Sakarya Havzası'nda farklı kuraklık indisleri ile kuraklık analizi ve performans değerlendirmesi
Drought analysis and performance evaluation with different drought indices in Sakarya basin
Yazar: ABDULSAMED ÖZLÜ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GAYE AKTÜRK
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Kuraklık = Drought ; Sakarya Havzası = Sakarya Basin ; Standart yağış indeksi = Standard precipitation index

Özet:
Kuraklık, yağışların kaydedilen normal seviyelerinin önemli ölçüde altına düşmesi sonucunda arazi ve su kaynaklarının olumsuz yönde etkilenmesine ve hidrolojik dengenin bozulmasına sebep olan doğal bir afettir. Günümüzde belirgin ve yaygın bir problem haline gelen kuraklık, beraberinde sosyal ve ekonomik açıdan birçok probleme zemin oluşturmaktadır. Kuraklığın zamanı, süresi ve şiddeti önceden bilinmemekte olup, kuraklığın başlangıç ve bitiş zamanını tahmin etmek çok zordur. Bu sebeple, herhangi bir bölgedeki kuraklık olaylarını incelemek için uygun indisin seçilmesi çok önemlidir. Bu çalışmada, Sakarya Havzası'ndaki kuraklıkların belirlenmesi için yağış tabanlı dört meteorolojik kuraklık indisi (Standartlaştırılmış Yağış İndisi (SYİ), Z-Skor İndisi (ZSİ), Çin-Z İndisi (CZİ) ve Modifiye Edilmiş Çin-Z İndisi (MCZİ)) kullanılmıştır. Bu indislerin farklı zaman periyotları için hesaplanması, karşılaştırılması, değerlendirilmesi ve farklı zaman ölçeklerindeki kuraklık indisleri arasındaki ilişkilerin incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada ilk olarak, Sakarya Havzası'nı konumsal olarak en iyi temsil etmeye yardımcı olacak 15 istasyon (Ankara, Beypazarı, Bilecik, Bozüyük, Emirdağ, Etimesgut, Geyve, Ilgın, Kızılcahamam, Kütahya, Nallıhan, Polatlı, Sakarya, Sivrihisar ve Yunak) seçilmiştir. Bu istasyonlara ait 1960-2020 yılları arasındaki aylık yağış verileri kullanılarak 1, 3, 6, 9 ve 12 aylık zaman ölçeklerinde SYİ, ZSİ, CZİ ve MCZİ değerleri hesaplanmıştır. Daha sonra, geçmiş dönemlerde meydana gelen kuraklıkların karakteristik özellikleri (kuraklık sıklığı, kuraklık süresi ve kuraklık şiddeti), seçilen indislerin bölge için uygulanabilirliği, performansları ve farklı zaman ölçeklerindeki kuraklık indisleri arasındaki ilişkiler değerlendirilmiştir. Çalışmada dört indise ait sonuçlar değerlendirildiğinde, aynı zaman periyotlarında tüm indisler arasında yüksek korelasyon değerlerine ulaşıldığı ve ağırlıklı olarak 1970'li yılların başlarında (1972-1974), 1989 yılında, 1990'lı yılların başlarında (1992-1994), 2007 ve 2014 yıllarında şiddetli kuraklıkların yaşandığı tespit edilmiştir. Seçilen istasyonların SYİ, ZSİ, CZİ ve MCZİ için kuraklık özelliklerine bakıldığında, yaşanan en uzun kuraklıkların genel olarak 12 aylık kuraklık periyodunda gerçekleştiği görülmüştür. Tüm istasyonların kuraklık sıklığına ve kuraklık sınıfına bakıldığında ise geçmişte yaşanan kuraklıkların daha çok orta şiddette olduğu gözlemlenmiştir. Beş farklı zaman periyodunda elde edilen tüm indis değerlerinin rölatif frekans analizine göre ise nemli veya kurak durumun yanı sıra normale yakın durumda daha yüksek sonuçlar elde edilmiş ve normale yakın kategoride tüm rölatif frekans değerlerinin %60'ı aştığı belirlenmiştir.

Abstract:
Drought is a natural disaster which causes the land and water resources to be adversely influenced and the hydrological balance to deteriorate as a result of the precipitation falling significantly below the recorded normal levels. Drought, which has become a prominent and widespread problem today, form a basis for many social and economic problems, as well. As well as the fact that the time, duration and severity of the drought are not known in advance, it is also very difficult to predict the start and end time of the drought. Therefore, the selection of an appropriate index is very important to examine the drought incidents in any region. In this study, four precipitation-based meteorological drought indexes (Standardized Precipitation Index (SPI), Z-Score Index (ZSI), China-Z Index (CZI) and Modified China-Z Index (MCZI)) were used to determine droughts in the Sakarya Basin. It is aimed to calculate, compare and evaluate these indexes for different time periods and also to examine the relationships between drought indices in different time scale. First of all, 15 stations (Ankara, Beypazarı, Bilecik, Bozüyük, Emirdağ, Etimesgut, Geyve, Ilgın, Kızılcahamam, Kütahya, Nallıhan, Polatlı, Sakarya, Sivrihisar and Yunak) were selected that will help to best represent the Sakarya Basin locationally. The SPI, ZSI, CZI and MCZI values were calculated on 1, 3, 6, 9 and 12-month time scales by using the monthly precipitation data of these stations between 1960 and 2020. Then, the characteristics of the previous droughts (drought frequency, drought duration and drought severity), the applicability and performance of the selected indexes for the region, and the relationships between drought indices at different time scales were evaluated. When the results of four indexes were evaluated, it was determined that high correlation values were reached among all indexes in the same time periods and severe droughts were experienced mainly in the early 1970s (1972-1974), 1989, early 1990s (1992-1994), 2007 and 2014. Considering the drought characteristics of the selected stations for SPI, ZSI, CZI and MCZI, it was observed that the longest droughts occurred in the 12-month drought period in general. When the drought frequency and drought class of all stations are examined, it has been observed that the droughts experienced in the past were mostly moderate. According to the relative frequency analysis of all indexes obtained in the five different time periods in use, apart from the humid or dry condition, higher results were obtained in the near-normal condition and it was determined that all the relative frequency values exceeded 60% in the near-normal category.