Ankara Çamlıdere Barajı Havzasında Bütünleştirilmiş İndeks ile

Ankara Çamlıdere Barajı Havzasında
Bütünleştirilmiş Kuraklık İndeks ile
Analizler- Son Bilimsel Yayınlara
Genel Bakış
Prof. Dr. Ali Ünal ŞORMAN (ODTÜ)
Bu yayının Genişletilmiş hali “International
Journal of Water Resources and
Environmental Engineering Vol. 2 (2),
pp.029–039 March 2010“ de basıldı.
GENEL BAKIŞ
Dünyada kuraklıkla ilgili olan çeşitli çalışmalar bulunmakta olup
bu çalışmalarda genel olarak durum tespiti ve hidrolojik
değişkenlerin eğilim analizleri yapılmıştır.
Son çalışmalara bakıldığında sıcaklık ve yağış verilerinden yola
çıkarak küresel ve bölgesel bazda ısınma ve soğuma
trendlerinin, Klimatolojik-Hidrolojik modellerle incelendiği ve
değişik etkilerinin belirlendiği çalışmalar halen bilimsel
yayınlarla izlenmektedir.
Kuraklık genel olarak üç farklı şekilde ve çeşitli
indikarörlerin kullanımı ile incelenmektedir.
• Meteorolojik kuraklık (Yağış miktarındaki eksiklik)
• Hidrolojik kuraklık( Akış miktarında azalma)
• Tarımsal kuraklık (Toprak nemindeki azalma)
SU AZLIĞI VE KURAKLIĞI BELİRLEYİCİ İNDİKATÖRLER
(Water Scarcity & Drought Indicators System )–
1-Standardized Precipitation Index (SPI)/Modified SPIDrought severity index (PDSI-Palmer Kuraklık siddet Indisi)
2-Fraction of Absorbed Photosynthetic Active Radiation (fAPAR)
WEI+: Water Exploitation Index Plus
3-• Snowpack indicator
(Doğu Anadolu)
4-• Standardised Run-off Index (SRI) (Göller-İç Anadolu)
5-• Groundwater indicator
(İç Anadolu)
6-• Soil Moisture indicator
7-Drought Risk Maps – two approaches suggested:
7a• Flood Directive Methodology
7b• Methodology based on WEI+
(-1 ile -2 arasındaki (PDSI) kuraklığın Türkiye de olma olasılığı (p=13-17%)
Kurak bir ayı aynı şiddette takip eden bir ayın izleme olasılığının ise 48-58%.
Ref. 3.İklim Değişikliği Kongresi 2013-İstanbul, s297-310
SPI -24 Aylık Meteorolojik Kuraklık Değerlendirmesi
(Kasım 2011-Ekim 2013)_MGM
Future Changes (ECHAM5 A2)
Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü
İstanbul Teknik Üniversitesi
•Annual surface runoff is simulated to
decline 24% in Euphrates and 29% in
Tigris by the end of the century, 2099
Kuraklığın tespitinde çok çeşitli indeksler kullanılmakta,
bunlardan her biri değişik tip model aracılığı ile kuraklığın
belirlenmesine çalışılmaktadır.
• Normalleştirilmiş Yağış İndeksi (NYİ),
• Normalleştirilmiş Akım İndeksi (NAİ) ve
• Yüzey Nem İndeksi (YNİ) bunlara
gösterilebilir.
örnek
olarak
Ayrıca, yukarıda sayılan indekslerin çoklu bir indeks ile
ifade edildiği çalışmalar da literaturde yer almıştır. Palmer
Kuraklık Şiddet İndeksi, Bütünleşik KI bunlardan bazılarıdır.
Diğer bir indeks ise Yüzey Su Temin İndeksi’dir.
Havzaların önceliklerindirmede hatırlanması gereken kriterler?
