Çoruh, Seyhan ve Ceyhan havzalarında kuraklık analizi
Tez Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği, Türkiye
Tez Danışmanı: Bihrat Önöz
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Özet:
Kuraklık, bir bölgede belirli bir süre boyunca gözlenen su miktarında, bölgede gözlenen normal değerlere göre, gözlemlenen anormal eksiklik olarak tanımlanabilir. Kuraklık, diğer doğal afetlerin aksine yavaş ve kademeli olarak gerçekleştiğinden oluşumunun fark edilmesi zor olabilir ve bu sebeple etkilediği bölgede şiddetli sonuçlara yol açabilir. Ekosistemleri ve toplumu doğrudan ve dolaylı olarak etkileyen kuraklık; su kaynakları, tarım, enerji ve halk sağlığı gibi birçok alanda aylarca hatta yıllarca süren bir etki bırakabilir. Günümüzde kuraklığın etkileri, insan popülasyonundaki hızlı artış, ormansızlaşma ve toprak bozunumu gibi etkenler ile birlikte daha da şiddetlenmiştir. Küresel bir sorun haline gelmiş olan kuraklığın etkileri, ülkemizde de şiddetli bir şekilde gözükmekte ve ülkemizin su kaynaklarına tehdit oluşturmaktadır. Bu sebeple, tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de kuraklığın izlenmesi ve etkilerinin azaltılması için çalışmalar yapılması büyük önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasının amacı; Çoruh, Seyhan ve Ceyhan havzalarındaki kuraklık durumunu farklı indislerle değerlendirerek hem hidrolojik hem de meteorolojik açılardan ayrı ayrı ve bileşik olarak incelemektir. Bu kapsamda Çoruh, Seyhan ve Ceyhan havzalarının her biri için 8 adet akım gözlem istasyonu seçilmiş ve 1989 ile 2011 yılları arasındaki aylık ortalama akım verileri Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü'nün akım gözlem yıllıklarından elde edilmiştir. Meteorolojik kuraklığın incelenmesi amacı ile Çoruh Havzası için 8 adet, Seyhan ve Ceyhan havzaları için ise toplamda 16 adet meteoroloji gözlem istasyonu seçilmiş olup 1989 ile 2011 yılları arasındaki aylık ortalama yağış verileri Meteoroloji Genel Müdürlüğü'nden elde edilmiştir. Öncelikli olarak, hidrolojik ve meteorolojik kuraklığın incelenmesi için eksiksiz veri serisine ihtiyaç duyulduğundan veri eksiklikleri kapatılmıştır. Her bir havza için, akım gözlem istasyonları birbirlerine olan uzaklıkları ve aralarındaki korelasyona göre sıralanmış daha sonrasında eksik veriler doğrusal regresyon analizi yardımı ile tamamlanmıştır. Eksiksiz veri serisi haline getirilen akım verileri kullanılarak Standartlaştırılmış Akım İndisi (SSFI) hem parametrik olarak hem de akım verisinin marjinal olasılığının Gringorten noktalama pozisyonu formülü ile hesaplandığı ampirik yöntemle 1 ay, 3 ay, 6 ay, 9 ay ve 12 aylık zaman periyodları için hesaplanmıştır. Hesaplanmış olan Standartlaştırılmış Akım İndisi değerlerine bağlı olarak her bir istasyon için kurak dönemler belirlenmiştir. Meteorolojik veri eksikliklerini gidermek için doğrusal regresyon analizinin yanı sıra makine öğrenmesi yöntemleri de kullanılmıştır. Seyhan ve Ceyhan havzalarında seçilen 16 meteoroloji gözlem istasyonu için veri eksikliklerine bakılmış ve daha sonrasında korelasyon matrisi oluşturulmuştur. Her bir istasyon için KNN (K En Yakın Komşu), FNN (İleri Yönlü Yapay Sinir Ağı), RF (Rastgele Orman), RNN (Tekrarlayan Sinir Ağı), SVM (Destek Vektör Makineleri) ve LSTM (Uzun Kısa Vadeli Bellek) modelleri