UHUZAM İTÜ – Uydu Haberleşme ve Uzaktan Algılama UYG-AR Merkezi Fen Bilimleri Enstitüsü, Geomatik Mühendisliği Programı, İTÜ
Aktif uzaktan algılama verileri ve CBS destekli hidrolojik model kullanılarak Büyükçekmece havzasının incelenmesi
Mehmet Zeki İmamoğlu; Elif Sertel, 2017
Özet: Hızla gelişen dünyanın değişen koşullarıyla birlikte su kaynaklarımızın farklı amaçlar için kullanımı da hızla artmaktadır. Nüfus oranlarındaki artışlarla, şehirlere olan göçlerin de artması su kaynaklarımızı önemli ölçüde etkilemektedir. Bununla beraber son yüzyıl içerisinde tabiatta meydana gelen tahribatların sonucu olarak toprak ve su ile birlikte havanın da bileşimi önemli ölçüde bozulmuştur. Hızla artan sanayi ve yerleşim bölgelerinden çıkan sera gazları ile çevre ve atmosferin büyük miktarda kirlenmekte ve küresel ölçekte havanın ısınma eğilimi de giderek artırmaktadır. Bunun bir sonucu olarak, bugün küresel iklim değişiklikleri ile karşı karşıyayız. Özellikle sanayi devriminden sonra hız kazanan iklim değişikliği ile birlikte, mevcut hidrolojik, ekolojik koşullar gibi çevre koşulları da hızlı bir şekilde değişim geçirmektedir. İklim değişimi ile birlikte atmosferde meydana gelen ısınmanında etkisi ile hidrolojik döngü de değişmektedir. İklim ve hidrolojik döngüdeki bileşenlerin değişimi su kaynaklarımızı da etkilemektedir. Bu nedenle su kaynaklarının belirlenmesi, korunması ve sürdürülebilir bir şekilde yönetilmesi oldukça önem kazanmaktadır. Su kaynakları ile ilgili planlamalar yapılırken mutlaka iyi bir havza yönetim planlaması da yapılmalıdır. Bu çalışmada en önemli doğal kaynaklarımızdan topraklarımızın kullanılmasının planlanması, değişimlerinin izlenmesi ve karar vericilere toprak bileşenlerine ilişkin ve özellikle toprak nemine ait mekansal veri sunulması için bir model geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bununla beraber bu çalışma kapsamında uygulanan hidrolojik model yardımı ile İstanbul’un bugünkü su ihtiyacının büyük bir bölümünü karşılayan Büykçekmece Baraj Gölü’nün havzasındaki su bütçesi bileşenlerinden, gerçek evapotranspirasyon, zemin nemi, potansiyel evapotranspirasyon, perkolasyon, taban akışı, toplam akış, yıllık yağış, yüzeysel akış ve kar erimesi değerleri ile bu değerlerin zamansal değişimleri ortaya konulmuştur. Tezde uygulanan model yardımıyla nüfus artışı, arazi kullanımı değişimi gibi nedenlerle gelecekte meydana gelebilecek farklı senaryoların su bütçesi üzerindeki değişimlerinin öngörülmesi için bir altyapı sağlanmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında, İstanbul’un en büyük içme suyu havzalarından olan Büyükçekmece havzasındaki farklı konumlardan alınan toplam 42 adet toprak örneğinin, laboratuvar ortamında toprak bileşenlerinden olan toprak nemi, kireç, pH, karbon, azot ve tuzluluk değerleri yapılan analizler ile belirlenmiştir. Arazi çalışması ile koordinat bilgileri de alınan örnek noktalarının sayısı ve çalışma alanındaki noktaların dağılımı belirlenirken, şimdiki arazi örtüsü/kullanımı, noktalara olan ulaşım altyapısı, yükseklik, toprak çeşidi ve konumsal dağılım gibi parametreler Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) içerisinde değerlendirilmiştir. 16 Temmuz 2010, 09 Ağustos 2010 ve 02 Eylül 2010 tarihlerinde toprak örnekleri alınmış ancak, bu tarihlere eş zamanlı olarak sadece 16 Temmuz ve 02 Eylül tarihlerinde RADARSAT-1 uydu verileri alınabilmiştir. Laboratuvar ortamındaki analizler sonucu elde edilen toprak bileşenlerine ait değerler ile RADARSAT-1 uydu verilerinin geri saçılım (betanought) değerleri arasında ne tür bir ilişki olduğuna bakılmıştır. Yapılan regresyon analizleri sonucunda RADARSAT-1 verileri ile toprak bileşenlerinden olan toprak nemi arasında önemli bir ilişki belirlenmiş olup, diğer toprak bileşenleri kireç, pH, karbon, azot, tuzluluk ve toprak bünyesi arasında önemli bir ilişki belirlenememiştir. Bununla beraber regresyon analizi sonucu elde edilen eşitlikler RADARSAT-1 verilerine uygulanarak farklı tarihlere ait toprak nemi haritaları oluşturulmuştur. Özellikle yersel olarak çalışma zorluğu olan alanlar da ve daha geniş alanlarda yapılacak olan toprak nemi belirleme çalışmalarında