Effect of dynamic pet scaling with LAI and aspect on the spatial performance of a distributed hydrologic model
YAİ ve bakı ile dinamik pet ölçeklemenin dağılı hidrolojik modelin uzamsal performansına etkisi
- Tez No: 782369
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET CÜNEYD DEMİREL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 63
Özet
Su yaşam ve insanlık için hayati öneme sahiptir. Tarih boyunca insanoğlu suyu kontrol etmeye çalıştı. İlk takvimler kurak ve yağışlı sezonları ön görebilmek için icat edildi. Nehirlerin taşma zamanları hesaplanıp sulama sistemleri tasarlandı. Astronomiden Güneş'in, Ay'ın ve Dünya'nın hareketleri takip edilerek gelgitler tahmin edilmeye çalışılıldı. İnsanoğlunun suyu kontrol etme isteği büyük yapılar inşa etmesine neden oldu. Günümüzde büyük barajlar, sulama, sel ve taşkın kontrolü, içme suyu temini ve enerji üretimi için inşa ediliyor. Teknolojinin ilerlemesi ile gözlem sistemlerindeki olanaklar ve gelişim artıyor. Örneğin, GNSS (Küresel Navigasyon Uydu Sistemi), Fotogrametri, LIDAR (Işık Algılama ve Mesafe Değiştirme) ve RADAR (Radyo Tespit ve Mesafe Değiştirme), GIS (Coğrafi Bilgi Sistemi) ve uzaktan algılama sistemleri yaygın olarak kullanılıyor. Ayrıca, ölçme ve jeolojik teknikler de geliştirilmiştir. Bu nedenle, hidrolojik modeli iyileştirmek için birçok farklı parametre dikkate alınıyor. Bunlardan bazıları sıcaklık, nem, toprak tipi parametreleri, bitki örtüsü, bakı gibi model girdileridir. Bu çalışmada, yaprak alan indeksi (YAİ) bakı ile model simüle edilip gerçek buherleşme (GB) ve su dengesi üzerindeki etkisi incelendi. Buherleşme, suyun buharlaşma ve terlemesini kapsar. Tamamen dağıtılmış bir model olan orta ölçekli Hidrolojik Model (mHM) ile beş farklı durum kalibre edildi. Metod 0'da YAİ veya bakı ile potansiyel buherleşme (PB) ölçeklendirmesi kullanılmıyor. Bu metodu incelemedeki amaç, diğer metodlarla karşılaştırarak bitki örtüsü ve bakı etkisini görmek. Metod 1'de bakı düzeltmeli sonuçlar kontrol ediliyor. Bakı, eğim yüzlerinin açısını tanımlar. Bakı, 0 ile 360 arasında değer alır. Metod 2'de YAİ odaklı sonuçlar kontrol ediliyor. YAİ, bitki örtüsü alanı ile toplam alan arasındaki orandır. Bu nedenle, YAİ birimsiz bir parametredir. Metod 3'te YAİ ve bakı ağırlık parametresi ile PB ölçeklendirilerek kontrol ediliyor. Metod 4'te YAİ ve bakı düzeltme sayıları PET düzeltmesi için çarpılıp ve sonuçlar kontrol ediliyor. Almanya'da Orta Ren'in bir parçası olan Main Havza'sı çalışma alanı olarak seçildi. Main Havzası, havzanın akım gözlem istasyonlarında (AGİ) kayıp değerler olmadan uzun vadeli debi verilerine sahip olması nedeniyle seçildi. 2002-2014 yılları arasındaki statik haritalar (topografik, arazi kullanımı, toprak haritaları vb.), sıcaklık ve yağış girdileri mHM'ye eklendi. Akış değerleri Global Debi Veri Merkezi'nden (GRDC) alındı. Uzamsal haritalara, orta çözünürlüklü görüntüleme spektroradyometresi (MODIS), Avrupa gözlem Uydusu'ndan (E-OBS) ve Mekik Radarı Topografya Misyonu (SRTM) veri kümelerine de başvuruldu. Gerçek buherleşme (GB) simülasyonlarının su dengesini ve uzamsal modelini iyileştirmek için Kling-Gupta Metriği (KGE) ve Uzamsal Verimlilk Metriği (SPAEF) kullanılıyor. Su dengesi simülasyonu için, KGE'nin amaç fonksiyonu ile sadece havza çıkışındaki AGİ verileri kullanılıyor. GB'nin uzamsal örüntüsü için SPAEF'in amaç fonksiyonu kullanılıyoor. En iyi çözümler ve parametrelerin duyarlılığı, KGE ve SPAEF'in amaç fonksiyonlarının toplamına göre seçiliyor. Çalışmanın devamında duyarlılık analizi için Parameter Estimation Tool (PEST) kullanılıyor ve yirmi altı parametre seçiliyor. Bu hassas parametreler, amaç fonksiyonlarına göre seçiliyor. Sonuca göre hassas parametreler özellikle LAI, bakı ve zemin parametrelerini içermekte olduğu görülüyor. Pareto Archived Dynamically Dimensioned Search (PADDS) algoritması ile Optimizasyon Yazılımı Araç Seti (OSTRICH) kullanılarak her metod için seçilen parametreler kalibre ediliyor. Her bir metodun en iyi sonucuna göre, Metod 3 ve Metod 4, GB'nin hem su dengesi hem de uzaysal örüntüsünde diğer metotlardan daha iyi performans gösteriyor. Bu sonuç hem YAİ hem de bakı kullanımının mHM'nin simülasyon performansını artırdığını gösteriyor. Metod 2 ayrıca Metod 1 ve Metod 0'dan daha iyi performans gösteriyor. Bu şekilde, YAİ düzeltilmiş PB, GB'nin akış ve uzamsal paterni üzerindeki simülasyonu, bakı ölçeklendirilmesi yapılmış metottan ve ölçeklendirilmemiş metottan daha iyi hale getiriyor. Ölçeklendirilmemiş PB'nin debi simülasyon sonucu bakı düzeltilmiş olandan daha iyi olduğu görülüyor. Metod 3'ün en iyi sonucu, SPAEF ve KGE'nin teorik en iyi toplamına Metod 4'ten daha yakındır. Bu sonuç, ağırlık parametresinin (alphax) kullanılmasının, çarpılmış LAI ve görünüş düzeltmeli duruma göre biraz daha iyi sonuç verdiğini gösteriyor. Ancak, en iyi çözümler dışında Metod 4, yalnızca SPAEF için Metod 3'ten daha iyi çözümlere sahip olduğu görülüyor. Ek olarak, altı AGİ'li doğrulama yapıldı. Metot 3 ve Metot 4, diğer metodlara göre daha iyi KGE performansı gösteriyor. Özellikle Metot 3'te simüle edilen debi ile gözlenen debi benzerliği, diğer metodlardan çok daha yüksek. Tez tek bir havza çalışma alanına dayanmasına rağmen, bulgular GB ve debi kalibrasyonunda ve doğrulamasında aynı anda hem LAI hem de bakı kullanılabileceğini gösteriyor.
Özet (Çeviri)
There are many valuable materials in world but non of them is as vital as water. Humankind has wanted to control water throughout history. First calendars were invented to predict dry and wet seasons. Floods of rivers were calculated, and irrigation systems designed. Astronomy was used to monitor the movements of Sun, Moon, and Earth to predict tides. Therefore, desire to control water is important reason to lead people to build megastructures. Today, huge dams were built for irrigation, flood control, water supply and energy production for cities. With the advancement of technology, opportinutities and development in observation system are increased. For example, Global Navigation Satellite Sysytem (GNSS), photogrammetry, Light Detection and Ranging (LIDAR) and Radio Detecting and Ranging (RADAR), Geographic Information System (GIS), and remote sensing. Additionally, surveying, and geological techniques are developed. Therefore, to improve model many different parameters are taken consideration. For example, temperature, humidity, soil type parameters, vegetation, aspect etc. In this thesis, we examine the effect of leaf-area-index (LAI) and aspect together on the model simulated actual evapotranspiration (AET) and water balance. Evapotranspiration covers both water evaporation and transpiration. The mesoscale Hydrological Model (mHM) which is fully distributed model process calibration the cycle for five different cases. PET correction driven by neither LAI nor aspect in Case 0. The purpose of adding this case to see the vegetation and aspect effect by comparing other cases. Aspect driven results have been checked in Case 1. Aspect defines direction of slope faces. Aspect is a degree that takes values from 0 to 360. LAI driven results have been checked in Case 2. LAI is the ratio between the vegetation area and the total area. Therefore, LAI is a unitless parameter. LAI, and aspect driven by the weight number results have been checked in Case 3. LAI, and aspect correction numbers are multiplied for PET correction and the results were checked in Case 4. Study area was selected as Main Basin where is part of the Middle Rhine in Germany. Main Basin was selected because gauge station of basin has longterm discharge data without missing values. Static maps (DEM, land use, soil maps etc.), temperature, and precipitation inputs between 2002 and 2014 are added to mHM. Flow values are taken from