Modifiye edilmiş üniversal toprak kayıpları eşitliği (musle) kullanılarak Tarsus (Mersin)–Topçu Deresi Alt Havzasında erozyon potansiyelinin değerlendirilmesi
Assessment of erosion potential in Tarsus (Mersin) Topçu Creek Sub-Basin by using modified universal soil loss equation (musle) method
Yazar: GAMZE KOÇ
Danışman: PROF. DR. MURAT ERCANOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Su erozyonu = Water erosion

Özet:
Doğal kaynakların sürdürülebilir kullanımı açısından toprak erozyonunun şiddetini değerlendirmek, neden olduğu çevresel ve ekonomik sorunları azaltmak veya gidermek için gerekli ve yeterli önlemleri almak amacıyla birçok farklı erozyon tahmin modeli geliştirilmiştir. Niceliksel ve niteliksel yöntemler olarak sınıflandırılabilen bu modellerden en yaygın olarak kullanılanları Universal Soil Loss Equation (USLE) ve bu yöntemin geliştirilmiş diğer bir biçimi olan Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) yöntemleridir. Türkiye'de de USLE/RUSLE modeli kullanılarak Orman ve Su İşleri Bakanlığı ve Ankara Üniversitesi işbirliği ile yürütülen bir araştırma projesi kapsamında potansiyel erozyon risk haritaları hazırlanmıştır. İlgili proje, ulusal ölçekte 25 büyük akarsu havzasında yürütülmüştür. Aynı zamanda bu eylem planı kapsamında ülkesel ölçekte mikro ve alt havzalar da belirlenerek Su Çerçeve Direktifine uygun kodlanmıştır. Kullanılan altlık verilerin 1/25000 ölçeğinde ya da hassasiyetlerinin bu ölçekte olmasına rağmen, güncel veri tabanları olmadığı için, proje çıktılarının doğrulanması ve model parametrelerinin kalibrasyonu ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Diğer bir deyişle, Sayısal "Türkiye Erozyon Risk Haritası" veri tabanı ulusal ve büyük akarsu havzaları ölçeğinde gerçekleştirildiğinden, kullanılan model parametrelerinin hesaplanması çoğunlukla uzman bilgisine dayalı yaklaşımlar ve uzun yıllık ortalamalara dayalı istatistiksel modeller kullanılarak yapılmıştır. Bu yüzden, ne yazık ki, alt havzalar ayrıntıları ve verilerini iyi temsil etmemektedir. Bu çalışma ile USLE/RUSLE modeli ile büyük havzalarda elde edilen toprak kaybı sonuçlarının, daha çok küçük havza ölçeğinde ayrıntılı fiziksel parametreler ile erozyon şiddetini tahmin etme yaklaşımına sahip MUSLE (Modified Universal Soil Loss Equation) teknolojisi ile doğrulanmış ve karşılaştırılması yapılmıştır. Her iki modelde kullanılan ortak parametreler ve sediment iletim oranı yaklaşımı aracılığıyla USLE/RUSLE modelinin alt-ölçeklendirme (down-scaling) ile MUSLE modeline entegre edilmesi sayesinde, özellikle farklı arazi kullanım türleri altındaki tarımsal alanlardan akarsu ağlarına ve su toplama rezervuarlarına ulaşan sediment miktarları doğrudan hesaplanılmıştır. Ayrıca, küçük havza bazında elde edilen detaylı parametre ölçümleri, var olan sayısal veri tabanına aktarılarak, Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ve Uzaktan Algılama (UA) yöntemleri kullanılarak MUSLE modelinden elde edilen sonuçlar ile ölçülen sonuçlar karşılaştırılmıştır.
