Theses supervised by Prof. Dr. Mahmut Çetin
10 theses · Çukurova University
Farklı olasılıklı yağış ve sıcaklıkların CBS ortamında haritalanmasında uygun yöntem belirlenmesi ve M. Turc yüzey akış haritasının geliştirilmesi: Seyhan havzası örneği
Bu araştırma; 21 470.3 km² genişliğindeki Seyhan Havzasında yürütülmüştür. Araştırmada, uzun yıllık sıcaklık ve yağış serileri ile yağış-akım verileri kullanılmıştır. Bu çalışmada, gölet projelemelerinde tesis kapasitesinin en az hata ile planlanabilmesi için farklı olasılıklı yağış ve sıcaklıkların CBS ortamında haritalanmasında uygun yöntem belirlenmesi ve M. Turc yüzey akış haritasının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Havza ve civarında yer alan istasyonların coğrafi konumunu, alan üzerindeki dağılımını ve gözlemler arasındaki korelasyonu dikkate alan Ordinary Kriging, Ordinary Cokriging ve Çoklu Regresyon yöntemleriyle %50, %80 ve %90 olasılıklı toplam yağış ve %50 olasılıklı ortalama sıcaklık haritaları oluşturulmuştur. Minimum hata kriteri ve şahit istasyonların gözlem değerleri dikkate alındığında, %50 olasılıklı ortalama sıcaklıkların Çoklu Regresyon; %50, %80 ve %90 olasılıklı toplam yağışların ise Cokriging yöntemi ile haritalanmasının uygun olduğu sonucuna varılmıştır. Belirlenen uygun haritalama yöntemleri kullanılarak Seyhan Havzasının %50, %80 ve %90 olasılıklı M. Turc yüzey akış haritaları üretilmiştir. CBS ortamında hesaplanan M. Turc yüzey akış değerlerinin, geleneksel yöntemle hesaplanan M. Turc havza su verimine kıyasla havzadaki gerçek akım gözlemlerine daha yakın sonuçlar verdiği belirlenmiştir. M. Turc yönteminde, Seyhan Havzası için kullanılan A katsayısının havzayı temsil etmediği sonucuna varılmış; bu kat sayının yeni bir araştırma ile havzaya uyarlanması önerilmiştir.Anahtar Kelimeler: Seyhan Havzası, CBS, Kriging, M.Turc, Yüzey Akış
Doğu Akdeniz bölgesinde standardize yağış indeksi (SYİ) ile kuraklık analizi ve Markov zinciri yöntemini kullanarak kurak olma olasılıklarının belirlenmesi
Bu araştırmada, Doğu Akdeniz Bölgesinde yer alan meteoroloji gözlem istasyonlarının uzun yıllık aylık yağış serileri kullanılarak, Standardize Yağış İndeksi (SYİ) yöntemine göre kuraklık indekslerinin bulunması ve Markov zinciri ile kurak olma olasılıklarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada, 58 meteoroloji gözlem istasyonu kullanılmıştır. İstasyonların eksik verileri regresyon analizi ile tamamlanmıştır. Her bir istasyonun tamamlanmış yağış serilerinden yararlanılarak SYİ değerleri hesaplanmıştır. SYİ yöntemine göre hesaplanan kuraklık indeksleri kullanılarak 2 durumlu birinci dereceli Markov zincirinden yararlanılarak geçiş olasılıkları matrisleri (GOM) oluşturulmuştur. Çalışma alanında ki her bir istasyona ait GOM'lar durağan hale getirilerek kitlenin uzun dönemdeki davranışları saptanmıştır. Araştırma sonuçlarına göre, bölgede kuraklık açısından en kritik istasyonun ardışık 48 ay-süreli serilerde Tufanbeyli olduğu saptanmıştır. Bu istasyonda (Tufanbeyli) ardışık 48 ay-süreli kurak olma olasılığı %70 olarak gerçekleşmiştir. Bir ay süreli yağışlara göre kuraklık riski en düşük olan istasyonlar Gözne ve Nizip olarak bulunmuştur. Alansal olarak incelendiğinde ise, ardışık süreler artıkça çalışma alanında kurak olma olasılıklarının arttığı, yağışlı olma olasılıklarının ise düştüğü saptanmıştır. Elde edilen bulguların karar vericiler, üreticiler, sigorta şirketleri ve çiftçi eğitim servislerindeki teknik elemanlarca kullanılabileceği düşünülmektedir.