Global Runoff Data Center (GRDC). Spatial maps are referenced from datasets of moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS), European observation (E-OBS), and The Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). To improve water balance and spatial pattern of AET simulations, Kling-Gupta Metric (KGE) and Spatial Efficiency Metric SPAEF are used. For water balance simulation, one outlet gauge is used for calculations with objective function of KGE. For spatial pattern of AET, objective function of SPAEF is used. Best solutions and sensitivity of parameters were selected by sum of objective functions of KGE and SPAEF. In the continuation of study, the Parameter Estimation Tool (PEST) was used for sensitivity analysis and twenty-six parameters were selected. These sensitive parameters selected according to objective functions. Accoording to result, sensitive parameters contain especially LAI, aspect, and soil parameters. Selected parameters calibrated for each case by using Optimization Software Toolkit (OSTRICH) with Pareto Archived Dynamically Dimensioned Search (PADDS) algorithm. According to best result of each case, Case 3, and Case 4 show better performance than other cases both on water balance and spatial pattern of AET. This result show that using both LAI and aspect increase simulation performance of mHM. Case 2 also show better performance than Case 1 and Case 0. In this way, LAI corrected PET made simulation on streamflow and spatial pattern of AET better than aspect corrected case, and not corrected case. Raw PET water balance result is better than aspect corrected one. Best result of Case 3 is closer to the theoretical best sum of SPAEF and KGE than Case 4. That result show that using weight parameter (alphax) exhibited slightly better result than multiplied LAI and aspect corrected case. However, except best solutions Case 4 has better solution than Case 3 for only SPAEF. Additionally, validation with six gauges was done. Case 3 and Case 4 showed better KGE performance than other case. Especially Case 3 similarity with observed discharge is much higher than other cases with six gauges validation. Although the thesis is based on one basin study area, the findings suggest validating and calibrate AET and discharge by using both LAI and aspect.
Benzer Tezler
- İdiyopatik pulmoner fibrozisin mimiklenmesi için çok fonksiyonlu dinamik mikroakışkan platform geliştirilmesi
Development of a multifunctional dynamic microfluidic platform for mimicking idiopathic pulmonary fibrosis
ECEM SAYGILI
Doktora
Türkçe
2022
BiyomühendislikEge ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZLEM YEŞİL ÇELİKTAŞ
- Experimental and theoretical investigation of thermomechanical properties of polymer blends
Polimer blendlerinin termomekanik davranışlarının deneysel ve kuramsal yöntemlerle belirlenmesi
FAKİR TOPRAK SERHATKULU
- Dinamik manyetik rezonans görüntüleme ve ultrason kontrast ajanlı power doppler ultrasonografi ile meme lezyonlarında benign ve malign ayrımı
Başlık çevirisi yok
FAİK SUNGURLU
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2002
OnkolojiMarmara ÜniversitesiRadyodiagnostik Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. ERKİN ARIBAL
- Hodgkin lenfomalı hastalarda birinci basamak tedavi sonuçları ve PET/BT nin tedavi sonuçlarına etkisi
The outcome of first line treatment in hodgkin lenfoma the effect of PET/CT on the treatment outcome
HİLAL GÜL
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2013
HematolojiGazi Üniversitesiİç Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KADİR ACAR
- Thermal stability investigation of recycled polyethylene terephthalate (PET) through dynamic rheological measurements
Geri dönüştürülmüş polietilen tereftalat'ın termal kararlılığının dinamik reolojik ölçümlerle incelenmesi
MERVE GÜÇLÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR