İklim değişiklikleri ve arazi örtüsü değişiminin hidrolojik parametrelere etkisinin coğrafi bilgi sistemleri destekli analizi: Porsuk Havzası örneklemi
Geographical information system aided analysis of the impacts of climate changes and land use changes on the hydrological parameters: The sample of Porsuk Watershed
Yazar: BALCA AĞAÇSAPAN
Danışman: PROF. DR. ALPER ÇABUK ; DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRAH PEKKAN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Bilgisayar destekli modelleme = Computer aided modelling ; Yüzey hidrolojisi = Surface hydrology ; Yüzeysel su kaynakları = Surface water resources

Özet:
Küresel gıda üretimi %80'inden fazlası yeşil suya, yani doymamış toprakta depolanan ve bitki büyümesini destekleyen yağıştan gelen suya dayanır. Yüzey suyuna ve yeraltı suyuna dönüşen yağışı ifade eden mavi su, doğrudan kullanılabilen hayati bir yüzey suyu kaynağıdır. Porsuk Nehri Havzası, İç Batı Anadolu eşiğinde, Ege ve Marmara Bölgesi'nin ılıman ikliminden İç Anadolu'nun karasal iklimine geçit oluşturan bir bölgedir ve Kütahya ve Eskişehir illerinin mavi ve yeşil su kaynağıdır. 
Bu çalışmada, Porsuk Nehri Havzası'ndaki su kaynaklarının mekânsal-zamansal dağılımları, toprak ve su değerlendirme aracı Soil & Water Assessment Tool (SWAT) modeli kullanılarak simüle edilmiştir. Çalışmada öncelikle 1985-2013 yıllarını kapsayan referans dönem 2012 yılı arazi örtüsü ve CFRS iklim verilerine göre porsuk havzası modellenmiştir. Ardından, gelecek yıllara ait arazi kullanım modelleri ve iklim senaryolarına göre iklim parametrelerinin değişimi incelenmiştir. Son olarak değişen arazi örtüsü ve iklim parametrelerinin havzada mavi ve yeşil su kaynaklarına etkileri değerlendirilmiştir.
Çalışmada erişilebilen verilerin birbiri ile entegre edilebilir olması göz önüne alınarak zaman periyotları belirlenmiştir. Referans dönemi temsil etmesi için 2012 yılı CORINE (Coordination of Information on the Environment) arazi örtüsü/kullanımı modeli kullanılarak Porsuk Havzası'nın 1985-2013 zaman periyodu için durumu tanımlanmıştır.
Arazi örtüsünde meydana gelen değişimlerin tanımlanması için CORINE arazi örtüsü/arazi kullanımı 1990, 2000, 2012, 2018 yılı verileri kullanılmıştır. Öncelikle zamana bağlı olarak değişen arazi örtüsü-arazi kullanımı bilgisi tanımlanmıştır. Gelecek yıllarda arazi örtüsünde meydana gelecek potansiyel değişimin tanımlanması için şehir merkezine, ana yollara, nehirlere uzaklık gibi etki haritaları kullanılarak CA_MARKOV analizi ile potansiyel arazi kullanım değişim haritaları oluşturulmuştur; kalibre edilen ve doğrulanan model sonuçları doğrultusunda 2030, 2050 ve 2099 yılı arazi örtüsü/kullanımı modelleri üretilmiştir.
İklim parametrelerindeki değişimin havza üzerinde etkilerinin incelenebilmesi için Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) ve HadGEM2-ES modelinin RCP4.5 ve RCP8.5senaryolarına ait veriler kullanılmıştır. Elde edilen veriler doğrultusunda 2010 ve 2099 yılları arası iklim parametrelerinin değişimi incelenmiştir.
Gelecek yıllarda potansiyel arazi kullanımı değişiminin hidrolojik döngüye etkilerinin tanımlanması için CORINE 1990 ve 2000 arazi örtüsü verileri SWAT arazi örtüsü kodlarına göre sınıflandırılarak CA_MARKOV analizi ile CORINE seviye 3 arazi sınıflamasına göre 2030 yılı arazi örtüsü modellenmiştir.
Elde edilen gelecek arazi örtüsü-arazi kullanımı verisi ve iklim verileri kullanılarak havza HadGEM2-ES modelinin RCP4.5 ve RCP8.5senaryolarına göre modellenerek ve arazi örtüsü / kullanımının, iklim değişikliğinin mavi ve yeşil su kaynaklarına olası etkileri değerlendirilmiştir. 
Çalışmanın bulguları şunlardır; Referans dönem "1985-2013" zaman periyodu için Kütahya ilinin mansabından Eskişehir ili kent merkezine kadar olan bölgenin su temini açısından daha güvenli olduğu görülmüştür. 2010-2099 periyodunda hem iyimser hem de kötümser senaryoda mavi su akışı havza genelinde azalmaktadır. Yağış ve sıcaklık unsurlarındaki değişiklikler yeşil su kaynaklarını büyük ölçüde etkilemektedir. Yeşil su kaynaklarından yeşil su akışı kötümser senaryoya göre yakın dönem periyodunda havza girişinde %15-30 oranında artmaktadır. Tüm senaryolarda, tarımsal faaliyetlerin yoğun gerçekleştiği havzanın ikinci yarısında yeşil su akışı azalmaktadır. Yeşil su deposunu ifade eden toprak nemi, tüm senaryolarda ve zaman periyotlarında havza girişinde artış gösterirken havzanın ikinci yarısında azalmaktadır. Tarımsal faaliyetler için önemli olan yeşil su deposu da iklim değişikliği bağlamında olumsuz etkilenen bir diğer parametredir. Potansiyel arazi örtüsü değişimi yeşil su akışının azalmasına sebep olmaktadır. 