kurulmuştur, modeller oluşturulurken korelasyon matrisi özellik seçiminde dikkate alınmıştır. Her bir istasyonda her bir model için ortalama karesel hata, ortalama mutlak hata ve determinasyon katsayısı hesaplanmış ve gerekli veri eksiklikleri her bir istasyon için en iyi sonucu veren modele göre tamamlanmıştır. Akım gözlem istasyonlarının bulundukları noktalarda ortalama aylık yağış verilerinin hesaplanabilmesi için eksiksiz veri serisi haline getirilen ortalama aylık yağış verileri ters mesafe ağırlıklı enterpolasyon yönteminde kullanılmıştır. Ters mesafe ağırlıklı enterpolasyon yöntemi için her bir akım gözlem istasyonu bulunduğu konuma bağlı olarak üç veya dört meteoroloji gözlem istasyonu ile eşleştirilmiştir. Akım gözlem istasyonlarının bulundukları noktalarda yağış verisi elde edildikten sonra, Standartlaştırılmış Yağış İndisi (SPI) hem parametrik hem de ampirik olarak 1 ay, 3 ay, 6 ay, 9 ay ve 12 aylık zaman periyodları için hesaplanmıştır. Hesaplanmış olan Standartlaştırılmış Yağış İndisi değerlerine bağlı olarak her bir istasyon için kurak dönemler belirlenmiştir. Hidrolojik ve meteorolojik kuraklık tekil indislerle incelendikten sonra, bileşik kuraklığı incelemek amacı ile Ampirik Çok Değişkenli Standartlaştırılmış Kuraklık İndisi (MSDIe) 1 ay, 3 ay, 6 ay, 9 ay ve 12 aylık zaman periyotları için hesaplanmıştır. Kopula fonksiyonları ile geliştirilmiş bileşik indislerin aksine Gringorten noktalama pozisyonu formülünün iki değişken için adapte edilmiş halini kullanarak bileşik olasılığı hesaplayan bu indis, hesaplamada kolaylık sağlarken aynı zamanda parametrik dağılım ailesi hakkında varsayımlar yapmaktan da kaçınmaktadır. Hesaplanmış olan Ampirik Çok Değişkenli Standartlaştırılmış Kuraklık İndisi değerlerine bağlı olarak her bir istasyon için kurak dönemler belirlenmiştir. İndisler hesaplandıktan sonra, her bir istasyonda her bir indis için kurak dönemlerin görülme olasılıkları hesaplanmıştır. Daha sonrasında yine her bir istasyonda her bir indis için Mann-Kendall trend testi uygulanarak kuraklığın trendi incelenmiştir. Trend testi, her bir indis için hesaplanan her zaman periyodunda uygulanmıştır. Çoruh Havzası kapsamında SPI için genellikle trende rastlanmamış, trendin olduğu noktalarda da pozitif yönlü olduğu gözlemlenmiştir. SSFI için istasyonların büyük bir çoğunluğunda trend gözlemlenmezken D23A026 için mayıs ayında pozitif trend, D23A032 için ise 1 ay ve 3 aylık periyotlarda eylül, ekim ve kasım ayları için negatif trend gözlemlenmiştir. MSDIe-1 için bazı istasyonlarda negatif trend gözlemlenirken, diğer zaman periyotlarında havzaya genel olarak pozitif trend veya trendin olmaması durumu hakimdir. Seyhan ve Ceyhan havzalarında SPI için genel olarak trendin olmaması durumu gözlenirken, SSFI için özellikle Seyhan'da D18A012'de negatif bir trend açıkça gözlenebilmektedir. Bu tez kapsamında Çoruh, Seyhan ve Ceyhan havzalarının kuraklık durumu hem hidrolojik hem de meteorolojik açıdan incelenmiştir. Analizlerin yapıldığı bölgelere bakılınca; Çoruh, Seyhan ve Ceyhan nehirlerinin enerji, tarım ve bölge halkı için büyük önem taşıdığı gözükmektedir. Söz konusu havzalarda kuraklığın izlenmesi ve kuraklığın etkilerinin önlenmesi amacıyla yapılan çalışmalar, bu bölgelerin yanı sıra ülke genelinde de son derece kritik bir öneme sahiptir.