Taban suyu derinlikleri için grid tabanlı yeni bir optimizasyon modeli geliştirilmesi ve bazı geleneksel istatistik yöntemlerle karşılaştırılması: Aşağı Seyhan Havzası Örneği
Bu araştırmayla; optimum Taban Suyu Derinliği (TSD) kuyu dağılımı oluşturularak gözlem ağlarının izlenmesinde zamandan tasarruf ve maliyetlerin azaltılması amaçlanmıştır. Bir alanın gridler yardımıyla matrislere dönüştürülerek TSD için grid tabanlı yeni bir optimizasyon modeli geliştirilmiştir. Optimizasyonun amaç fonksiyonu, Ceza Puanı (CP) olarak adlandırılan TSD ölçümlerinin bilgi kaybını veren ortalama (M)+standart sapma (STD) istatistiğinin minimize edilmesidir. Aşağı Seyhan Ovasında 9495 ha alanda yürütülen bu çalışmada, 107 adet TSD gözlem kuyusundan 2011, 2012 ve 2013 hidrolojik yılları arasında her yılda 4 dönem; yağışlı dönemde (Ocak/Şubat), sulama mevsimi başlangıcında (Mart/Nisan), sulamanın en yoğun olduğu ayda ve hidrolojik yılın sonunda olmak üzere toplamda 12 kez ölçülen TSD verileri kullanılmıştır. Mevcut 107 kuyu seti ile (KD_107) havzada 12 dönem gözlemlenen TSD değerleri ve farklı Kombinasyon Kuyu Dağılımlarının (KKD) aynı dönem TSD değerleri Ters Uzaklık Yöntemi (TUY) ile haritalanmıştır. Oluşturulan haritalar (havza matrisleri) arasında KD_107 havza matrislerinin 12 dönemini temsil eden M ve STD değerleri referans alınarak KKD'lerin bilgi kayıplarını veren CP=M+STD belirlenmiştir. Minimum bilgi kaybını veren 23 farklı KKD dikkate alınmış ve bu kuyu setleri optimize edilmiştir. İstatistiksel test ölçütleri, hipsometrik, frekans ve istatistiksel analiz sonuçlarına göre, optimize edilen 23 KKD arasında 67 gözlem kuyusundan oluşan KKD_67'nin optimal kuyu dağılımı olduğu saptanmıştır. Mevcut 107 kuyu ile gözlem yapılan havzada; %3.0 tahmin hatası (PE%) test ölçütüne sahip 67 kuyu ile taban suyu gözlemlerine devam edilmesi önerilmiştir. Anahtar Kelimeler: Taban suyu derinliği, Gözlem ağı kuyu dağılımı, Ters uzaklık yöntemi, Optimizasyon, Aşağı Seyhan Havzası
Yüzey akışların SWAT modeli ile belirlenmesi: Akarsu Sulama Birliği Sahası örneği
Bu çalışma, Türkiye'nin güneyindeki Çukurova Bölgesinde yer alan Aşağı Seyhan Ovası'nda yürütülmüştür. Araştırmada, Akarsu Sulama Birliği sahasını da içine alan 10 487 ha'lık alana sahip tarımsal bir alanda, yarı-dağılımlı hidrolojik model olan SWAT (Soil and Water Assessment Tool) modeli kullanılmıştır. Bu çalışma ile, akım gözlem istasyonlarından elde edilen günlük akım verileri SWAT modeline entegre edilerek, havza çıkışındaki akımları tahmin etmek ve modelin tarımsal havzalara uygulanabilirliğini test etmek amaçlanmıştır. Modelde, 2008-2014 yıllarından gözlenen akım ve meteorolojik veriler kullanılmıştır. Araştırma alanına ilişkin toprak serileri ve özellikleri, arazi kullanımı, iklim verileri, arazi yönetim uygulamaları ve sayısal yükseklik modeli verileri ile yapay drenaj ağı materyal olarak kullanılmıştır. Modelin kalibrasyonu SWAT-CUP programı bünyesinde SUFI-2 algoritması kullanılarak yapılmıştır. Belirginlik katsayısı (R2), Nash-Sutcliffe (NSE) etkinlik katsayısı ile gözlenen ve simülasyon (benzetim) değerleri arasındaki yüzde hata (PBIAS) istatistiği kullanılarak model kalibrasyon ve doğrulama (validasyon) sonuçları değerlendirilmiştir. Model performans istatistiklerine göre, gözlenen ve simülasyon değerleri arasında iyi bir uyum olduğu görülmüş; SWAT model simülasyonlarının yeterli doğrulukta olduğu sonucuna varılmıştır. Kalibrasyon ve validasyonu yapılan model kullanılarak araştırma alanındaki ölçümü olmayan alt havzalar için yüzey akışlar tahmin edilebilmiştir.
