Hidrolojik ekosistem hizmetlerinin havza planlamaya uyarlanması
Applying hydrological ecosystem services to watershed planning
Yazar: BETÜL UYGUR ERDOĞAN
Danışman: PROF. DR. YUSUF SERENGİL
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Havza Yönetimi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering

Özet:
İnsanların doğal kaynaklardan faydalanmaları farklı süreçleri içermektedir. Dolaylı yoldan ya da doğrudan gerçekleşen bu süreç aslında ekosistem - insan ilişkisinin ve etkileşiminin de temelini oluşturmaktadır. Sorunların da küreselleştiği günümüzde insanların ya da toplumların taleplerine ekosistemlerin karşılık vermekte yetersiz kalmaları aslında sürdürülebilirlikten uzak bir kullanıma maruz kalmasından kaynaklanmaktadır. Bunun nedenlerine bakıldığında ise nüfusun hızla artması ve beraberinde ekosistemler ve doğal kaynaklar üzerindeki baskıyı arttırmasıdır. Dolayısıyla arz-talep noktasına gelindiğinde ekosistemlerin sunduğu hizmetlerin devamlılığını sağlayabilmek önemli bir amaç haline gelmiştir. Bu amaca ulaşılabilmesi ekosistem hizmetlerinin planlamaya (kentsel planlama, havza planlama vb.) dahil edilmesi ile mümkündür. Bu çalışmada da İstanbul için önemli üç havzanın (Kağıthane, Alibeyköy ve Sazlıdere Havzaları) alt havzalarında farklı ekosistemlerin (orman, mera, tarımsal ve kentsel ekosistemler) sunduğu hidrolojik ekosistem hizmetleri ortaya koyulmaya çalışılmış ve bu hizmetlerin sayısal olarak ifade edilebilmesi amaçlanmıştır. Böylelikle planlamada karar vericiler için hidrolojik ekosistem hizmetlerinin nasıl ifade edilebileceğinin bir örneği oluşturulmaya çalışılmıştır.

Tez çalışması, hidrolojik ekosistem hizmetlerinden su kalitesini iyileştirme, su verimini düzenleme, sel-taşkın önleme, toprak koruma ve erozyon önleme hizmetleri ile sınırlandırılmıştır. Her bir hidrolojik ekosistem hizmeti için uygun yöntem seçilerek arazi verileri ve büro çalışmalarının sağladığı altlıklar ile hizmetlerin havza bazında sayısallaştırılması gerçekleştirilmiştir. 

Tezin amaçlarından biri olan hizmetlerin planlamaya uyarlanması için ise elde edilen sayısal değerler farklı bir havzanın planlama sürecinde kullanılmıştır. Bu uygulama için Büyükçekmece Havzası seçilmiş ve havzada sunulan hidrolojik ekosistem hizmetlerinden su kalitesini iyileştirme ve su verimini düzenleme hizmetleri belirlenmiştir. Sonuçların doğrulaması çeşitli kaynaklar ile sağlanmıştır. 

Tez kapsamında yer alan iklim değişikliğinin etkilerinin belirlenmesi ise Dünya İklim Veritabanı' ndan sağlanan verilerin çalışma alanı sınırlarına indirgenerek değerlendirilmesi ile yapılmıştır.  Çalışmada Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (IPCC)' nin 5. Değerlendirme Raporu için hazırlanmış HadGEM2-ES Küresel İklim Modeli için üretilen Temsili Konsantrasyon Rotaları (RCPs) senaryolarından RCP 4.5 ve RCP 6.0 için Bölgesel İklim Modeli (RegCM4.3.4) kullanılarak dinamik ölçek küçültme yöntemi ile çalışma alanı için projeksiyonlar üretilmiştir.

Tez çalışmasının sonuçları incelendiğinde; sunulan hidrolojik ekosistem hizmetlerinin ekosistemlerden dolayı farklılıklar gösterdiği görülmüştür. Su kalitesini iyileştirme hizmeti orman ekosisteminde en iyi düzeyde görülürken; su veriminin en düşük düzeyde görüldüğü ekosistem de orman ekosistemi olmuştur. Sel-taşkın önleme hizmetinde de orman ekosistemi en yüksek miktarda yağmur suyunu tutarak hizmeti en yüksek düzeyde sunmaktadır. Fakat kentsel ekosistemlerde durum tam tersi olarak görülmekte ve geçirimsiz yüzeylerden dolayı kentleşmiş havzalarda yağan yağmurun büyük bir bölümü yüzeysel akışa geçmekte ve bu da sel-taşkın hizmetinin en düşük düzeyde sunulduğunu göstermiştir. Toprak koruma ve erozyon önleme hizmetinin en iyi düzeyde sunulduğu ekosistemler sırasıyla orman ve mera ekosistemleri olarak belirlenmiştir. Orman ekosistemi sahip olduğu ölü örtü ile toprağın yağmur damlalarından etkilenmesini minimuma indirerek bu hizmeti en iyi şekilde sunmaktadır. Diğer taraftan mera bitkilerinin de toprağı örtme durumuna bağlı olarak toprak koruma ve erozyon önleme hizmetini sundukları belirlenmiştir. 

