Geri Dön

Evaluation of the variable infiltration capacity (VIC) model for hydrological simulation using remote sensing observations in the western Black Sea basin

Batı Karadeniz havzasında uzaktan algılama gözlemleri kullanarak hidrojik simülasyon için değişken sızma kapasitesi (VIC) modelinin kapsamlı değerlendirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 800586
  2. Yazar: MOTASEM E. A. ALFALOJI MOTASEM E. A. ALFALOJI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. DURSUN ZAFER ŞEKER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, İnşaat Mühendisliği, Geodesy and Photogrammetry, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Geomatik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 141

Özet

Bu araştırma, Variable Infilitration Capacity (VIC) modelinin hidrolojik süreçleri simüle etme ve iklim değişikliğinin Batı Karadeniz havzasındaki su kaynakları üzerindeki potansiyel etkilerini değerlendirme performansının derinlemesine bir analizini ve değerlendirmesini sunmaktadır. Farklı iklim, fizyografik ve arazi kullanım koşulları ile karakterize edilen çalışma alanı, VIC modelinin uygulanabilirliğini çok çeşitli hidrolojik ortamlarda keşfetmek için eşsiz bir fırsat sunmaktadır. Arazi yüzeyinin su ve enerji dengelerini kopyalayan popüler bir hidrolojik model, VIC modelidir. İklim değişikliğinin su kaynakları üzerindeki etkilerini tahmin etmek ve geniş nehir havzalarında hidrolojik döngüyü yeniden oluşturmak için özellikle yararlıdır. Yağış, evapotranspirasyon, sızma, yüzey akışı ve yer altı akışı gibi temel süreçlerin tümü modelde temsil edilmektedir. Ayrıca topografya, toprak tipi, bitki örtüsü ve arazi kullanımı gibi arazi yüzeyinin özelliklerini de dikkate alır. VIC modeli, kuraklıkları izleyen ve tahmin eden, taşkınları tahmin eden ve su kaynaklarını yönetenler de dahil olmak üzere bir dizi çalışmada kullanılmıştır. Kızılırmak, Yeşilırmak ve Çoruh nehirleri, Türkiye'nin kuzey Karadeniz Havzası'ndan geçen önemli nehirlerden sadece birkaçıdır. Bölge, çok yağış alan nemli bir iklime sahiptir, ancak aynı zamanda sık sık sel ve kuraklık yaşar. Karadeniz Havzası, bol su kaynakları nedeniyle tarım, sanayi ve enerji üretimi dahil olmak üzere birçok ekonomik faaliyetin desteklenmesi için elzemdir. Karadeniz Havzası'nda meydana gelen yüzey ve yeraltı suları arasındaki etkileşimler, su kalitesi ve su kullanım modelleri dahil olmak üzere hidrolojik süreçlerin tam olarak anlaşılması, havzanın su kaynaklarının etkin yönetimi için gereklidir. İklim değişikliğinin bölgenin su kaynakları üzerindeki etkileri de dikkate alınmalı ve uygun uyum önlemleri bulunmalıdır. Bu çalışmada Türkiye'nin Karadeniz Havzası'ndaki su kaynaklarının yönetimini değerlendirmek için VIC modeli kullanılmıştır. Arazi yüzeyinin su ve enerji dengelerini taklit eden güvenilir bir hidrolojik modele VIC modeli denir. Yağış, evapotranspirasyon, akış ve temel akış gibi temel hidrolojik değişkenler model kullanılarak simüle edilmiştir. Havzadaki su mevcudiyetindeki kalıpları ve eğilimleri bulmak için bu değişkenler incelenmiştir. Su temini, su talebi ve su açığı gibi önemli su kaynakları yönetimi faktörleri, VIC modelinin bulguları kullanılarak hesaplanmıştır. Su talebi, tarım, sanayi ve ev kullanımı dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerin su ihtiyaçları analiz edilerek hesaplanmış, su arzı ise simüle edilmiş yağış ve akış değerlerine dayalı olarak tahmin edilmiştir. Bölgenin genel su kıtlığı durumu, su açığı su arzı ve talebi arasındaki fark olarak hesaplanarak belirlendi. Çalışma, Batı Karadeniz Havzası'nın 2016'dan 2021'e kadar olan yağış modellerini analiz ederek yağışlardaki aylık ve mevsimsel dalgalanmaları belirledi. Bulgular, aylık yağışın en düşük, Ağustos 2020'nin ve en yüksek aylık yağışın Mayıs 2018'de olduğunu gösterdi. Çalışma aynı zamanda mevsimsel bir model keşfetti; ilkbahar ve yaz başında daha yüksek yağış görülür ve yaz sonunda yağış azalır. Kış aylarında yağış modelleri