Köyceğiz Lagünü'ndeki su seviyesi değişiminin zaman serisi analizi
Analysis of water level time series at Lake Köyceğiz
Yazar: ESİN BOZKURT
Danışman: PROF. DR. SEDAT KABDAŞLI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Su Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2003
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
KÖYCEĞİZ LAGUNU'NDEKI SU SEVİYESİ DEĞİŞİMİNİN ZAMAN SERİSİ ANALİZİ ÖZET Bu çalışmada Köyceğiz Lagünü'ndeki su seviyelerinin zaman serisi incelenmektedir. Uluslararası alanda çeşitli lagünlerde yapılan zaman serisi analizlerinde farklı yöntemler kuUanılmaktadır. Her lagünün fiziksel yapısı kendine has özellikler göstermektedir. Köyceğiz Lagünü'nün konumu ve yapısı da diğerlerinden farklıdır. Yaklaşık 12 km uzunluğunda ve 5 km genişliğinde olan göl, 10 km'lik Dalyan Kanalı ile denize bağlanmaktadır. Denize bağlandığı yerdeki Iztuzu Sahili lm'lik yükselme sonucu yok olacak bir yapıdadır. Lagün küçük seviyelerde su salınımlan yapmaktadır. Göle kuzeyden Kargacık Çayı, kuzeybatıdan Namnam, kuzeydoğudan Yuvarlak Çay dökülmektedir. Lagün 1999-2000 yıllarında aralık, ocak, şubat ve mart aylarında yüksek yağış etkisi allında kalmıştır. Yağış etkisiyle akarsularda tatlı su deşarjı olmaktadır. Gölün içinde rüzgar ve dünyanın dönüşünün sebep olduğu koriolis kuvvetleri ile kıyı boyunca dönen dalgalar vardır. Yerçekimi etkisi ise gel git' e sebep olmaltadır. Rüzgar akım yönünde önemli bir etkendir. Rüzgar; yönü ve şiddetine bağlı olarak denizden dalga etkisine sebep olmaktadır. Su akışı bazen denize bazen göle doğru olmaktadır. Kendine özgü yapısını korumasından dolayı pek çok nadir bitki ve hayvan türünün yaşadığı bir ortamdır. En popüler olanları Sığla ormanları ve Caretta caretta adındaki su kaplumbağalarıdır. Lagünün doğal yapısının anlaşılması amacıyla 4 noktada su seviyesini ölçen cihazlar monte edilmiştir. Akarsularla beslendiği bölge olan gölün kuzey kısmında 1. istasyon (Köyceğiz), Dalyan kanalına bağlandığı bölgede 2.istasyon (Sultaniye), Dalyan kanalının ortasında 3. istasyon (Dalyan), kanalın denize bağlandığı îztuzu sahiline 4.istasyon(İztuzu) noktalarında su seviye ölçüm cihazları monte edilmiştir. Su seviyesi verileri 5 dakika aralıklarla kaydedilmektedir. Veriler hesaplamalar sonucu aynı nivelaya getirilmektedir. Cihazın çeşitli sebeplerle hasar görmesi sonucu, verilerin belli süreçteki kayıtlan eksiktir. Bu eksik verilerin arasındaki sürekli XXV111kısımlar kullanılmaktadır. Çalışmada sürekli veri serilerine 3 yöntem uygulanmaktadır. Bunlar korelasyon, AR modeli ve regresyon yöntemidir. İstasyonların aynı süreçte veriye sahip olduğu aralıklar kullanılarak korelasyon hesabı yapılmaktadır. Ayrıca kaydırmayla korelasyon yapılmıştır. Kaydırmayla korelasyon; bir istasyonun verileri sabit tutulup diğer istasyonun belli bir süre sonraki verileri ile yapılmaktadır. Kaydırma küçük miktarlarda adım adım yapılarak en iyi korelasyon değerinin bulunduğu yerde sonuçlanmaktadır. Kaydırmayla korelasyon ile akımın istasyonlar arasındaki yönü ve ulaşma süreleri bulunmaktadır. Yağış, akarsu taşkınları, rüzgar, denizden dalga etkisi, yeraltı suyu, buharlaşma ve gel-git faktörleri akımın yönünde etkili olmaktadır. 143 günde kaydırmayla korelasyon hesabı ile bulunan alam yönleri, alama etki edebilecek faktörlerin yönleriyle karşılaştırılmıştır. Korelasyon sonucu çıkan akım yönünün, 94 günde rüzgar yönüyle aynı olduğu ve 8 günde tatlı su girişi etkisi ile aynı yönde olduğu görülmektedir. 10 günde ise rüzgar seviyesinin düşük olması ve tatlı su girişi etkisi olmaması sebebiyle, korelasyonu hesaplanan iki istasyondan biri 1. istasyon olduğu durumlarda, 1.istasyona doğru alam yönü bulunmuştur. Gölün kanala bağlandığı kısmı göldeki kıyı boyu akımının etkisiyle kum taşınması sonucu kapanabilir. Nisan 1999 döneminde Köyceğiz'den ve Iztuzu'ndan Dalyan'a akımın bu durumda gerçekleştiği düşünülmektedir.Tatlı su deşarjı etkisiyle su seviyesi artar. Bundan dolayı kum tepesinin aniden açılması gerçekleşmektedir. Dalyan' dan Köyceğiz'e ve Iztuzu'na ters akım oluşmaktadır. Kasım- Aralık 1999 sürecinde tatlı