İklim değişikliğinin İstanbul'un yüzeysel su kaynaklarına etkisi ve kuraklık dirençli bütünleşik su yönetimi

Ekonomik gelişmeler ile birlikte artan nüfus ve bununla birlikte iklim değişikliği tatlı su kaynakları üzerindeki baskıyı ve su kaynaklarına erişimdeki rekabeti her geçen gün artırmakta olup bu durumun gelecekte küresel ölçekte su krizlerine yol açması beklenmektedir. Hükümetlerarası İklim değişikliği Paneli'nin beşinci değerlendirme raporun farklı emisyon senaryoları için çalıştırılan küresel iklim modeli çıktıları Akdeniz Havzası'nda yirmi birinci yüzyıl sonlarına doğru sıcaklık artışları ile birlikte yağışlarda önemli ölçüde azalmalar görüleceğini vurgulamaktadır. Türkiye'nin de içerisinde yer aldığı Akdeniz Havzası'nın gelecekte küresel iklim değişikliğinden en fazla etkilenecek en kırılgan bölgelerden biri olacağı beklenmektedir. Yağış ve sıcaklıklardaki değişmelere paralel olarak, kişi başına düşen kullanılabilir su potansiyeli açısından hali hazırda su sıkıntısı çeken ülkeler arasında yer alan Türkiye'nin su kaynaklarının bu değişimlerden olumsuz yönde etkileneceği öngörülmektedir. Dünya genelinde ve Türkiye'de içme-kullanma amaçlı su tüketimi miktarı toplam tüketim içerisinde görece düşük bir yüzdeye sahip olmasına karşın başta büyük şehirler olmak üzere içme-kullanma suyu ihtiyacı çoğunlukla yüzeysel su kaynaklarından temin edilmektedir. İklim elemanlarının zamansal ve mekansal ölçekteki değişimleri, şehirlerdeki hızlı nüfus ve su tüketim miktarı artışı ile birlikte arazi kullanımındaki değişimler içme-kullanma suyu ihtiyacın yüzeysel su kaynaklarından karşılanmasında güçlüklere neden olmaktadır. İklim koşullarındaki değişikliklerden doğrudan etkilenecek olan yüzeysel su kaynaklarını etkileyen hidroklimatik ve insan kaynaklı süreçleri dikkate alan dinamik yaklaşımlarla risk yönetiminin yapılması büyük önem taşımaktadır. İstanbul kayıtlı 15 milyon nüfusu ile Avrupa'nın en büyük şehri olmakla birlikte dünyanın en kalabalık şehirleri arasında yer almaktadır. Şehrin yaklaşık 3 milyon m3/gün olan ham su ihtiyacının neredeyse tamamı İstanbul ve civarında yer alan yüzeysel su kaynaklarından temin edilmektedir. İstanbul'un su ihtiyaçlarının güvenilir bir şekilde sağlanması ve olası kriz dönemlerinde karşılaşılabilecek risklerin en az seviyede tutulması önem taşımaktadır. Bu nedenle su kaynaklarının mevcut ve gelecekteki potansiyelinin matematiksel modeller aracılığı ile ortaya koyulması, su miktarının hem mekansal hem de zamansal dağılımının iyi bilinmesi ve bunların şehrin gelecekteki su ihtiyaçları ile birlikte ele alınarak kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi gereklidir. Bu çalışmanın amacı İstanbul'un yüzeysel su kaynaklarının potansiyelini matematiksel modeller ile ortaya koymak, iklim değişikliğinin mevcut su kaynaklarına olası etkilerini araştırmak ve su temin sistemini su arz ve talepleri ile birlikte iklim değişikliği senaryoları altında incelemektir. Bu çalışma ayrıca İstanbul'un su kaynakları sisteminin etkin yönetimine yardımcı olabilecek, gelecekte yapılacak planlama ve risk yönetimi çalışmalarına yönelik modelleme altyapısının oluşturulması amacını da taşımaktadır. Bu kapsamda İstanbul'a içme-kullanma suyu temini amacı ile kullanılan havzaların su bütçesi bileşenleri hidrolojik proses modeli yardımı ile ortaya koyulmuştur. Hem referans dönem hem de gelecek yıllara ait su bütçesi ve akarsu debi tahminlerinde hidrolojik proses modeli olarak Soil and Water Assesment Tool modeli kullanılmıştır. Modelin kurulumunda küresel ve ücretsiz olarak elde edilebilen veri setlerinden yararlanılmıştır. Çalışma bölgesi için kurulan SWAT modeli, otomatik kalibrasyon ve belirsizlik analiz programı olan SWAT-CUP programı ile kalibre edilmiş, model kalibrasyonu ve belirsizlik analizi için program içerisinde yer alan SUFI 2 algoritması kullanılmıştır. Model kalibrasyonunda çalışma bölgesi içerisinde yer alan ve Devlet Su İşleri tarafından işletilen 25 farklı akım gözlem istasyonuna ait akım rasatları kullanılmıştır. İklim değişikliğinin su kaynaklarına etkisinin araştırılmasında ihtiyaç duyulan yağış