Dağılımlı J2000-S hidrolojik modelinin uygulanması: Akarsu tarımsal drenaj havzası örneği
Bu araştırmada; su-kütle transfer modeli olan J2000-S hidrolojik modeli, sınırları iyi belirlenmiş bir tarımsal drenaj havzasına uygulanarak su ögeleri hesaplamalarının yapılması amaçlanmıştır. Çalışma, Aşağı Seyhan Ovasında yer alan 9495 ha büyüklüğündeki Akarsu Sulama Birliği sahasında yürütülmüştür. Modelin çalışması için gerekli olan veriler, hidrolojik yıl baz alınarak yapılan arazi gözlemlerimden ve mevcut arşivlerden derlenerek hazırlanmıştır. Su bütçesi ögeleri hesaplamalarında, kütlenin korunumu ve hidrolojik su dengesi yöntemleri esas alınmıştır. Modelin kalibrasyonunda 2006-2011 yıllarında, doğrulanmasında ise 2012-2015 yıllarında gözlenen veriler kullanılmıştır. Modelin kalibrasyonu ve doğrulanması tamamlandığında, simülasyonun hata istatistikleri değerlendirilmiş; model simülasyonlarının kabul edilebilir değerler olduğu sonucuna varılmıştır. Gelecek yıllarda olası yağış azalması ve sulama sularının azaltılması gibi yönetim senaryoları geliştirilmiştir. Model senaryoları dikkate alınarak, havzanın çıkışındaki drenaj debilerinde ve evapotranspirasyon miktarlarında ki değişimler ortaya konulabilmiştir. Çalışma ile, tarımsal drenaj havzasında J2000-S modeli kullanılarak su ögelerinin hesaplanabileceği, oluşturulabilen yönetim senaryolarına göre havza tepkilerinin önceden belirlenebileceği sonucuna varılmıştır. Modelin benzer havzalara uygulanması önerilmiştir.
Bazı su kalitesi parametrelerinin mevsimsel değişimlerinin incelenmesi ve eğilim analizleri: Çatalan baraj gölü havzasında bir uygulama
Bu çalışmada bazı su kalitesi parametrelerinin mevsimsel değişimlerinin incelenmesi ve eğilim analizlerinin yapılması amaçlanmıştır. Çalışmada, Adana ve Kayseri il sınırları içerisinde kalan, Seyhan Nehri'nin Çatalan Baraj Gölü Havzasında ve havzaya dökülen kollarında konumlanan 9 adet su kalitesi istasyonunda 8-27 yıl uzunluğunda değişim gösteren, 16 farklı su kalitesi parametresinin mevsimlik ve yıllık verileriyle çalışılmıştır. Gidişin varlığı ve başlangıç yılının belirlemesinde parametrik olmayan Mann-Kendall u(t) Testi kullanılmıştır. Mevsimsel farklılıkların saptanması amacıyla Kruskall-Wallis H Testi ve Mann-Whitney U Testleri uygulanmıştır. Genel anlamda 3 Nolu İstasyon dışında gidişler 2010 yılından sonra önem arz etmiştir. Mevsimlik ortalamalar esas alındığında, %5 önem düzeyinde en fazla farklılık görülen parametrenin sıcaklık olduğu belirlenmiştir. Özellikle gidiş tavrı gösteren su kalitesi parametrelerinin, en azından mevsimlik bazda gözlenmesi önerilmiştir.