su girişi ile akım yönünün denize doğru değiştiği görülmektedir. Akım göle doğru olmasına rağmen yağış sonrasında denize doğru değiştiği gözlenmektedir. Şubat-Mart 2000 döneminde ise Köyceğiz'den Iztuzu'na doğru akün olduğu kaydırmayla korelasyon hesabı sonucu bulunmuştur. Ocak ve şubat aylarında düşen yağış bu etkinin olacağım göstermektedir. Su seviyesi verileri eksiklerinin tahmin edilmesi amacıyla AR modeli uygulanmaktadır. AR modelinde, her bir istasyonun sürekli serilerin ardından gelen veri tahmin edilmektedir. AIC değerinin düşük olduğu AR modeli seçilmektedir. AR modeli su seviyesi verilerinin 5 dakika aralıklı ve saatlik haline uygulanmıştır. AR modeli tahminleri iyi sonuçlar sağlamaktadır. Elde bulunan verilerin tahmini ile XXIXkontrolü de AR modelinin Köyceğiz göl su seviyesi verilerinin tahminine uygun olduğunu göstermiştir. Eksik verilerin tamamlanması için regresyon yöntemi kullamlmaktadrr. Bir istasyonun eksik verilerin tahmini için diğer üç istasyonun aynı süredeki verileri kullanılmaktadır. Bu yüzden eksik veriler birden çok tahminle tamamlanabilir. Bazen de diğer istasyonlarda da aynı süreçte veri olmaması sebebiyle regresyon yapılamamakta ve eksik veriler tamamlanamamaktadır. Eksik veriler için birden çok tahmin yapılmış ise korelasyonla belirlenen akımın geldiği istasyondan yapılan tahminler seçilmektedir. Su seviyelerindeki ardışık iki pik noktası arasındaki süreç periyodu oluşturmaktadır. Köyceğiz istasyonundaki veriler 5-8 günlük periyoda sahiptir. 1998 yılında sadece 4. istasyonda veri kaydı yapılmıştır. Diğer istasyonların eksik verileri 4.istasyondan yapılan tahminler ile tamamlanmıştrr. 1, 2, 3 nolu istasyonların regresyonla yapılan tahminleri kısa periyodlu olmaktadır. Fakat bu tahminler kullanılmaktadır Gözlenmiş su seviyesi verilerinin periyodu 3-8 gün arasında değişen Sultaniye istasyonundaki eksik verilerin tahminleri de aynı periyodlardadır. Dalyan' daki su seviyelerinin periyodu 4-8 gün arasında değişmektedir. Köyceğiz istasyonundaki verilerden yapılan tahminlerde uzun süreli bir periyod dışındaki tahminler uygun çıkmışta. Iztuzu istasyonundaki veriler 3-7 günlük periyoda sahiptir. Köyceğiz istasyonundaki verilerden yapılan tahminlerdeki bir uzun süreli periyod normalin üzerindedir. Bunun dışındaki tahminler gözlenmiş verilerin periyodunda salınım göstermektedir. Regresyon yöntemiyle tahminlerde AR modeli gibi çoğunlukla uygun sonuçlar sağlamaktadır. XXX

Abstract:
ANALYSIS OF WATER LEVEL TIMESERIES AT LAKE KOYCEGIZ SUMMARY In this study water level timeseries of Lake Köyceğiz are investigated. In the international literature, different methods are applied to analyse timeseries at various lagoons. Lagoons have different characteristic properties. Location and structure of Köyceğiz Lagoon is also different from other lagoons. Lake comprises an area with 12 km length and 5 km width, and connects to sea through 10 km length Dalyan Channel. At connection of sea, Iztuzu Beach has already disappeared as a result of lm sea level rise. Low water level changes are observed at lagoon surface. Kargacik Creek from north, Namnam from north-west, and Yuvarlak Creek from north-east side inflow to the lake. High rainfall effect was seen during 1999 and 2000 at december, January, and march months. As a result of rainfall, freshwater discharges through river outfalls. Inside the lake coriolis force causes circular waves through coastline. Gravity is also effective as tidal force. Wind is an important factor on stream directions. Wind causes wave effect depending on its direction and speed. Directions of discharge may be different and seen towards sea or lake. As a result of protected nature of lake, various plants and animals live on the area. Most popular ones are Sigla Forests and Caretta Caretta sea turtles. In order to dissolve nature of lake, equipments were installed to measure water levels at 4 different locations. Station No.l was installed at the northern part where freshwater inflows (Köyceğiz), Station No.2 is at the connection of Dalyan Channel (Sultaniye), station no.3 is