Göllerdeki uzun vadeli hacimsel değişimin belirlenmesi ve trend analizinde iha fotogrametrisi ve optik uydu verilerinin entegrasyonu: Burdur gölü örneği
Integration of uav photogrammetry and optical satellite data in the determination of long-term volumetric change and trend analysis of lakes: The case of burdur lake
Yazar: YUNUS KAYA
Danışman: PROF. DR. FUSUN BALIK ŞANLI ; DOÇ. DR. SAYGIN ABDİKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
Göller, dünya yüzeyindeki tatlı su kütlelerinin en büyük unsurunu oluşturmakta ve içme suyunun karşılanmasında vazgeçilmez bir rol oynamaktadır. Burdur Gölü gibi bazı tuzlu suya sahip göller içme suyu olarak kullanılmasa da nesli tükenmekte olan bazı hayvan ve bitki türlerine ev sahipliği yapmaktadır. İç su kütlelerinin doğru ve düzenli bir şekilde izlenmesi ve gelecekteki su seviyelerinin tahmini su kaynaklarının yönetimi bakımından önemlidir. Su yüzeyi yüksekliği (SYY) ölçüm istasyonları önemli bilgiler vermesine rağmen, bu istasyonlardan doğru bilginin elde edilmesi her zaman mümkün olmayabilir. Bu nedenle uzaktan algılama ve küresel açık kaynaklı veriler kullanılmaktadır. Ancak küresel Sayısal Yükseklik Modelleri (SYM) düşük hassasiyete sahip oldukları için küçük su kütlelerinde kullanılamazlar. Uydu radar altimetre verileri de benzer şekilde büyük ayak izlerine ve örneklem aralıklarına sahip oldukları için yalnızca büyük su kütlelerinin izlenmesinde kullanılabilir. Uydu lazer altimetre sistemleri daha küçük ayak izleri ve daha sık örneklem aralıkları sayesinde küçük su kütleleri için uygundur. Ancak yeni uydu sistemlerinin veri arşivleri sınırlıdır. Optik uydu verileri ise sadece su yüzeylerine ait değişimi sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında Türkiye'nin en büyük boyutlu Ramsar alanı olan Burdur Gölü'nün geçmişe yönelik SYY'lerinin İnsansız Hava Aracı (İHA)-Landsat entegrasyonu ile belirlenmesi amaçlanmıştır. İHA-Landsat entegrasyonuyla belirlenen kıyı çizgisi yüksekliklerinden jeoit yükseklikleri çıkarılarak ortalama SYY elde edilmiştir. SYY ve göl alanları ile 1984-2022 arası hacimsel değişim incelenmiştir. 38 yıllık SYY ve alansal değişimler kullanılarak Otoregresif Entegre Hareketli Ortalama (ARIMA) modeli ile gelecek yıllara ilişkin tahmin yapılmıştır. Çalışma sonucunda SYY r=0,999 ve 21 cm ortalama yükseklik hatası ile tahmin edilmiştir. Kümülatif hacim kaybı ise %97,5 başarı oranıyla hesaplanmıştır. 1984-2022 yılları arasında Burdur Gölü'nün alanı 206 km2'den 120 km2'ye düşmüştür. Gölün hacmi 38 yıl içerisinde 2,70 km3 azalmıştır. ARIMA modeline göre 2023-2050 yılları arasında SYY ~826 m'ye, göl alanı ise ~58 km2'ye gerilemektedir. Dolayısıyla 2050 yılında yaklaşık 1,06 km3'lük hacmin azalması öngörülmektedir. Bu tez çalışması İHA-uzaktan algılama entegrasyonunun potansiyelini ve sınırlamalarını göstermektedir. Önerilen yöntem uzun vadeli su seviyelerinin ve hacimsel değişimlerinin yüksek mekansal çözünürlükle belirlenmesinde faydalı sonuçlar vermektedir. Ayrıca bu çalışmada ARIMA modelinin SYY değişimindeki başarısı da araştırılmıştır.

Abstract:
Lakes are the largest element of freshwater bodies on the earth's surface and play an indispensable role in providing drinking water. Some salt lakes, such as Lake Burdur, are not used for drinking water but are home to endangered species of animals and plants. Accurate and regular monitoring of inland water bodies and prediction of future water surface levels (WSLs) are important for water resource management. Although WSL measurement stations provide important information, it is not always possible to obtain accurate information from these stations. For this reason, remote sensing and global open-source data are used. However, global Digital Elevation Models (DEMs) have low accuracy and cannot be used in small water bodies. Similarly, satellite radar altimeter data can only be used for monitoring large water bodies due to their large footprints. Satellite laser altimetry systems are suitable for small water bodies due to their smaller footprints and more frequent sampling intervals. However, new satellite systems have limited data archives. Optical satellite data only provide changes on water surfaces. In this thesis, it is aimed to determine the historical DEMs of Burdur Lake, Turkey's largest Ramsar site, with Unmanned Aerial Vehicle (UAV)-Landsat integration. Local geoid elevations were subtracted from the shoreline elevations determined by UAV-Landsat integration to obtain the mean WSL. The volumetric change between 1984 and 2022 was analyzed with the DEM and lake areas. Using 38 years of DEM and areal changes, Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA) model was used to predict the future years. As a result of the study, the DEM was estimated with r=0.999 and a mean height error of 21 cm. Cumulative volume loss was calculated with a success rate of 97.5%. Between 1984 and 2022, the area of Lake Burdur decreased from 206 km2 to 120 km2. The volume of the lake decreased by 2.70 km3 in 38 years. According to the ARIMA model, the WSL decreases to ~826 m and the lake area to ~58 km2 between 2023 and 2050. Therefore, a volume decreases of approximately 1.06 km3 is predicted in 2050. This thesis presents the potential and limitations of UAV-remote sensing integration. The proposed method provides useful results in determining long-term WSL and volume changes with high spatial resolution. In addition, the success of the ARIMA model in water level change is also investigated in this study.