Yumurtalık Ovası yer altı suyu kirlilik kaynaklarının belirlenmesi ve haritalanması
Bu çalışmada, Adana ili sınırları içerisindeki Yumurtalık Ovası çalışma alanı olarak seçilmiştir. Çalışma alanında 21 adet yer altı suyu (YAS) kuyusu, 2 adet gölet, 2 adet dere ve 1 adet Akdeniz'den olmak üzere 26 adet noktadan 2020 su yılı boyunca her ay su örneği alınmıştır. Çalışma kapsamında alınan su örneklerinde pH, klor, fosfat, nitrit, nitrat, elektriksel iletkenlik (EC), sıcaklık ve toplam çözünmüş katı madde (TDS) analizleri yapılmıştır. Analiz sonuçlarının ve YAS derinlik ölçümlerinin sonbahar, kış, ilkbahar ve yaz mevsimlerindeki değişimleri Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ortamında ters uzaklık (IDW-Inverse Distance Weighted) yöntemi kullanılarak haritalanmış ve incelenen özelliklerin yersel değişimleri incelenmiştir. Yer altı suyu sıcaklığı değerleri 17-30 0C, pH değerleri 7.22-8.27, EC değerleri 0.933-2.433 dS m-1, TDS değerleri 586-2656 mg l-1, nitrit değerleri 0-0.317 mg l-1, nitrat değerleri 2-48 mg l-1, fosfat değerleri 0-2.15 mg l-1 ve klor değerleri 49-346 mg l-1 aralığında değişmiştir. Elde edilen bulgular; US-EPA, WHO, TS 266 ve Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği (SKKY) sınıflama ölçütlerine göre değerlendirilmiş; içme ve sulama suyu açısından kulanım potansiyeli ve kalitesi değerlendirilmiştir. Nitrat değerleri açısından, SKKY'ne göre 'IV. Sınıf' su (ihtiyatla kullanılmalı), US EPA'ya göre 'orta kalite su' sınıfına girmiştir. Klor değerleri açısından ise, US EPA'ya göre 'Yüksek klor oranına sahip riskli su' sınıfına girmektedir. TDS ve EC açısından ise, 21 no'lu kuyu 'şüpheli' bulunmuştur. Ayrıca, laboratuvar analiz sonuçları ABD tuzluluk sınıflaması ve Wilcox sınıflaması ile de değerlendirilmiştir. ABD tuzluluk sınıflamasına göre, sonbaharda 17 no'lu kuyu C2-S1 ile C3-S1, kış mevsiminde 19 no'lu kuyu C4-S1; ilkbahar mevsiminde 1 no'lu, 13 no'lu ve 15 no'lu kuyular C3-S2 sınıfında yer alırken diğer tüm kuyular tüm yıl boyunca C3-S1 sınıfında (iyi kullanılabilir) yer almıştır. Wilcox sınıflamasına göre sonbahar mevsiminde 18 no'lu kuyu 'çok iyi', kış mevsiminde 21 no'lu kuyu 'şüpheli kullanılamaz', ilkbahar mevsiminde 13 no'lu kuyu 'şüpheli kullanılabilir' ve 21 no'lu kuyu 'şüpheli kullanılamaz' sınıfında yer almıştır. Diğer tüm kuyular, her mevsimde 'iyi kullanılabilir' sınıfında yer almıştır.
