Fırat havzasında düşük akımların analizi
Low flow analysis in Firat catchment
Yazar: OLGU YILDIRIMLAR
Danışman: PROF. DR. BİHRAT ÖNÖZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Enerji Enstitüsü / Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Debi = Flow ; Fırat havzası = Fırat basin ; Olasılık dağılımları = Probability distributions ; Trend analizi = Trend analysis

Özet:
Ülkemizde, sosyal ve ekonomik gelişmenin etkisi ile artan enerji talebini karşılayabilmek için yüksek kalitede, güvenilir, çevreci ve ekonomik enerji ihtiyacı sürekli artmaktadır. Fosil kaynakların sürekli fiyat artışı ile birlikte yenilenebilir enerjiden daha çok yararlanmak gerekmektedir.Bu bağlamda, giderek artan enerji ihtiyacını karşılayabilmek için yerli ve yenilenebilir enerji kaynaklarının başında gelen hidroelektrik enerjiyi üreten sistemlerin yapımına ağırlık verilmelidir. Hidroelektrik enerji diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına oranla bazı üstünlükler sunmaktadır. Bunlardan bazıları güvenilir bir enerji kaynağı olması, kolay depolanması ve ihtiyaç halinde kullanılabilmesi, ekonomik ömrünün uzun olması, çevre dostu olması, yakıt giderinin olmaması, geri ödeme süresinin kısa ve veriminin yüksek olması olarak sıralanabilir. Bu kaynağın kullanımına, ülkemiz açısından bakıldığında, zengin bir potansiyele sahip olmamıza rağmen kullanım oranının oldukça düşük olduğu söylenebilir.Hidroelektrik enerji açısından düşük akımların önemi de oldukça yüksektir. Düşük akımlar, hidroelektrik potansiyelin değerlendirilmesinde ve su kaynaklarının işletiminde en temel unsurları oluşturur. Düşük akımların gözlenmesi su ihtiyaçları arasında dengeli dağılım yapmak ve kuraklık tekerrürleri için modeller oluşturmak için büyük önem taşımaktadır. Düşük akım dönemlerinde akarsudaki suyun çeşitli maksatlar için kullanılması güçleştiğinden düşük akımlarla ilgili bilgi edinmek önemlidir.Bu çalışmada suyun kullanımından, Türkiye'deki su durumdan, su kaynaklarının yönetiminde düşük akımların öneminden bahsedilmiştir. Çalışma bölgesi olarak seçilen Fırat Havzası'nın Elektrik İşleri Etüd İdaresi'ne ait 5 adet akım istasyonundan, 34 yıllık ölçülmüş günlük akım değerleri alınarak bu veriler incelenmiştir. Her bir istasyon için debi süreklilik eğrileri elde edilmiştir. Bu veriler kullanılarak boyutsuzlaştırılmış debi-zaman grafikleri çizilmiştir. Tüm istasyonlar için 7-günlük ortalama debiler elde edilmiştir ve bu debiler kullanılarak başta L-momentleri olmak üzere ortalama, standart sapma, çarpıklık ve basıklık gibi istatistik moment değerleri bulunmuştur. Bunun sonucunda, verilere çeşitli olasılık dağılımları uydurulmuştur. Bu dağılımlar; iki parametreli dağılımlardan Weibull Dağılımı 2, Üstel Dağılım ve üç parametreli dağılımlardan Weibull Dağılımı 3, Genel Ekstrem Değer Dağılımı, Pearson Tip 3 Dağılımı ve Log-Pearson Tip 3 Dağılımı gibi olasılık dağılım fonksiyonlarıdır. Bu dağılımların elde edilmesinden sonra 2, 5 ve 10 yıllık dönüş aralıklarında düşük akım debileri elde edilmiştir. İstasyonların verilerine Olasılık Çizgisi Korelasyon Katsayısı (PPCC) testi uygulanarak verilere en uygun dağılım seçilmiştir. Son olarak 7 günlük ortalama debilere Mann-Kendall testi ile trend analizi yapılmıştır.