(Su-Yönetimi Gn.Md)
1. Doğal kaynaklar:
 Mevcut ve ileriye dönük kullanım(kentsel,tarım,orman,
mera vb)
 Havzada mevcut tarım alanları
 Erozyon ve risk durumu (erozyon şiddet dağılımı)
 Yıllık sediment taşınım miktarı
 Afet tehlikesi ve yarattığı zararlar (sel, çığ, kuraklık, heyelan
vb)
 İslahı gereken alanların oranı(tarım, mera ve orman)
 Havza alan kapsamı
2. Su kaynakları
 2.1 Su kaynak potansiyeli (yer üstü, altı yıllık verim ve
ortalama)
 2.2 İklim durumu ( meteorolojik parametreler)
 2.3 Su tahsisi ve kullanımın sektöryel dağılımı
 2.4 Nufus ve projeksiyon
 2.5 Tarımsal alanların su ihtiyacı
 2.6 HES durumu ve potansiyeli (MW)
 2.7 Su kaynaklarının kalitesi (1,2,3,ve 4)
 2.8 Su kaynaklarının kullanımı, kirlenmesi ve kuraklık gibi
nedenler
3- Sosyo-ekonomik durum
4-Biyolojik çeşitlilik ve mevcut koruma alanları ( doğal, sulak, tarihi
ve kültürel eserlerin korunması)
ÇALIŞMA ALANI: Çamlıdere baraj havzası-UYGULAMASI
Amaç : İçme Suyu(800.000 m3/day) ; Yük : 105 meters ;(Dep_Hacmi) : 1226 hm3 =1226
x(106 m3 )
Su temini/yıl : 150 hm3/year; (Havza alanı) : 751 km2 ; (Ort. Yük) : 1381 meters
Havza Yük. Dağılımı :(920-2400 mt);
Gözlenen kar birikimi 1800 mt ve yukarısı
Lejand
Baraj
Nehir
&
Kar Ölçüm Noktaları
Çamlıdere Havzası
*
#
DMİ İstasyonları
MEVCUT VERİ
Çalışma periyodu (1988 – 2006)- 18 years
Yağış verileri ( MGM):
Ankara (Keçiören), Esenboğa ve Kızılcahamam
meteorolojik gözlem istasyonları
Akış verileri:
(DSİ, Tarım ve Köyişleri Bakanlığı_TAGEM-Güvenç)
İndeks Hesaplamaları
NYİ Hesaplaması :
Bulunduğu zamana (1,3,6,9,12,24 ay) bağlı olarak zamansal
toplamları oluşturulmuş, gamma dağılım fonksiyonu
özellikleri ile boyutsuzlaştırılmış ve devamında normal
dağılım parametresi olarak ifade edilmiştir.
NAİ Hesaplanması :
NYİ ile aynıdır.
YNİ Hesaplanması :
Thornthwaite’ın (1948) formülü ile bulunduğu zamana bağlı
olarak hesaplanmıştır.
Kuraklık Kategori Değerleri ( Mckee ve
diğ.1993)
NYİ Değeri
0 -0.99
Kuraklık Kategorisi
Az Kurak
-1.00 -1.49
Orta Kurak
-1.50 -1.99
Şiddetli Kurak
< -2.00
Çok Şidetli Kurak
Mckee TB, Doesken NJ, Kleist J, “The Relationship of Drought Frequency & Duration to Time Scales”, Eighth
Conference on Applied Climatology, 17-22 January, Anaheim: California, 1993.
METODOLOJİ
• Normalleştirilmiş Yağış İndeksi (NYİ),
• Normalleştirilmiş Akım İndeksi (NAİ)
• Yüzey Nem İndeksi (YNİ)
Bütünleştirilmiş Kuraklık İndeksi (BKİ)
Oluşturulan Bütünleştirilmiş indeks (BKI) karşı
Kuzey Atlantik Salınımı (NAO)-Kuraklık ve
Güney Atlantik Salınımı (ENSO)-Islaklık ile ilişkileri
araştırılmıştır.
METODOLOJİ
Aylık Yağış
Aylık Akış
Gamma Dağılımı
Aylık Hava Sıcalığı
ThornW aite’ın
Formülünü Uygula
Normal Dağılım
Paarmetrelerini Bul
NYİ Hesapla
NAİ Hesapla
YNİ Hesapla
Temel Bileşenler
Analizi
BKİ Hesaplaması
(Eiegen vektörler ile)
TEMEL BİLEŞENLER ANALİZİ ve BKİ HESAPLANMASı
Zaman Aralığı
Açıklanabilir Değişim % PC1
1- ay
56.547
3- ay
64.871
6- ay
66.114
9- ay
60.063
12- ay
58.175
PC1 için hesaplanan
eigen vektörler
Zaman
Aralığı
PC1 için Açıklanabilir
Değişim Oranları
NYİ
NAİ
YNİ
3 Ay
0.616
0.548
-0.565
6 Ay
0.631
0.569
-0.527
SPI; SRI;SEI ve ADI karşılaştırılması
SPI ve SRI indislerin zaman boyunca
değişimi ve kuraklık dönemleri
12 Month Indexes
3
2
0
Date
SPI
SRI
1989, 1991, 1994, 2001,2003 ve 2006-07
2006
2006
2005
2004
2003
2003
2002
2001
2000
2000
1999
1998
1997
1997
1996
1995
1994
1994
1993
1992
1991
1991
-3