ve sıcaklık gibi iklim elemanları için küresel iklim modeli çıktılarından yararlanılmıştır. Bu kapsamda GFDL-ESM2M, HadGEM2-ES, IPSL-CM5A-LR, MIROC ve NoerESM1-M olmak üzere beş farklı küresel iklim modelinin RCP 4.5 ve RCP 8.5 senaryolarına ait çıktıları istatiksel ölçek küçültme yöntemi ile çalışma bölgesine uyarlanarak değerlendirilmiştir. SWAT modeli referans dönem için 1977- 2013 yılları için çalıştırılmış, iklim değişikliği projeksiyonları ise 2020- 2099 yılları için gerçekleştirilmiştir. İstanbul'a içme-kullanma suyu temini amacı ile kullanılan rezervuarların su bütçelerine ilişkin simülasyonlar için Water Evaluation and Planning modeli kullanılmış. WEAP modeli, hidrolojik proses modelinden elde edilen su bütçesi bileşenleri, şehrin gelecekteki su ihtiyaçları ile birlikte rezervuarların fiziksel ve işletme verileri ile kurularak sistemin gelecekteki durumu ortaya koyulmuştur. Rezervuarlardaki su bütçesi simülasyonları 2020- 2053 yılları için gerçekleştirilmiştir. Hidrolojik proses modeli çıktılarına göre Melen Havzası ile birlikte İstanbul'un 1980- 2013 referans dönemi için toplam mavi su potansiyeli 3.5 m3/yıl, yeşil su akışı 2.9 m3/yıl ve yeşil su deposu 0.9 milyar m3/yıl olarak belirlenmiştir. Şehrin yüzeysel akışa geçen ve dolayısıyla baraj göllerini besleyen toplam su potansiyelinin %75'ini (~2. 6 milyar m3/yıl) Asya bölgesinde yer alan su kaynakları oluşturmaktadır. Melen Havzası yıllık 1.5 milyar m3'lük su potansiyeli ile sistemin yaklaşık %45'lik kısmını oluşturmaktadır ve İstanbul için önemli bir su kaynağı konumundadır. Beş farklı küresel iklim modeli ve iki farklı senaryo için yapılan gelecek dönem projeksiyonlarına ilişkin sonuçlar iklim modellerinin toplu değerlendirilerek sunulmuştur. Buna göre İstanbul'un mavi su potansiyeli RCP 4.5 senaryosuna göre yakın dönemde (2020-2050) %2, uzak dönemde (2070-2099) ise %12 mertebelerinde ve RCP 8.5 senaryosuna göre yakın dönemde (2020-2050) %12, uzak dönemde (2070-2099) ise %28 mertebelerinde azalacağı öngörülmektedir. Modelleme çalışmalarında İstanbul'a içme suyu temin edilen baraj göllerine ulaşan toplam akım değerinin referans dönem için ortalama değeri 108 m3/s olarak hesaplanmış, iklim projeksiyonlarına göre yakın dönemde her iki senaryo için benzer azalma miktarı elde edilmiş, (RCP 4.5 için %12 azalma ve RCP 8.5 için %15 azalma) uzak döneme ait sonuçlarda ise RCP 4.5 senaryosuna göre baraj göllerine ulaşan toplam akış miktarı %19 oranında azalırken, bu azalmanın RCP 8.5 senaryosuna göre %30 civarında olacağı öngörülmüştür. Modelleme çalışmaları ve gözlem sonuçları değerlendirilerek hidrolojik kuraklığın etkisinin hissedilmeye başlandığı referans dönem değeri 90 m3/s olarak belirlenmiş, RCP 4.5 ve RCP 8.5 senaryoları için yapılan projeksiyonlarda sistemde 2050'li yılların sonuna kadar bu eşik değerin görülme sıklığı ve şiddetinde önemli bir değişiklik görülmemiştir. 2060'ların başından itibaren ise belirlenen hidrolojik kuraklık eşik değerinin görülme sıklığı ve şiddetinde önemli ölçüde artışlar görülmekte olup aynı zamanda su eksikliğinin görüldüğü ardışık yılların sayısının da artması beklenmektedir. Su bütçesi simülasyonları Melen Baraj'ının devreye alınmaması yalnızca regülatörden su transferinin gerçekleşmesi durumunda İstanbul'un içme-kullanma su ihtiyacının karşılanmasında 2030'ların başından itibaren güçlüklerin olabileceğini göstermektedir. Melen Baraj'ının tamamlanması ile birlikte toplam su depolama kapasitesi önemli ölçüde artan su temini sistemi 2070 yılına kadar şehrin su ihtiyaçlarını karşılayabilecek potansiyele ulaşmaktadır. Dinamik modelleme yaklaşımları su kaynakları sistemlerinin değerlendirilmesinde, havza yönetim ve planlamalarında kullanılan en etkin araçlardan biridir. Bu çalışma kapsamında geliştirilen su kaynakları modelleme altyapısı İstanbul'un su kaynakları sisteminin mevcut durumunun analizinin yapılmasına olanak sağlamış, aynı zamanda iklim değişiminin olası etkilerinin incelenmesine yardımcı olmuştur. Bu altyapı diğer su kaynakları sistemlerinin değerlendirilmesinde farklı amaçlara göre zenginleştirilerek uygulanabilir.