Abstract:
High-quality, reliable, environmentally friendly and economical energy demand is increasing continously in order to meet increasing energy demand with the effect of social and economic development in our country. With continuous increase in price of fossil fuels, the need to make better use of renewable energy is also increasing.Concordantly, the construction of systems that produce hydroelectric energy which is the leading source in indigenous and renewable energy sources should be emphasized in order to meet the growing energy needs. Hydroelectric energy offers several advantages compared to the other renewable energy sources. Some of them can be sorted as; a reliable source of energy, can be easily stored and used when needed, the economic life is long, environmentally friendly, lack of fuel expenses, having short reimbursement period and high efficiency. From the perspective of our country, it can be said that utilization rate of this resource is fairly low even though we have a rich potential.Low flows are highly important for hydroelectric power. Low flow can be described as the water flow in a river during long dry weather but by being a seasonal phenomenon and integral component of the river?s flow regime, it can be parted from drought.Many factors have an impact on the low-flow regimes of rivers. Whenever we change our land uses, we change the way in which water interacts with the landscape, and this can affect the water available in rivers, lakes and dams. Most nations are experiencing population growth, resource depletion and the overextraction of water. Low flows are critical elements in terms of meeting demands for often competing uses and requirements.Low flows constitute the most basic elements for the operation of water resources, such as hydro-electric potential and drought. Observation of low flows is of great importance in order to set models for making a balanced distribution between water needs and frequencies of droughts. It is important to know about low flows because the water stream to be used for various purposes is becoming more difficult in periods of low flows.The reduction of average flow rates has an important role in determining the reservoir capacity and management processes. The negative trend in average flow rates affects the design criteria thus construction costs. At the same time it can be considered as a limiting factor for the amount of water, supplied from the reservoir. Similarly, the run-of-the-river stations is likely to destroy natural structure of the areas and endemic species. To maintain these impacts in a minimum level, the appropriate projects in accordance with low flow rates should be established. So a key component is to produce long-term river basin plans for integrated water resources management. This, in turn, will require estimates of low flows to mitigate the environmental impact of current abstractions and plan future water resources development. Especially during operation and determining the tail water (ecological water), it is important to analyze the low flows.In the study, the 34-yeared observed daily flow data?s of General Directorate of Electrical Power Resources Survey and Development Administration?s 5 observation stations in Fırat Catchment are used.Flow duration curves are obtained for all the observation stations. It can be seen that station no. 2102 has higher flow rates than the other stations. In order to examine the flow rates in detail, the flow rates which are equal to 90% of time or smaller than 90% of the time are used and graphs are obtained.7-day average flow rates are obtained and graphics for each stations are created. By using 7-day average flow rates, mainly L-moments and statistical moments such as mean, standard deviation, skewness and kurtosis, are calculated.Later on, probability distribution functions containing two-parameter distributions (Weibull Distribution 2, Exponential Distribution) and three-parameter distributions (Weibull Distribution 3, Generalized Extreme Value Distribution, Pearson Type 3 Distribution and Log-Pearson Type 3 Distribution) are applied. After the results of these distributions, 7-day flow rates are examined on 2-year, 5-year and 10-year return periods. For 2-year return period, the highest values are obtained by Pearson Type 3 Distribution and the lowest values are obtained by General Extreme Value Distribution. For 5-year return period, the highest values are obtained by Pearson Type 3 Distribution and the lowest values are obtained by Exponential Distribution except station no. 2164. For station no. 2164 the lowest value is obtained by Weibull II Distribution. For 10-year return period, the highest values for the stations 2102 and 2158 are obtained by Log-Pearson Type 3 and for the other stations by Pearson Type 3. The lowest values are obtained by Exponential Distribution.PPCC test is used in order to measure the linearity of probability distributions. It is observed that Pearson Type 3 Distribution is the most appropriate distribution with 100% compliance for all the values of the observation stations. 80% compliance is observed by Log-Pearson Type 3 and Weibull 3 Distributions. 60% compliance is observed by Weibull 2 and General Extreme Value Distributions.7-day flow rates are divided by mean flow rates for all the observation stations and non-dimensionalized flow-time graphs are obtained. Trendlines are given on the graphs. In order to analyze whether these trendlines are significant or not, Mann-Kendall trend test is performed to 7-day average flows. In a test involving 95% confidence interval, it is seen that trend is declining for station no. 2102. On the other hand, in a test involving 90% confidence interval, it is seen that trend is declining for both stations 2102 and 2158.