1990
-2
1989
-1
1988
Index
1
(1973-1974),
(1990-94),
(2000-2001),
(2007-08)
(Şiddetli-Olüstü), (Olüstü-orta), (Normal_Olüstü), (orta-Olüstü)
6 yıl ara ile
İndeks Değeri
-1
-1.5
-2
BKİ
-2.5
Tarih
2006
2006
2005
2004
2004
2003
2002
2002
2001
2000
2000
1999
1998
1998
1997
1996
1996
1995
1994
1994
1993
1992
1992
1991
1990
1990
1989
1988
Havza bazlı BKİ Sonuçları
12 Aylık BKİ
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
Normalleştirilmiş İndeks
-1
-1.5
Çubuk
Kurtboğazı
-2
-2.5
Tarih
BKİ
2006
2006
2005
2004
2003
2003
2002
2001
2000
2000
1999
1998
1997
1997
1996
1995
1994
1994
1993
1992
1991
1991
1990
1989
1988
ISLAK VE KURAK DÖNEMLER
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
YAŞANMIŞ KURAKLIK OLAYLARI
Kaynaklar : 1 Akkemik ve diğ.2005. ”, Int. J. Biometeorology 49 (5), 297-302
2 Kalaycı and Kahya. 2006. J. Hydrol. 324, 163-177
3 Yağcı. 2008 http://www.emo.org.tr/resimler/ekler/bd58b8a3f1d72f4_ek.pdf
Kuraklık Dönemi
(Kaynaklar)
Kuraklık dönemi (BKİ)
1987-19951
1989
1982-19942
1991
1989-19943
1994
1999-2006***
2001-2003-2006
Kar derinlik- Tarih
(1992-2008)
Yeraltı su seviyesi ile su kalitesi
veSPI-SRI arasındaki ilişki
Year
Water
Quality
Class
Wet/ Dry (SPI)
Wet/ Dry (SRI)
1998
2
Moderate wet
Mild wet
1999
2
Mild wet
Mild wet
2000
2
Moderate wet
Mild wet
2001
3
Moderate dry
Moderate dry
2002
2
Moderate wet
Moderate wet
2003
3
Mild dry
Mild dry
2004
3
Mild dry
Mild wet
18 groundwater wells
Mevcut yeraltı su kuyuları
NAO(Kuzey salınım), ENSO(Güney salınım)
BKİ Üzerindeki Etkisi
Kurak Dönemler (En Büyük değer)
BKİ (Kurak dönem)
BKİ<0
BKİ<-0.5
BKİ<-1.0 (Orta)
BKİ<-1.5 (Şiddetli)
NAO/BKİ korelasyon
katsayısı
0.308
0.329
0.584
0.473
NAO, ENSO Salınımlarının
BKİ Üzerindeki Etkisi
Islak Dönemler (En Büyük değer)
BKİ (Islak dönem)
BKİ>0
BKİ>0.5
BKİ>1.0 (Orta)
BKİ>1.5 (Şiddetli)
ENSO/ BKİ korelasyon
katsayısı
-0.353
-0.347
-0.779
-0.922
SONUÇLAR
• Çalışma sonunda, BKİ değerlerinin hidrolojik,
meteorolojik ve tarımsal kuraklığın belirlenmesinde
yöneticilere ve karar vericilere yardımcı olabileceği
sonucuna varılmıştır.
• BKİ değerlerinin kullanılabilirliğinin kontrolü için
baraj dolusavaklarından bırakılan su miktarları ile
BKİ değerleri kıyaslanmış ve uyumlu oldukları
gözlemlenmiştir.
SONUÇLAR
• BKİ Hesaplanırken veri setleri arasındaki
değişimin %65’e varan oranlarda açıklanabilir
olması metodolojinin doğruluğuna işaret
etmektedir.
• NYİ ile NAİ arasındaki kuvvetli ilişki ve bunun 12 ay gecikmeli şekilde olması, bu verinin
tahmin içinde kullanılabileceğini göstermektedir.
• Ayrıca, NAİ deki değişimler, NYİ ye göre daha
düzgün ve yumuşak olduğu görülmüştür.
SONUÇLAR
• Aynı zamanda ENSO, NAO ve BKİ arasındaki
ilişkinin orta ve yüksek kuraklık veya ıslaklık
dönemlerinde 0.55 değerinin üzerinde olması
da bu verilerin tahmin için kullanılabilir
olduğunu göstermektedir.
• ENSO, NAO ve BKİ veri setlerindeki değişim
%80’lere varan oranda açıklanabilmektedir.
ENSO ve NAO değerlerinin 1-6 ay önceki
değerlerinden yola çıkarak olası yağış ve akım
tahminlerinde bulunulabilir.
Advances in Water Resources –
(SU KAYNAKLARINDAKI İLERLEMELER) DERGİSİ
3 April 2013 In Press, Accepted Manuscript —
Multivariate Standardized Drought Index: A Parametric Multi-Index
Model
► The proposed method is the Multivariate
Standardized Drought Index (MSDI) for
drought analysis.
► The proposed MSDI combines multiple
drought indices probabilistically.