Kuraklığın tarımsal faaliyetler üzerindeki etkilerinin araştırılması: Seyhan Havzasında bir etkilenebilirlik çalışması
Çevresel sorunların etkisiyle meydana gelen iklim değişikliği insan yaşamını birçok yönüyle etkisi altına almaktadır. Bu durumdan en çok etkilenen sektörlerden biri tarım sektörüdür. Bu tez çalışması kapsamında, Türkiye'nin akarsu havzalarından biri olan Seyhan Havzası'nda meteorolojik kuraklığın tarım sektörü üzerindeki etkisini belirlemek amacıyla bir tarımsal etkilenebilirlik çalışması yürütülmüştür. Araştırmada yer alan alt bileşenler, Seyhan Havzası'ndaki çiftçilerle yapılan anket çalışmalarının sonuçlarıyla, meteoroloji istasyonlarının ve HadGEM2-ES/RegCM4.3 iklim projeksiyon modelinin yağış ve sıcaklık verileri kullanılarak oluşturulmuştur. Meteorolojik kuraklığın belirlenmesinde standart yağış indeksi (SYİ) yöntemiyle 30 yıl süreli 6 aylık dönemdeki kurak aylar elde edilmiştir. Bu veriler kullanılarak etkilenebilirliğin oluşumunda etkin olan alt bileşenlerin belirlenebilmesi ve alt havzaların karşılaştırılabilmesi için Temel Bileşenler Analiz (TBA) Yöntemi uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, kurak ayların sayısı, ortalama üzerindeki sıcak ayların sayısı ve bitki örtüsü yoğunluğunu ifade eden ortalama Normalize Edilmiş Fark Bitki Örtüsü İndeksi (NDVI) değerleri en etkin alt bileşenler olarak bulunmuştur. TBA yöntemiyle belirlenen indeks değerleri dikkate alındığında ise, Aşağı Seyhan Ovası alt havzasının meteorolojik kuraklığa daha çok maruz kalması ve tarımsal faaliyetlerden ötürü bitki örtüsünün geniş olması, kuraklığa karşı hassasiyetini arttırmış; bu da etkilenebilirlik seviyesinin yükselmesine neden olmuştur. Bununla birlikte, bilhassa Seyhan Barajı - Zamantı Göksu Birleşim Yeri (SZGBY) ve Zamantı Irmağı alt havzaları içerisinde farklı hassasiyet ve adaptasyon kabiliyetine sahip bölgelerin yer alması nedeniyle, tarımsal etkilenebilirliğin dağılımı heterojenlik göstermiştir. Gelecek döneme ait maruziyetin TBA sonuçlarına göre ise, neredeyse tüm bölgelerin maruziyet seviyelerinin artacağı tahmin edilmiştir. Bunun temel nedeninin tüm alt havzalar için HadGEM2-ES/RegCM4.3 bölgesel iklim modelinin, sıcaklık değerlerini yüksek, yağış değerlerini ise düşük tahmin etmesi olduğu söylenebilir. Elde edilen bulguların meteorolojik kuraklık ve etkileri üzerine bölgesel çapta yapılacak çalışmalar için rehber niteliği taşıdığı söylenebilir. Ayrıca HadGEM2-ES/RegCM4.3 bölgesel iklim model çıktıları kullanılarak elde edilen meteorolojik kuraklık tahmin sonuçlarının, sorumlu birimlerin Seyhan Havzası için hazırlayacağı acil eylem planlarına katkıda bulunması beklenmektedir. Anahtar Kelimeler: Meteorolojik Kuraklık, Etkilenebilirlik, Temel Bileşenler Analizi, Tarımsal Faaliyetler
Estimation of actual evapotranspiration using remote sensing techniques and energy balance models in the lower Seyhan plain of the Eastern Mediterranean Region of Türkiye
This study provides a comprehensive analysis of estimating actual evapotranspiration (ETa) using surface energy balance (SEB) models in the Lower Seyhan Plain (LSP) in Türkiye, encompassing both non-stressed areas (Akarsu Irrigation District, i.e., AID) and stressed areas near saline lagoons of the LSP. It evaluates the applicability of SEB models (METRIC, SEBAL, EEFlux-METRIC, and GeeSEBAL) and the Kc NDVI method for computing ETa over a large irrigation scheme in four consecutive water years (2020, 2021, 2022, and 2023). Landsat data, data sets obtained from field campaigns, in-situ climatic observations from local meteorological stations within the study area, and global meteorological data were utilized to estimate ETa by SEB models and the Kc NDVI method. In this study, the results of the crop classification in the AID and the