادرود، استان اصفهان. علوم زیستی گیاهی، (13)4، 12-1.
کرمی مقدم، م.، مرادی مطلق، سبزواری، ت.، و محمدپور، ر (1400). کاربرد فنون سنجش از دور و GIS در مدل SCS-CN  مطالعه موردی: حوضه بالارود، خوزستان. محیط زیست و مهندسی آب، (1)7، 169-157.
گندمکار، ا. (1393). توزیع مکانی و زمانی شاخص اقلیم آسایش گردشگری استان اصفهان. تحقیقات جغرافیایی، (3)29، ۲14-۲03.
دخانی، س.، و سلیمانی، ک. (1401). بررسی آماری اثر روش های جمع آوری آب باران بر کاهش میزان سیل و رواناب در مناطق نیمه خشک تا نیمه مرطوب ایران مرکزی (مطالعه موردی در 9 زیرحوزه آبخیز در استان اصفهان). مهندسی اکوسیستم بیابان، (6)4، 76-71.
قره شیخلو، ا.، وهابی، م.، و کریم‌زاده، ح. (1389). مقایسه خصوصیات خاک‌های دارای پوشش با سطوح عاری از پوشش گیاهی در حوضه آبخیز دق سرخ اردستان. علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، آب و خاک، (53)14، 97-89.
نقیبی، ا.، سلیمان پور، س. م.، و مهدوی، م. (1388). واسنجی ضریب تلفات اولیه در روش شماره منحنی(CN) مطالعه موردی حوزه آبخیز آب ماهی استان فارس. همایش ملی مدیریت بحران آب. دانشگاه آزاد مرودشت.
گیوی، ج.، و یغمائیان مهابادی، ن. (1396). مشخصات و رده‌بندی برخی خاک‌های بادرفتی دارای لملا در مناطق خشک (مطالعه موردی: منطقه زواره، شمال شرق استان اصفهان). مدیریت خاک و تولید پایدار، (2)7، 165-151.
یوسفی روبیات، ا.، خزاعی،ا.، و صحراگرد، ف. (1404). محاسبه میزان رواناب در گوگل ارث انجین با استفاده از روش شماره منحنی (مطالعه موردی: دشت بیرجند). آبخوان و قنات، (2)5، 155-174.
Al-Ghobari, H., and Dewidar, A.Z. (2021). Integrating GIS-based MCDA techniques and the SCS-CN method for identifying potential zones for rainwater harvesting in a semi-arid area. Water, 13(5), 704.
Doulabian, S., Toosi, A.S., Calbimonte, G.H., Tousi, E.G., and Alaghmand, S. (2021). Projected climate change impacts on soil erosion over Iran. Journal of Hydrology, 598, 126432.
Grillone, G., Baiamonte, G., and D'Asaro, F. (2014). Empirical determination of the average annual runoff coefficient in the Mediterranean area. American Journal of Applied Sciences, 11(1), 89-95.
Gorelick, N., Hancher, M., Dixon, M., Ilyushchenko, S., Thau, D., and Moore, R. (2017). Google Earth Engine: Planetary-scale geospatial analysis for everyone. Remote Sensing of Environment, 202, 18-27.
Hawkins, R.H., Ward, T.J., Woodward, D.E., and Van Mullem, J.A. (Eds.). (2008, November). Curve number hydrology: State of the practice. American Society of Civil Engineers.
Isnaini, F.N., Lismadanti, A., Fiore, K., Fauziah, L.M., Girsang, M.R.B., Athaya, M.F., Budiman, S., Nugroho, T.S., and Hadi, M.P. (2024). SCS-CN Model for Quantifying Surface Runoff Potential in the Ecoregion Segmentation of Bantul Regency. GeoEco, 10(2), 250.
Markert, K.N., Markert, A.M., Mayer, T., Nauman, C., Haag, A., Poortinga, A., ... and Saah, D. (2020). Comparing sentinel-1 surface water mapping algorithms and radiometric terrain correction processing in southeast asia utilizing google earth engine. Remote Sensing, 12(15), 2469.
Mohajeri, S., Horlemann, L., Sklorz, S., Kaltofen, M., Ghanavizchian, S., and Nuñez von Voigt, T. (2016). Integrated water resource management in Isfahan: The Zayandeh Rud catchment. In Integrated water resources management: concept, research and implementation (pp. 603-627). Cham: Springer International Publishing.
Rizal, N.S., Umarie, I., Munandar, K., and Wardoyo, A.E. (2023). Calibration and validation of CN values for watershed hydrological response. Civil Engineering Journal, 9(1), 72-85.
Shi, W., and Wang, N. (2020). An improved SCS-CN method incorporating slope, soil moisture, and storm duration factors for runoff prediction. Water, 12(5), 1335.
Soulis, K.X., and Valiantzas, J.D. (2012). SCS-CN parameter determination using rainfall-runoff data in heterogeneous watersheds–the two-CN system approach. Hydrology and Earth System Sciences, 16(3), 1001-1015.
Vaghefi, S.A., Keykhai, M., Jahanbakhshi, F., Sheikholeslami, J., Ahmadi, A., Yang, H. and Abbaspour, K.C. (2019). The future of extreme climate in Iran. Scientific Reports. 9(1), 1464.

Articles in Press, Accepted Manuscript
Available Online from 08 May 2026

  • Receive Date 28 December 2025
  • Revise Date 15 February 2026
  • Accept Date 30 April 2026