Günümüzde doğal afetlerin aslında ekosistemler üzerindeki antropojenik etkilerden kaynaklandığı ve bu nedenle ekosistem hizmetlerinin toplum ile ilişkilerinin öneminin anlaşılmasının gerektiği vurgulanmaktadır. Ekosistemlerin son kullanıcı olarak insanlara sunduğu hizmetlerin ekolojik yaklaşımla yani sürdürülebilirlik ilkesi ile planlanması gelecek için düşünülmesi gereken bir konu durumundadır ve bu noktada çalışma sonuçlarından da görülebildiği gibi orman ekosistemlerinin önemi bir kez daha ortaya çıkmaktadır.

Abstract:
As people utilize natural resources, various processes occur. Indeed, such processes, whether they occur directly or indirectly, form the basis of the relation and interaction between ecosystems and humans. Nowadays, globally, ecosystems cannot meet the demand by humans (and thus, societies), and this is largely because they are not utilized in a sustanable manner. It appears that main factors that contribute to this problem are the rapid population growth and its pressure on the ecosystems. Therefore, ensuring the sustainability of ecosystem services has become an important goal. Achieving this goal is only possible with an early consideration of ecosystem services at the planning stage (urban planning, watershed planning etc.). In this sudy, the goal was to assess and quantify the ecosystem services provided by different ecosystems (forest, rangeland, agricultural and urban ecosystems) in the subbasins of three important watersheds for Istanbul (Kağıthane, Sazlıdere and Alibeyköy). Therefore, this study establishes an example of how hydrological ecosystem services can be presented to the decision makers in planning.
 
Specifically, this thesis focuses on services that are concerned with hydrological ecosystem services: improving water quality, regulating water yield, mitigation of torrent and flood, prevention of erosion. For each hydrological ecosystem service, appropriateness of the methodology has been carefully considered; and the quantitative information about the watershed basins have been obtained both by analyzing and digitizing existing materials in the office, and conducting measurements in the field. 

To achieve the research goal to bring the quantified values into planning process, a fourth case study has been conducted at a different watershed. Specifically, Büyükçekmece watershed was chosen for this application, where two of the studied hydrological services were identified as most relevant: improving water quality and regulating water yield services. Verification of results has been achieved by consulting a variety of sources.

Another goal in this thesis is to identify of the effects of climate change in the studied cases. This goal has been primarily tackled using data extracted from the World Climate Data Base regarding the study area. In the study, RCP 4.5 and RCP 6.0 were chosen from the scenarios of Representing Concentration Routes generated for HadGEM2-ES Global Climate Model prepared for the 5.evaluation Report of IPCC. Projections are made by using Local Climate Model  (RegCM4.3.4) with dynamical minimization method.

The results of the research demonstrate that the provided hydrological ecosystem services are most effected by the ecosysystems themselves. Importantly, the results demonstrate that the forest ecosystems are the best for improving water qualiy service, however, they are also the ecosystems that water yield is the least. Forest ecosystems also provide the best service in mitigating torrents and floods by holding huge amounts of rain-water. The situation is completely the opposite in urban watersheds: Most of the rainfall goes to runoff because of the non-porouse substrate (asphalts, concretes etc), therefore the service of mitigating torrents and floods at the lowest level in urban waterheds. The ecosystems providing the service of mitigating torrents and floods at high levels have been identified as forest and rangeland ecosystems respectively. Forest ecosystems provide this service at the highest level via minimizing the effect of rain fall on soil by its litter formation. On the other hand, the results suggest that the range land vegetation can also provide the service of preventing the soil from erosion depending on vegetation cover.

Today; it has been widely acknowledged that the main cause of natural disasters is anthropogenic impacts on ecosystems, therefore understanding their relationship with society is very important. Planning ecosystem services (and providing them to the end-users --that is, the humans--) in a sustainable, ecologically-aware manner is definitely a worthy subject matter to consider for our future. And in this process, based on the results of this thesis, the forest ecosystems appear to play a very important role, and thus should be taken into consideration for planning future ecosystem services.