İklim değişikliğinin akarsu akışlarına etkisinin araştırılması: Doğu Karadeniz havzası örneği
Investigation of climate change effect on streamflows: The case of Eastern Black Sea basin
Yazar: HASAN TÖREHAN BABACAN
Danışman: PROF. DR. ÖMER YÜKSEK
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında iklim değişikliğinin akarsu akışları üzerindeki etkileri, Hükümetler Arası İklim Değişikliği Paneli (IPCC) 5. değerlendirme raporunda sera gazı konsantrasyon oranının artışını öngören RCP4.5 ve RCP8.5 konsantrasyon senaryoları etkisi altında, GFDL-ESM2M, HadGEM2-ES ve MPI-ESM-MR Küresel Dolaşım Modeli (KDM) kullanılarak, 2021-2040 (P1), 2041-2070 (P2) ve 2071-2099 (P3) yılları aralığında incelenmiştir. Çalışmada Türkiye'de en fazla yağış alan havza olan Doğu Karadeniz Havzası'nda 17 Akım Gözlem İstasyonu ve 11 Meteoroloji İstasyonu kullanılmıştır. Çalışma kapsamında akarsu akışlarının modellenmesi için makine öğrenmesi gerçekleştiren Yapay Sinir Ağları (YSA), Uyarlanabilir Sinirsel Bulanık Çıkarım Sistemi (ANFIS), Çok Değişkenli Uyarlanabilir Regresyon Eğrileri (MARS) sayısal yöntemleri ve klasik regresyon yöntemi kullanılmıştır. Tarihsel veriler ile kalibre edilen Akarsu Akışı Tahmin Modelleri'nden (SPM) tahmin performansı en yüksek model belirlenmiştir. Tahmin performansı en yüksek SPM, girdileri KDM'lerden elde edilen günlük Sıcaklık ve Yağış olacak şekilde 2100 yılına kadar gelecek akarsu akışları tahmin edilmiştir. Gelecek akarsu akışı bulguları kullanılarak havzada, iklim değişikliği etkisi altında akarsu suyu varlığı, kurak ve sulak dönemlerdeki akarsu akışları ve düşük (Q95) ve yüksek (Q5) akarsu akışları incelenmiştir. Çalışma sonucunda, havzada akarsu suyu varlığının en fazla etkileneceği dönem P3 olarak belirlenmiştir. Havzadaki akarsu akışlarından kaynaklı suyun en kötümser durumda dönemsel ortalamaya göre 320,93*106 m³/yıl'a varan şekilde azalacağı, en iyimser durumda ise 569,42*106 m³/yıl'a varan şekilde artış göstereceği belirlenmiştir. Havzada ortalama olarak akarsu akışlarının, kurak dönemde %80 artacağı, sulak dönemde ise %40 azalacağı belirlenmiştir. Belirlenen referans değerlere göre havzada düşük akışların %25'e yakın, yüksek akışların ise %35'e yakın düşüş göstereceği belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, the effects of climate change on streamflows, under the influence of RCP4.5 and RCP8.5 concentration scenarios, which predict an increase in greenhouse gas concentration in the 5th assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), GFDL-ESM2M, HadGEM2-ES and MPI-ESM-MR the years 2021-2040 (P1), 2041-2070 (P2) and 2071-2099 (P3) were investigated using the General Circulation Model (GCM). In this study, 17 Stream Observation Stations and 11 Meteorology Stations were used in the Eastern Black Sea Basin, which is the basin that receives the most precipitation in Turkey. Within the scope of the study, machine learning Artificial Neural Networks (ANN), Adaptive Neural Fuzzy Inference System (ANFIS), Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS) methods and classical regression method were used for modeling streamflows. The model with the highest prediction performance was determined from the Streamflow Prediction Models (SPM) calibrated with historical data. Future flows were forecasted until 2100, with the highest predicted SPM inputs being daily Temperature and Precipitation from GCMs. Using future streamflow findings, stream water availability under the influence of climate change, streamflows during dry and wet periods, and low (Q95) and high (Q5) streamflows were investigated in the basin. As a result of the study, the period in which the presence of stream water in the basin which will be mostly affected, was determined as P3. It has also been determined that the water originating from the streamflows in the basin will decrease by up to 320.93*106 m³/year in the most pessimistic case, and will increase up to 569.42*106 m³/year in the most optimistic case. It has been determined that the average streamflows in the basin will increase by 80% in the dry period and decrease by 40% in the wet period. According to the determined reference values, it has been determined that low flows will decrease by approximately 25% and high flows will decrease by approximately 35%.