RUSLE modelindeki istatistiksel yıllık ortalama değerler ile ifade edilen parametreler yerine, MUSLE modelinde olay tabanlı hesaplamalara çok daha uygun ve fiziksel süreçleri daha çok temsil etme yeteneğine sahip parametreler kullanılmıştır. Ayrıca USLE / RUSLE modeli, bölgesel ve hatta ulusal ölçekte kolaylıkla uygulanabilirken, MUSLE yöntemi ile daha küçük ölçekli havzalarda daha iyi sonuçlara ulaşılabilmektedir. Bu anlamda iki model arasında yaklaşım açısından ciddi farklılıklar bulunmasına karşın, alt-ölçeklendirme ve üst-ölçeklendirme yöntemleri ile iki yöntemin entegre edilebilmesi, model teknolojisi açısından çok önemlidir. Öyle ki, Türkiye'de hâlihazırda bulunan sayısal veri tabanları da bu tür ölçek geçişlerine önemli fırsatlar sağlamaktadır. Bu doğrultuda, MUSLE yöntemi ile küçük tarımsal bir havza olan Tarsus (Mersin) Topçu Deresi alt havzasında 2000 – 2010 yılları arasında alınan yağış ve akım verileri kullanılarak, her bir yağış olayı için, yüzeysel akışın sediment taşıma kapasitesi (havza sediment verimi) hesaplanmıştır. MUSLE yönteminde kullanılan diğer faktörler için CBS ortamında UA teknikleri kullanılarak sayısal arazi kullanım haritaları, toprak erodibilite faktör (K faktör) katmanı, eğim haritaları ve bitki örtüsü katmanı ayrıntılı olarak hazırlanmıştır. Her bir yağış olayı için, yağış ve akım değerleri hesaplanarak sayısal ortamda MUSLE modeli uygulanmıştır. Ek olarak, olay tabanlı (event base) hesaplanılan sediment verimleri ile alt havzada ölçülen süspanse ve yatak yükü sediment değerleri karşılaştırılarak MUSLE modelinin uygulanma prensibinin doğruluğu yorumlanmıştır. Çalışma ile birlikte, yüzeysel ve yoğun akışların neden olduğu erozyon potansiyeli küçük havzalar için değerlendirilmiştir.

Abstract:
A variety of different erosion prediction models has been developed in order to evaluate the severity of soil erosion in terms of sustainable use of natural resources and to take required and adequate measures for reducing or removing environmental and economic problems, likely to be caused by soil erosion. One of the most common used models which could be classified as quantitative and qualitative models is the Universal Soil Loss Equation (USLE) together with its revised version, Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE).  In Turkey, potential erosion risk maps have been recently prepared by a research project cooperatively conducted by Ministry of Forestry and Water Affairs and Ankara University, using the USLE/RUSLE model. The related project has been conducted in 25 main river basins at the national scale. Simultaneously, boundaries of micro-catchments and sub-basins of the maps have been nationally determined and encoded in accordance with The Water Framework Directive. Unfortunately, although the databases used in the soil erosion and water framework are at the scale of 1/25000 or their accuracies are at this scale, there are still needs to validate the study outputs and to calibrate model parameters to be based upon the detailed small watershed studies. In other words, since the digital database of "Erosion Risk Map of Turkey" is performed at national scale, which is pieced together by integration of the maps prepared for large river basins, pursuant to these large scales, calculation of model parameters have been generally done with approaches based on expert opinions and statistical models based on long term average data. Therefore, these map layers and data could not represent the sub-basins' details efficiently. With this study, validation and calibration of the soil loss results calculated by the USLE/RUSLE model in large river basins by using the MUSLE (Modified Universal Soil Loss Equation) technology that better works at smaller micro-catchment scales with more detailed physical parameters to predict erosion severity. Using common parameters of either models and sediment delivery ratio approach and integrating the USLE/RUSLE model with the MUSLE model by down-scaling methods, sediment amounts that could reach to drainage networks and catchment reservoirs from agricultural fields under different land uses could be directly estimated.  Additionally, small basin-based detailed parameter measurements had been transferred to the existing database and by this way it is possible to get started the studies of validating, calibrating and updating the USLE/RUSLE model by up-scaling the MUSLE model outputs in Turkey through the Geographic Information Systems (GIS) and Remote Sensing (RS) techniques. 
Instead of statistically averaged annual parameters of the RUSLE model, in the MUSLE model, the parameters being more appropriate for event based calculations and having better capability of representing physical processes have been used. Moreover, while the USLE/RUSLE model could be applied at regional and national scales easily, the MUSLE model could give rise to better results at the small catchments. In this sense, despite of significant differences between two models, integration of these models with up-scaling and down-scaling methods is very important from the viewpoint of the model technology. In fact, current digital databases in Turkey provide important opportunities for these kinds of scale-changeovers. Accordingly, sediment transport capacity of surface runoff (sediment yield of the basin) had been calculated by the MUSLE model for every rainfall event, using rainfall - flow data recorded between the years of 2000-2010 in a small agricultural basin, Tarsus (Mersin) Topcu Creek sub-basin. In order to estimate the other factors of MUSLE equation, digital elevation models, soil erodibility factor (K factor) layer, slope map, vegetation map have been prepared in detail by means of GIS and RS techniques. For every rainfall event, calculations of rainfall and runoff quantity and the application of the MUSLE model have been performed on digital environment. In addition, comparing event-based predicted sediment yields with the measured suspended and bed load amounts in the sub-basin outlet.  With this study, the erosion potential that could result from runoff and concentrated flows for small basins have been evaluated. These annual data have been commented by comparing annual average measured soil losses in microcatchment and application procedures of event base MUSLE model had been evaluated.