at the middle of Dalyan Channel (Dalyan), and the fourth one is at the connection of the channel to the sea (Iztuzu). Water levels are recorded at 5 minute intervals. All data are carried to the same nivelman. Due to the different equipment damages, some data periods are missing. In this study continuous parts between these missing periods are used to complete gaps with 3 different methods such as corelation, AR model, and regression. xxxiCorelation analysis is carried out with available common data periods of stations. Additionally sliding corelation is applied. This type of corelation is based on fixed data of a station and another stations data at a later time. Sliding is continued with small time intervals until obtaining the best corelation value. Application of sliding correlation method provides stream directions and water travel durations between stations. Rainfall, river floods, wind, wave effect from seaside, groundwater, evaporation, and tidal factors are effective on stream directions. Stream directions obtained by sliding corelation method for 143 days were compared with the directions of effective factors on streams. Results of comparison show that obtained stream directions match with winds for 94 days and with freshwater inflows for 8 days. For 10 days, with low wind speed and freshwater inflows, stream directions are towards station no.l, if station no.l is one of the two stations between which correlation is computed,. Connection of lake to the sea may be closed with litoral sediment transport. It is thought that during April. 1999 discharge from Köyceğiz and Iztuzu to Dalyan is formed in this condition. As inflow of freshwater rises water level at lake, sand dune is suddenly opened. Therefore reverse discharge occurs from Dalyan to Köyceğiz and Iztuzu. During November-December. 1999 it was seen that freshwater inflows changed stream direction towards sea. Although stream direction was initially towards the lake, it was changed towards tiie sea. During February-March.2000 results of sliding corelation method shows that stream directions were from Köyceğiz to Iztuzu. Rainfall volumes at months January and february also informs about such kinds of effects on directions. AR model is employed in order to complete the missing parts of water level data. In AR model, values after the continuous data of each station are estimated and the AR model which has lowest AIC value is selected. AR model is applied for water level data of 5 min intervals and hourly records. Estimation and control of available data also show that application of AR model on water level data of Köyceğiz Lake is suitable. Regression method is is used to complete the missing data. In order to estimate missing data of a station, three other stations data for the same period are used. xxxnTherefore missing data may be filled with more man one estimation. Sometimes it is not possible to complete data with regression method if there is no data for other stations. If more than one estimation is done for missing data, specifically correlated stations for stream direction is chosen for regression analysis. Time between crest levels of continuous water levels are defined as period. Data of Köyceğiz Station has a period of 5-8 days. At 1998, there are only available data for station no.4. To estimate missing data of other three stations, station no.4 data are used. Estimations for stations no:l, 2, 3 with regression analysis have short periods. But estimations for stations no:l, 2, 3 are used. Estimated missing data of Sultaniye Station has similar period with the observed water level data which varies between 3-8 days. Period of water levels at Dalyan varies between 4-8 days. Estimations with the data of Köyceğiz Station are suitable except one long term period. Data at Iztuzu Station has periods of 3-7 days. One period estimation with the data of Köyceğiz Station is above normal values. Other estimations oscillate around the observed data periods. Estimations with regression method generally give suitable results like AR model. xxxm