ground truth data acquired from the stressed areas were used to estimate ETa using SEB models, to evaluate the accuracy of EEFlux-METRIC and GeeSEBAL, and to investigate the relationship between NDVI and LAI for selected crops. The R-METRIC model and LandMOD ET Mapper toolbox in MATLAB facilitated robust ETa estimation. Furthermore, spatio-temporal variations for different crop types were shown on a large scale. SEB models were validated against the ETo FAO model and ETc method, focusing on metrics such as R², RMSE, MAE, and agreement index (d) to assess model performance. The findings demonstrate strong agreement between ETa estimates from SEB models and ETo-FAO, ETc methods, with the METRIC model showing slightly better performance than the SEBAL algorithm. The Kc NDVI method demonstrated a stronger correlation with the ETc method during the mid-growth stages of crops, with a Pearson correlation coefficient (r) ranging from 0.67 to 0.99 and RMSE values between 1.30 mm day⁻¹ and 0.21 mm day⁻¹, compared to the initial and harvesting stages in the AID throughout the water years 2020-2023. The proposed equations (ETa-METRIC-ETo, ETa-EEFlux-ETo, ETa SEBAL-ETo, Kc NDVI, LAI-NDVI) have the potential to apply and generalize to different crop types in semi-arid regions worldwide. Keywords: Evapotranspiration, Remote sensing (RS), Surface energy balance models, Artificial neural network (ANN), Lower Seyhan Plain (LSP)
Tarımsal drenaj kanallarında swat modeli ile sediment taşınımının tahmini:Akarsu sulama birliği sahası örneği
Bu çalışma, Türkiye'nin güneyinde Çukurova Bölgesi'nde yer alan Aşağı Seyhan Ovası'nda yürütülmüştür. Araştırmada, Akarsu Sulama Birliği alanını da kapsayan ve yaklaşık 11 308 ha büyüklüğünde hidrolojik alana sahip tarımsal bir alan, Tarımsal Drenaj Havzası (model alanı) olarak ele alınmış ve bu alandaki tarımsal drenaj kanallarında oluşan drenaj debileri (sulamadan dönen sular) ile sediment taşınımının modellenmesi amacıyla SWAT (Soil and Water Assessment Tool) modeli kullanılmıştır. Çalışmanın temel amacı, Tarımsal Drenaj Havzası içinde yer alan akım gözlem istasyonlarından elde edilen günlük drenaj debileri (sulamadan dönen sular) ve sediment verilerini SWAT modeline entegre ederek havza çıkış noktasındaki drenaj debisini ve sediment taşınımını tahmin etmek ve modelin tarımsal havzalara uygulanabilirliğini test etmektir. Model kurulumunda, 2008–2012 dönemine ait gözlenen drenaj debisi, sediment ve meteorolojik veriler kullanılmıştır. Meteorolojik veriler, havza içinde yer alan meteoroloji istasyonundan elde edilmiştir. Araştırma alanına ilişkin toprak serileri ve özellikleri, arazi kullanımı, iklim verileri, arazi yönetim uygulamaları, sayısal yükseklik modeli ve arazide mevcut tarımsal drenaj sistemi (drenaj kanalları ağı) ile ilgili veriler model girdisi olarak değerlendirilmiştir. Modelin kalibrasyonu, SWAT-CUP programı bünyesinde SUFI-2 algoritması kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kalibrasyon ve doğrulama sonuçlarının değerlendirilmesinde belirginlik katsayısı (R²), Nash–Sutcliffe etkinlik katsayısı (NSE) ve gözlenen ve benzetim (simülasyon) değerleri arasındaki yüzde hata (PBIAS) istatistiği kullanılmıştır. Model performans istatistiklerine göre gözlenen ve benzetim drenaj debisi değerleri arasında iyi bir uyum elde edilmiştir. Ancak sediment taşınımı için kullanılan parametre setleri, kabul edilebilir performans düzeyine ulaşılamadığı için yeterli bulunmamıştır. Bu durum, çalışmada kullanılan veri seti, model varsayımları ve Tarımsal Drenaj Havzası'ndaki tarımsal drenaj kanallarının karmaşık sediment dinamikleri dikkate alındığında, SWAT modelinin sediment taşınımını temsil etme kapasitesinin daha ayrıntılı kalibrasyon çalışmalarına ihtiyaç duyduğunu göstermektedir.