► Performance of the multi-index approach
is compared with standardized indices
Advances in Water Resources -(SU KAYNAKLARINDAKI İLERLEMELER) DERGİSİ
Available online 3 April 2013 In Press, Accepted Manuscript —
Multivariate Standardized Drought Index: A Parametric Multi-Index
Model
Assuming precipitation and soil moisture as random
variables X and Y, respectively, the joint distribution with
the cumulative joint probability p can be expressed with a
copula C as [28,40]:
P(X x , Y y) = C  F(X) , G(Y)  = p
Where MSDI (Çoklu kuraklık indeks) = -1 (p -Joint
probability)
where C is the copula, and F(X) and G(Y) are the marginal
cumulative distribution functions of random variables X
and Y, respectively.
Prof.Dr.M.Türkeş (E-TR) e ait kuraklık ile ilgili makalelerin
bazıları
• Influence of the Arctic
Oscillation (AO) on the
variability of winter mean
temperatures in Turkey
Theor.App.Climatology,
92, 2008
• M. Turkes and E. Erlat
Winter mean temperature variability in Turkey associated
with thNorth Atlantic Oscillation
M.Turkeş- Ecmel Erlat Meteorol.Atmos.Phys.
2009
1-Spatiotemporal variability of precipitation total series
over Turkey
INTERNATIONAL JOURNAL OF CLIMATOLOGY
Int. J. Climatol. 29: 1056–1074 (2009)
Published online 14 October 2008 in Wiley InterScience
(www.interscience.wiley.com) DOI: 10.1002/joc.1768
Murat Türkeş,* Telat Koç and Faize Saris
Department of Geography, Faculty of Sciences and Arts,
Çanakkale Onsekiz Mart University, Çanakkale, Turkey
2-Empirical Orthogonal Function analysis of the palmer
drought indices
Agricultural and Forest Meteorology
Journal homepage: www.elsevier.com/locate/agrformet
Hasan Tatli ∗, Murat Türkes¸
Department of Geography, Physical Geography Division,
Çanakkale Onsekiz Mart University, 17020 Çanakkale, Turkey
3-Use of the standardized precipitation index (SPI) and a
modified SPI for shaping the drought probabilities over Turkey†
INTERNATIONAL JOURNAL OF CLIMATOLOGY
Int. J. Climatology. 29: 2270–2282 (2009)
Published online 9 February 2009 in Wiley InterScience
(www.interscience.wiley.com) DOI: 10.1002/joc.1862
Murat Türkeş,* and Hasan Tatlı
•The modified SPI methodology is more valid to detect droughts of other semi-arid,
•dry sub-humid and semi-humid climate regions (Mediterranean macro-climate)
•where the precipitation series show high seasonality and year-to-year change
4-Observed changes and trends in numbers of summer and
tropical days, and the 2010 hot summer in Turkey
INTERNATIONAL JOURNAL OF CLIMATOLOGY
Int. J. Climatol. (2012)
Published online in Wiley Online Library
(wileyonlinelibrary.com) DOI: 10.1002/joc.3556
Ecmel Erlata and Murat Türkeş*
5-Palmer Kuraklık İndisi’ne Göre İç Anadolu Bölgesi’nin
Konya Bölümü’ndeki Kurak Dönemler ve Kuraklık şiddeti
Drought periods and severity over the Konya Sub-region of the
Central Anatolia Region according to the Palmer Drought Index
Murat Türkeş, A. Serap Akgündüz, Zerrin Demirörs
PDSI, yağış, buharlaşma-terleme ve toprak su tutma kapasitesini (tarla kapasitesi)
girdi olarak kullanır. Buharlaşma-terleme tutarı, aylık ortalama sıcaklık ve toplam
yağış değerlerinden yararlanarak Thornthwaite yöntemi ile hesaplanır.
*6-Winter mean temperature variability in Turkey associated
with the North Atlantic Oscillation (NAO)
Murat Türkes¸ Ecmel Erlat
Meteorol Atmos Phys. (2009) 105:211–225
DOI 10.1007/s00703-009-0046-3 Springer-Verlag 2009
Published online: 22 September 2009
*7-Influence of the Arctic Oscillation on the variability
of winter mean temperatures in Turkey
Theor. Appl. Climatology. 92, 75–85 (2008)
DOI 10.1007/s00704-007-0310-8 Printed in The Netherlands
M. Turkes and E. Erlat
8-Clustering current climate regions of Turkey by using a
multivariate statistical method
Theor Appl Climatology
DOI 10.1007/s00704-012-0823-7
Cem Iyigun & Murat Türkeş & İnci Batmaz & Ceylan Yozgatligil &
Vilda Purutçuoğlu & Elçin Kartal Koç & Muhammed Z. Öztürk
TEŞEKKÜLER