Küresel iklim modelleri ile havzaların kuraklık analizlerinin yapılması
Performing drought analysis of basins with respect to global climate models
Yazar: BÜLENT ÇETİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ALİ KUMANLIOĞLU
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Hidrolik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Havzalar = Basins ; Kuraklık = Drought ; Kuraklık analizi = Drought analysis ; İklim modelleri = Climate models

Özet:
Su kaynaklarının sürdürülebilir yönetimi açısından yağışlarda meydana gelen azalma ile ortaya çıkan kuraklık süreçlerinin doğru bir şekilde tanımlanması çok önemlidir. Yağışların uzun dönem ortalamalarının altında görülmesi ile başlayan kuraklık süreci meteorolojik kuraklık olarak isimlendirilmektedir. Kuraklık süreci meteorolojik kuralığın etkisi sonucu akarsu ve derelerdeki debilerin azalmasıyla hidrolojik kuraklık olarak devam etmektedir. Meteorolojik ve hidrolojik kuraklıkların uzun süreli ve şiddetli sürmesi durumunda tarımsal ve bunun sonucunda sosyo-ekonomik kuraklığın meydana gelmesi kaçınılmaz olmaktadır. Bu sebeple havzalarda geçmişte oluşan meteorolojik ve hidrolojik kuraklık süreçlerinin karakteristik özelliklerinin belirlenmesiyle gelecekteki olası kuraklık süreçlerinin tahminine gidilip su kaynaklarının yönetim planlanmasının yapılması gereklidir.
Sunulan çalışmada Gediz Havzası'nda yer alan Acısu, Selendi, Murat, Medar, Gördes, Ahmetli, Demirci ve Deliiniş alt havzalarının 1970-2015 yılları arasındaki 1, 3, 6 ve 12 aylık zaman dilimleri için meydana gelen meteorolojik ve hidrolojik kuraklıklar belirlenmiştir. Meteorolojik ve hidrolojik kuraklıkların belirlenmesinde hızlı ve doğru sonuçlar ve veren indis yöntemleri kullanılmıştır. Bu yöntemlerden Standartlaştırılmış Yağış İndeksi (SPI) yöntemi ve Standartlaştırılmış Yağış Evapotranspirasyon İndeksi yöntemi meteorolojik kuraklıkların belirlenmesinde, Standartlaştırılmış Akım İndeksi (SRI) yöntemi hidrolojik kuraklıkların belirlenmesinde kullanılmıştır. Havzalarda meydana gelen meteorolojik ve hidrolojik kuraklıkların kurak ve sulak dönem karakteristik özellikleri Gidişler Analizi yöntemi kullanılarak tanımlanmıştır. 
Çalışmada havzalarda görülen geçmiş dönem kuraklıkların belirlenmesinden sonra EUR-11_ICHEC_EC_EARTH küresel iklim modelinden elde edilen 2015-2100 yılları arası yağış ve sıcaklık verileri kullanılarak SPI ve SPEI indis yöntemleri ile olası meteorolojik kuraklıklar 1, 3, 6 ve 12 aylık zaman dilimlerinde tahmin edilmiştir. Çalışmada 2015-2100 yılları arası olası hidrolojik kuraklıklar geçmişte meydana gelen meteorolojik ve hidrolojik kuraklar arasında belirlenen ilişkiye bağlı olarak belirlenmiştir. Bu yöntem ile gelecekteki akımların tahmini yani hidrolojik model kurma zorunluluğu ortadan kalkmıştır. Gelecekteki hidrolojik kuraklıkların tahmininde havzalarda meydana gelen meteorolojik ve hidrolojik kuraklıklar arasındaki ilişki İleri Beslemeli Geri Yayılımlı Yapay Sinir Ağı, Genelleştirilmiş Regresyon Yapay Sinir Ağı, Basit ve Çoklu Doğrusal Regresyon Analizi yöntemleri kullanılarak 1, 3, 6 ve 12 aylık zaman dilimleri için farklı kombinasyonlarda araştırılmıştır. En uygun yöntem ve girdi setleri ile 2015-2100 arası olası hidrolojik kuraklıklar tahmin edilmiştir. 
