Yukarı Kızılırmak Havzasında iklim değişikliği ve arazi kullanımı/örtüsü değişimi etkilerinin SWAT ile modellenmesi
Modeling of the effects of climate change and land use/cover change in Upper Kızılırmak Basin with SWAT
Yazar: SEFA FURKAN SELÇUK
Danışman: PROF. DR. MELTEM SARIOĞLU CEBECİ
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Arazi kullanımı/örtüsü değişikliği ve iklim değişikliği, havza hidrolojik süreçlerinin ana itici faktörleridir. Hükümetlerarası İklim değişikliği Paneli'nin değerlendirme raporları, Türkiye dâhil olmak üzere Akdeniz havzasının iklim değişikliğinden en çok etkilenecek bölgelerden biri olduğunu belirtmektedir. Ayrıca, Yukarı Kızılırmak havzasının da dâhil olduğu bir bölgede rapor edilmiş artan kuraklık olayları bulunmaktadır. Bu çalışmanın temel hedefi, Yukarı Kızılırmak havzasında arazi kullanımı/örtüsü değişikliklerinin havza hidrolojisi üzerindeki etkilerini belirlemek ve iklim değişikliği etkisi altında havzada gerçekleşmesi muhtemel hidrolojik değişimler için projeksiyonlar oluşturmaktır. Havzanın hidrolojik süreçlerinin modellenmesi için Soil and Water Assessment Tool (SWAT) modeli kullanılmıştır. Çalışma alanı için kurulan model, SWAT-CUP yazılımı aracılığıyla kalibrasyon ve doğrulama işlemlerinden geçirilmiştir. Kalibrasyon sonuçları, modelin tüm alt havzaları "Çok İyi" düzeyinde, doğrulama sonuçları ise "Çok İyi" veya "İyi" düzeyinde temsil ettiğini göstermiştir. Kalibre edilen model kullanılarak havzanın mevcut durum su potansiyeli belirlenmiştir. Bu amaçla; yağış potansiyeli, mavi su potansiyeli, yeşil su deposu ve yeşil su akışı parametrelerinin yıllık ortalama değerleri alt havza bazında belirlenmiş ve mevsimsel değişimleri incelenmiştir. Arazi kullanımı/örtüsü değişiklikleri, havzanın su bütçesini ve hidrolojik bileşenlerini doğrudan etkileyerek değiştirir. Hidrolojik bileşenlerin değişimi ise arazi kullanımı/örtüsü değişikliklerine bağlı olarak kısır bir döngü oluşturabilir. Çalışmada, arazi kullanımı/örtüsü değişimlerinin havzada yarattığı hidrolojik değişimlerin tespiti için 1990 ve 2018 yılı arazi kullanımı/örtüsü haritalarıyla iki farklı simülasyon oluşturulmuş ve çıktılar karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda, çalışma alanın toplam %60,19'unu kaplayan dört alt havzada arazi kullanımı/örtüsü değişimlerinin hidroloji bileşenlerini önemli ölçüde etkilediği görülmüştür. Arazi kullanımı/örtüsü değişimleri, ET değerlerinin azalmasına ve pik dönemlerinde değişikliklere neden olmuştur. Ayrıca su veriminde, toprak suyu miktarında ve perkolasyon değerlerinde artışlara neden olmuştur. İklim değişikliğinin havza su potansiyeli üzerine etkisini belirlemek üzere dört iklim değişikliği senaryosu için 2100 yılına kadar yağış, mavi su potansiyeli, yeşil su deposu ve yeşil su akışı parametrelerinin değişim öngörüleri oluşturulmuştur. Bu amaçla, küresel iklim veri setlerinden istatistiksel ölçek küçültme yöntemiyle yerel ölçekte iklim verileri elde edilmiştir. Çalışma sonuçlarına göre, en iyimser senaryo olan SSP 1-2.6 senaryosu altında 2100 yılına kadar havzanın yağış potansiyelinde yer yer %3,8'e kadar artışlar olabileceği, en kötümser senaryo olan SSP5-8.5 senaryosunda ise %12'ye kadar azalmalar yaşanabileceği öngörülmüştür. Ayrıca, oluşturulan öngörü simülasyonu çıktıları üzerinden hidrolojik kuraklık analizi yapılmıştır. Buna göre, SSP 1-2.6 ve SSP 2-4.5 senaryolarında 2100 yılına kadar alt havzalarda genel olarak istatistiksel olarak anlamlı bir eğilim tespit edilmemiş, SSP 3-6.0 ve SSP 5-8.5 senaryolarında ise hemen hemen tüm alt havzalarda kuraklık değerlerinde artma trendi tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda, havza su kaynaklarının sürdürülebilir yönetimi için önemli bir veri kaynağı oluşturulmuştur.

Abstract:
Land use change and climate change are the main driving factors of a basin's hydrological processes. Evaluation reports of the Intergovernmental Panel on Climate Change indicate that the Mediterranean basin, including the areas within the borders of Turkey, is one of the regions that will be most affected by climate change. Increasing drought events reported in the region, including the Upper Kızılırmak basin, gave importance to the thesis study. The main objective of this study is to determine the effects of land use/cover changes in the Upper Kızılırmak basin on the hydrology of the basin and to create projections for possible hydrological changes in the basin under the influence of climate change. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model is used to model the hydrological processes of the basin. The model set up for the workspace has been calibrated and validated via the SWAT-CUP software. The calibration results show that the model represented all sub-basins at the "Very Good" level and the validation results at the "Very Good" or "Good" level. The current water potential of the basin is determined using the calibrated model. For this purpose, annual average values of precipitation potential, blue water potential, green water reservoir, and green water flow parameters are determined on a sub-basin basis and their seasonal changes were examined. Land use/land cover (LULC) changes directly affect the water budget and hydrological components of the basin. The change of hydrological components can create a vicious circle depending on the changes in LULC. Two different simulations were created with the LULC maps of 1990 and 2018 in order to determine the hydrological changes caused by the changes in the basin, and the outputs are compared within the study. As a result of the comparison, it has been seen that the changes in the LULC significantly affect the hydrology components in the four sub-basins of the Upper Kızılırmak basin, which cover 60.19% of the total area. As a result of LULC changes, there have been decreases in ET values in the basin and changes in peak periods, increases in water yield, amount of soil water, and percolation values. For the purpose of determining the impact of climate change on the hydrology of the basin region, change predictions of precipitation, blue water potential, green water reservoir, and green water flow parameters until 2100 have been created for four climate change scenarios. For this purpose, local climate data have been obtained from global climate datasets by the statistical downscaling method. The results of the study show that according to the SSP 1-2.6 scenario, which is the most optimistic scenario, there may be an increase of up to 3.8% in the precipitation potential of the basin until 2100, while a decrease of up to 12% may be experienced in the SSP5-8.5 scenario, which is the most pessimistic one. In addition, hydrological drought analysis has been carried out according to the results of the prediction simulation. Accordingly, in the SSP 1-2.6 and SSP 2-4.5 scenarios, a statistically significant trend has not been detected in the sub-basins in general until 2100. However, in SSP 3-6.0 and SSP 5-8.5 scenarios, an increasing trend of drought values has been detected in almost all sub-basins. The study has the feature of creating an important data source for the sustainable management of watershed water resources.