Sonuç olarak, Porsuk havzası arazi kullanımı değişimi ve iklim değişikliği etkileri bakımından değerlendirilerek havzanın su bütçesi bileşenlerinin geçmiş ve gelecekteki durumu incelenmiştir.  Çalışma bölgesindeki mavi ve yeşil suyun mevcudiyetinin yanı sıra hidrolojik süreçlerin anlaşılması amaçlayan bir çalışmadır. Çalışmada elde edilen bulgular doğal ve antropojenik etkilerin su kaynakları üzerindeki toplu etkisini anlamaya yardımcı olmaktadır. Benzer bölgelerde havzaların sürdürülebilir kalkınmasının ve entegre su havzası yönetiminin teşvik edilmesinde fayda sağlayabilir.

Abstract:
More than 80% of global food production relies on green water, i.e. water from precipitation that is stored in unsaturated soil and supports plant growth. Blue water, which refers to precipitation that turns into surface water and groundwater, is a vital source of surface water that can be used directly. The Porsuk River Basin is a region on the threshold of Inner Western Anatolia, forming a gateway from the temperate climate of the Aegean and Marmara Regions to the continental climate of Central Anatolia. Porsuk River is the blue and green water source of Kütahya and Eskişehir provinces.
In this study, the spatio-temporal distributions of water resources in the Porsuk River Basin were simulated using the Soil & Water Assessment Tool (SWAT) model. First of all, the basin was modeled according to the 2012 land cover and Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) climate data, the reference period covering the years 1985-2013. Then, the changes in climate parameters according to the land use models and climate scenarios of the coming years were examined. Finally, the effects of changing land cover and climate parameters on blue and green water resources in the basin were evaluated.
Time periods have been determined considering that the accessible data can be integrated with each other. The status of the basin for the 1985-2013 time period was defined using the 2012 CORINE (Coordination of Information on the Environment) land cover/use model to represent the reference period.
CORINE land cover/land use 1990, 2000, 2012, 2018 data were used to define the changes in the land cover. First of all, time-varying land cover-land use information is defined. In order to define the potential change in the land cover in the coming years, using impact maps such as the distance to the city center, main roads and rivers, potential land use change maps were created with CA_MARKOV analysis. In line with the calibrated and verified model results, land cover/use models for the years 2030, 2050 and 2099 were developed.
CFSR data and RCP4.5 and RCP8.5 scenarios of HadGEM2-ES model were used to examine the effects of changes in climate parameters on the basin. In line with the data obtained, the change of climate parameters between 2010 and 2099 was examined.
CORINE 1990 and 2000 land cover data were classified according to SWAT land cover codes in order to define the effects of potential land use change that may occur in the coming years on the hydrological cycle. With CA_MARKOV analysis, the land cover of 2030 was modeled according to CORINE level 3 land classification.
By using the obtained future land cover-land use data and climate data, a basin model was created according to the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios of the HadGEM2-ES model. Thus, the possible effects of land cover / use and climate change on blue and green water resources were evaluated.
Findings of the study are as follows; For the reference period "1985-2013", the region from the downstream of Kütahya to the city center of Eskişehir was found to be safer in terms of water supply. Blue water flow decreases throughout the basin in both optimistic and pessimistic scenarios in the 2010-2099 period. Changes in precipitation and temperature factors greatly affect green water resources. According to the pessimistic scenario, green water flow from green water sources increases by 15-30% at the entrance of the basin in the near term. In all scenarios, green water flow decreases in the second half of the basin, where agricultural activities are intense. Soil moisture, which represents the green water reservoir, increases at the entrance of the basin in all scenarios and time periods, but decreases in the second half of the basin. The green water reservoir, which is important for agricultural activities, is another parameter that is negatively affected in the context of climate change. Potential land cover change is causing a decrease in green water flow.
As a result, the past and future status of the water budget components of the basin were examined by evaluating the basin in terms of land use change and climate change effects.
This study aims to understand the hydrological processes as well as the availability of blue and green water in the study area. The findings obtained in the study help to understand the collective impact of natural and anthropogenic effects on water resources. It can be beneficial in promoting the sustainable development of watersheds and integrated watershed management in similar regions.As a result, the past and future status of the water budget components of the basin were examined by evaluating the basin in terms of land use change and climate change effects.
It is a study aiming to understand the hydrological processes as well as the availability of blue and green water in the study area. The findings obtained in the study help to understand the collective impact of natural and anthropogenic effects on water resources. It can be beneficial in promoting the sustainable development of watersheds and integrated watershed management in similar regions.