Çalışma sonucunda 1, 3, 6 ve 12 aylık zaman dilimleri için Gediz havzasında yer alan Acısu, Selendi, Murat, Medar, Gördes, Ahmetli, Demirci ve Deliiniş alt havzalarının meteorolojik ve hidrolojik kuraklıkları tanımlanmıştır. Çalışma sonucunda 1970-2015 yılları arasında havzada belirli dönemlerde çok şiddetli kuraklıkların yaşandığı ve 2000 yılından sonraki kuraklıklarda evapotranspirasyon kayıplarının daha etkin rol aldığı gösterilmiştir. Çalışmada ayrıca 21. yüzyılın ortalarına kadar meteorolojik ve hidrolojik kuraklıklarda kurak ve sulak dönemlerin yaşanacağını fakat kurak dönemlerin daha fazla hissedileceği öngörülmektedir. 21. yüzyılın ikinci yarısının sonlarına doğru kurak süreçlerin daha hakim olacağı ve çok şiddetli kuraklık sınıflarının süre ve şiddetlerinin daha fazla görülebileceği çalışmada gösterilmektedir.

Abstract:
In terms of sustainable management of water resources, it is very important to accurately define the drought processes that occur with the decrease in precipitation. The drought process, which begins with precipitation below the long-term averages, is called meteorological drought. The drought process continues as a hydrological drought with the decrease in flow rates in streams because of the effect of meteorological drought. In case of prolonged and severe meteorological and hydrological droughts, it is inevitable that agricultural and socio-economic drought will occur as a result. For this reason, it is necessary to determine the characteristics of the meteorological and hydrological drought processes that occurred in the past in the basins, and to make the management planning of the water resources by predicting the possible drought processes in the future.
In the present study, meteorological and hydrological droughts occurring at the 1, 3, 6 and 12-month time scales between 1970-2015 in the Acısu, Selendi, Murat, Medar, Gördes, Ahmetli, Demirci and Deliiniş sub-basins in the Gediz Basin were determined. In the determination of meteorological and hydrological droughts, index methods that gives fast and accurate results were used. Among these methods, the Standardized Precipitation Index (SPI) method and the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index method were used in the defining of meteorological droughts, and the Standardized Runoff Index (SRI) method was used in the defining of hydrological droughts. The characteristic features of the meteorological and hydrological droughts occurring in the basins in the dry and wet periods were defined using the Run Theory Analysis method.
After determining the past droughts seen in the basins in the study, possible meteorological droughts were estimated at 1, 3, 6 and 12-month time scales with SPI and SPEI index methods, using the precipitation and temperature data between the years 2015-2100 obtained from the EUR-11_ICHEC_EC_EARTH global climate model. The association between historical meteorological and hydrological droughts was used in the study to predict potential hydrological droughts between 2015 and 2100. This approach does away with the need to create a hydrological model to anticipate future flows. The relationship between meteorological and hydrological droughts in the basins in the prediction of future hydrological droughts was investigated in different combinations for 1, 3, 6 and 12 month time periods by using Feed Forward Backpropagation Artificial Neural Network, Generalized Regression Artificial Neural Network, Simple and Multiple Linear Regression Analysis methods. Possible hydrological droughts between 2015 and 2100 were estimated with the most appropriate method and input sets.
As a result of the study, meteorological and hydrological droughts of Acısu, Selendi, Murat, Medar, Gördes, Ahmetli, Demirci and Deliiniş sub-basins in the Gediz basin were defined for 1, 3, 6 and 12 month time scales. As a result of the study, it has been shown that severe droughts were experienced in the basin in certain periods between 1970 and 2015 and evapotranspiration losses played a more active role in droughts after 2000. In the study, it is also predicted that until the middle of the 21st century, dry and wet periods will be experienced in meteorological and hydrological droughts, but dry periods will be felt more. It is shown in the study that towards the end of the second half of the 21st century, arid processes will be more dominant, and the duration and severity of very severe drought classes can be seen more.