Türkiye akarsuları yıllık pik akım serilerinin frekans ve değişkenlik analizi
Frequency and variability analysis of annual peak flows in Turkish rivers
Yazar: NACİ BÜYÜKKARACIĞAN
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET FAİK SEVİMLİ
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Bağımlılık analizi = Dependence analysis ; Taşkın frekans analizi = Flood frequency analysis ; Trend analizi = Trend analysis

Özet:
Hidrolik yapıların tasarımında genellikle anlık pik akım değerleri kullanılmaktadır. Bu nedenle gelecekte meydana gelebilecek taşkın tahmini oldukça önemlidir. Taşkınlara neden olan olaylar genellikle hidroklimatik değişkenlere bağlıdır. Trend, değişim ve değişkenliklerin belirlenmesi, insani faaliyetlerden kaynaklanan gelecekteki potansiyel değişimlerin anlaşılması için önemlidir. Aynı zamanda, son yıllarda, iklimsel değişkenlik ve değişimin hidrolojik ve su kaynakları sonuçlarıyla ilgili çalışmaların sayısında önemli bir artış görülmüştür. Bu nedenlerle bu çalışma, Frekans Analizi, Trend Analizi, Ana Bileşenler Analizi olmak üzere üç ana bölümden oluşmuştur.Birinci bölümde, öncelikle, taşkın frekans analizindeki bağımsızlık tezinin geçerliliğini incelemek amacıyla, otokorelasyon, medyanı çaprazlama, dönüm noktaları, sıra farklılık ve Spearman sıralı seri korelasyon katsayısı bağımlılık testleri, Türkiye ` de bulunan 90 akarsuya ait yıllık pik akım serilerine uygulanmıştır. Kullanılan testlerin en az ikisine göre sadece 8 tanesi bağımlı bir karakter sergilemiştir. Genel olarak, bağımsızlık tezinin Türkiye akarsuları için geçerli olduğu söylenebilir. Daha sonra, en uygun olasılık dağılım modelinin belirlenmesi için, iki ve üç parametreli log-normal, Gumbel, Pearson-3, log-Pearson-3, Log-Boughton, log-logistic, Wakeby, Pareto, ekstrem değerler dağılımları 82 istasyona ait yıllık pik akım serilerine uygulanmıştır. Bu dağılımların çoğunun parametreleri, momentler, maksimum olabilirlik, olasılık ağırlıklı momentler, özgün olasılık ağırlıklı momentler, karışık momentler, maksimum entropi ile tahmin edilmiştir. Modellerin en uygununu belirlemek amacıyla, klasik uygunluk testleri, khi-kare, Kolmogorov-Smirnov ve Cramer-von-Misses testleri istatistikleri de hesaplanmıştır. Bu testlerin değerlendirmelerine göre, Log-Pearson -3'ün diğerlerine göre daha uygun bir model olduğu sonucuna varılmıştır.İkinci bölümde, gözlem istasyonuna ait 1970-2005 periyodundaki yıllık pik akım değerlerine parametrik olmayan Sen'in T, Spearman'ın Rho, Mann-Kendall ve parametrik olan En küçük Kareler trend testleri uygulanmıştır. Akımlardaki trendlerin homojenliği de Van Belle ve Hughes testi ile belirlenmiştir. Sonuç olarak, sadece 5 istasyonda azalan trend bulunurken, global trend havzaların hiçbirinde görülmemiştir.Son bölümde ise 90 istasyonuna ait 1970-2005 yılları arasındaki 36 yıllık verinin uzaysal ve zamansal değişimlerinin sistematik modları, ana bileşenler analizi kullanılarak tanımlanmıştır. Analiz, akımın temel anomali paternlerini ve bu paternlerin zamana göre değişimlerini ortaya çıkarmaktadır. İstatistiksel olarak %95 önem seviyesinde önemli ilk 2 bileşen, orijinal verinin toplam varyansının %50'inden fazlasına açıklık getirmektedir. Bununla birlikte, orijinal bileşenlerin varimax ortogonal döndürme yöntemi kullanılarak döndürülmesiyle bölgesel anomali alanları belirlenmiştir.

Abstract:
Values of current peak flows are used in designing of hydraulic works. For this reason, flood estimation which may happen in the future is very important. Events that cause floods generally depend on hydroclimatic variables. Trends, changes and determination of the variability are very important to understand potential changes caused by human activities in the future. At the same time, there has been a significant increase in the number of studies about the results of hydrologic and water resources of climatic variability and changes in recent years. This study includes three basic chapters which are Flood Frequency Analysis, Trend Analysis and Principal Components Analysis.In the first chapter, Autocorrelation, median crossing, turning points, rank difference, and Spearman rank order correlation coefficient dependence tests were applied to annual peak flow data for 90 streams in Turkey in order to examine the validity of independence assumption on flood frequency analysis. Only 8 of streams showed a dependent characteristicfor at least two of the tests applied. In general, it can be said that the independence assumption is valid for streams in Turkey. Then, two and three parameter log-normal, Gumbel, Pearson-3, log-Pearson-3, Log-Boughton, Log-Logistic, Wakeby, Pareto and general extreme value distributions were applied to annual peak series of 82 stations in order to determine the most suitable probability distribution model. The parameters of the most of the distributions were estimated by moments, maximum likelihood, probability weighted moments, individual probability weighted moments, mixed moments and maximum entropy methods. In order to find out the most suitable models, statistics of classical goodness-of-fit tests, chi-squared, Kolmogorov-Smirnov and Cramer-von-Misses were also calculated. According to the evaluation of the tests Pearson-3 and Log-Pearson-3 are concluded to be more suitable than the other models.In the second chapter, non-parametric trend tests Sen?s T, Spearman?s Rho, Mann-Kendal and parametric mean square test were applied to annual peak flows obtained from 90 stations in period of 1970 and 2005. Homogeneity of flow trends is determined by Van Belle and Hughes test. As a result, only 5 decreasing trend is found but global trend was never seen in any of the basins.In the final chapter, systematic modes of spatial and temporal variation in 36 annual records of stream flow between the years 1970 and 2005, of 90 stations are defined by using the principal components analysis. The analysis reveals the basic anomaly patterns of stream flow, and also describes the variation of these patterns throughout the time. The first two components, which are statistically significant at the 95% confidence level revealed more than the 50% of the total variance of the original data. In addition to this, regional anomaly cores were determined by using the varimax orthogonal rotation method to the original components