uygun uzaktan algılama verisinin kullanılması ve yersel olarak toplanan örnekleme noktalarının sıklığının artırılmasının daha hassas ve güvenilir sonuçlar vereceği öngörülmektedir. Çalışmanın ikinci aşamasında,farklı enterpolasyon yöntemleri kullanılarak toprak bileşenlerine ilişkin haritalar üretilmiştir. Öncelikle jeoistatistik yöntemlerden Ordinary Kriging yöntemi ile toprak örneklerinin alındığı noktalar kullanılarak toprak pH, kireç ve tuz içeriğine ilişkin haritalar oluşturulmuş ve çalışma bölgesine ait alansal toprak bileşenleri haritaları üretilmiştir. Aynı zamanda bu noktalara ait toprak nemi sonuçları, Radarsat-1 verilerinin geri yansıtım değerleri ve farklı enterpolasyon yöntemleri uygulanarak, çalışma bölgesine ait alansal toprak nemi haritaları üretilmiş ve bu haritaların CBS ‘ne entegrasyonu ile farklı mekansal analizler gerçekleştirilmiştir. Sonrasında, oluşturulan modelin doğruluk analizini yapmak için toplam nokta sayısının yaklaşık % 20 si kadarı olan 11 kontrol noktası belirlenerek ilk olarak 25 nokta ile, ikincil olarak ta 25 nokta içerisinden homojen dağılımlı 10 nokta daha kontrol noktası olarak belirlenerek 15 nokta ile regresyon analizleri ve farklı enterpolasyon yöntemlerinden Inverse Distance Weighting (IDW), Global Polynominal Interpolation (GPI), Local Polynominal Interpolation (LPI), Radial Basis Functions (RBF), Kriging, Kokriging yöntemleri uygulanarak elde edilen sonuçlar kendi aralarında karşılaştırılmıştır. Yapılan değerlendirmeler sonucunda, genel olarak en sağlıklı sonuçların Ordinary Kriging yöntemiyle elde edildiği görülmüş olup, noktasal olarak değerlendirme yapıldığında diğer enterpolasyon yöntemlerinin de iyi sonuçlar verdiği ve nokta sayısının fazla olmasının daha optimum sonuçlar verdiği ve RMS hatalarının daha düşük olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, Inverse Distance Weighting (IDW), Local Polynominal Interpolation (LPI) ve Radial Basis Functions (RBF) yöntemleri de Ordinary Kriginge benzer sonuçlar hesaplamış olup, Radar verisi ile elde edilen sonuçlar bu çalışma bölgesinde diğer yöntemlere nazaran daha düşük doğrulukta sonuçlar vermiştir. Çalışmanın son aşamasında ise Soil and Water Assesment Tool (SWAT) model yazılımı kullanılarak çalışma alanı olan Büyükçekmece havzasının hidrolojik modellemesi yapılmıştır. Modelde arazi örtüsü/kullanım verisi olarak, CORİNE verisinden üretilmiş 1990 ve 2006 yıllarına ait arazi örtüsü/kullanım haritaları FAO veri setine dönüştürülüp kullanılarak arazi örtüsü/kullanım değişimlerinin model sonuçlarına etkisi değerlendirilmiştir. Model sonucunda her iki farklı tarih için gerçek evapotranspirasyon, zemin nemi, potansiyel evapotranspirasyon, perkolasyon, taban akışı, toplam akış, yıllık yağış, yüzeysel akış ve kar erimesi su bütçesi bileşenlerine ait değerler üretilmiştir. SWAT model sonuçları ile yapılan analizlerde arazi örtüsü/kullanım değişiminin hidrolojik bileşenlerden Gerçek ET , Zemin nemi, Perkolasyon, Taban akışı üzerinde daha etkili olduğu belirlenediği için bu bileşenlere yönelik iki farklı periyotta tüm havza için haritalar ve her alt havza için hidrolojik bileşenlere ait grafikler oluşturulmuştur. Hidrolojik bileşenlere ait haritalar 1990 ve 2006 yılına ait arazi örtüsü/kullanım haritaları kullanılarak elde edilen sonuçları 1985-1990 ve 1991-2010 tarihleri arası için yıllık ortalamalar alınarak oluşturulmuştur. Bu şekilde yapılmasındaki amaç 1990 ve 2006 yıllarında karşılaşılan arazi örtüsü/kullanım değişimlerinin aynı zaman diliminde bileşenlere olan etkisini irdelemektir. Çalışmada üretilen bilgileri yorumlamak için alt havzalara ait arazi örtüsü/kullanım değişimleri çizelgeleri ve su bütçesi bileşenlerine ait her iki farklı tarih için grafikler oluşturulmuştur. Arazi örtüsü/kullanımında olan değişimler su bütçesi bileşenlerinin bazılarında önemli değişimlere sebep olmuşken, diğerlerinde ise herhangi bir değişime neden olmadığı tespit edilmiştir. Ayrıca,model sonucunda üretilen su bütçesi bileşenleri ile Büyükçekmece Havzasının su potansiyeli ile ilgili öngörüde bulunmak için Toplam Akış verisi ile havza alanı kullanılarak su potansiyeli hesaplanmıştır.
Tez No: 458881