tahmin edilemezdi. Çalışma, tahmin edilemezliklerinin hem çevresel hem de insani talepler için ne kadar su bulunduğunu etkileyebileceğinden, bu yağış modellerinin havzadaki su kaynaklarının yönetimini nasıl etkilediğini vurgulamaktadır. Çalışma, bölgenin su kaynaklarının uzun vadeli planlanması ve yönetilmesi için iklimsel belirsizliklerin dikkate alınmasının ne kadar önemli olduğunun altını çiziyor. Batı Karadeniz Havzası'nın buharlaşma-terleme modelleri 2016'dan 2021'e kadar incelendi ve çalışma, belirgin mevsimsel değişiklikler belirledi. Aylık en yüksek evapotranspirasyon değeri Temmuz 2020'de, en düşük ise Aralık 2018'de kaydedildi. Evapotranspirasyon daha sıcak aylarda daha yüksek, daha soğuk aylarda daha düşüktü. Verilerde, bitki örtüsü, sıcaklık ve güneş radyasyonundaki değişikliklerin getirmiş olabileceği yıllar arası değişkenlik de belirgindi. Bölgenin su kaynaklarını yönetmek ve su kıtlığı sorunlarını halletmek için evapotranspirasyon modellerini anlamak çok önemlidir. Batı Karadeniz Havzası'nın 2016'dan 2021'e kadar olan akış ve taban akış paternleri incelendi ve yağış, sıcaklık ve arazi kullanımı gibi değişkenlerin mevsimsel ve yıllar arası değişkenlik üzerinde etkili olabileceği keşfedildi. İlkbaharda meydana gelen yoğun yağış ve kar erimesi nedeniyle yüzey akış değerleri zirve yapmış, yaz aylarında ise en düşük seviyelere ulaşılmıştır. Taban akışı, kış ve ilkbahar aylarında meydana gelen ve yeraltı suyu yeniden şarjı ve toprak nemi gibi unsurların etkisini vurgulayan daha karmaşık bir model sergiledi. Havzadaki hidrolojik süreçler, sıcaklık ve yağış gibi değişkenlerden etkilendi ve bu da hem akış hem de temel akış seviyelerinde yıldan yıla büyük değişikliklere neden oldu. Bölgenin su kaynaklarının etkin bir şekilde yönetilebilmesi için, yüzey akışı ve taban akışındaki eğilimlerin ve değişimlerin kavranması esastır. Batı Karadeniz Havzası'nın su arz ve talebi bu çalışma için 2016-2021 yılları arasında VIC modeli kullanılarak hesaplanmıştır. Çalışma, su arzı ve talebinde, ilkbahar ve yaz başlarında daha yüksek seviyeler ve yaz sonu ve sonbaharda daha düşük seviyeler ile fark edilebilir mevsimsel dalgalanmalar keşfetti. Çalışma ayrıca, çalışma süresi boyunca önemli ölçüde değişen, bazı aylarda su fazlalığı ve diğerlerinde kıtlık olan aylık su açığını da hesapladı. Su açığındaki değişiklikleri ele almak ve talebi karşılamak için istikrarlı bir su kaynağı sunmak için çalışma, iyi su kaynakları yönetiminin öneminin altını çiziyor. Bu çalışmanın bir bölümünde, VIC modelinin kalibrasyonu için Shuffled Complex Evolution (SCE-UA) tekniğinin kullanıldığı belirtilmektedir. Bu teknik, modelin tahminlerini gerçek verilere uygun hale getirmek için kullanılan bir yöntemdir. Kalibrasyon sürecinde, modelin tahminleri gerçek verilerle hizalanır ve kalibrasyon hatası istatistikleri hesaplanır. Bu istatistikler arasında ortalama kare hata (RMSE), sapma ve Nash-Sutcliffe verimliliği (NSE) bulunur. Bu istatistikler, modelin ne kadar doğru ve verilere uygun tahminler yaptığını değerlendirmek için kullanılır. Bu çalışmada, AKSU istasyonu ve Afatlar istasyonu için VIC modelinin kalibrasyonu yapılmıştır. Kalibrasyon süreci, sırasıyla 5.000 ve 10.000 yinelemede gerçekleştirilmiştir. Bu süreçte, mevsimsel değişikliklerin etkisiyle küçük performans farklılıkları gözlemlenmiştir. Kalibrasyon, modelin Batı Karadeniz Havzası'nın hidrolojik dinamiklerini daha iyi simüle etme yeteneğini geliştirmiştir. Bu çalışma, VIC modelinin Batı Karadeniz Havzası'ndaki hidrolojik süreçleri simüle etme yeteneğini değerlendirmek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Çalışma, modelin kalibrasyon sürecini ve performansını analiz ederek, su kaynakları yönetimi ve iklim değişikliği gibi önemli konularda araştırmacılara sağlam bir temel sunmaktadır. Sonuçlar, VIC modelinin bölgedeki hidrolojik dinamikleri doğru bir şekilde simüle etme yeteneğine sahip olduğunu göstermektedir. Kalibrasyon süreci, modelin tahminlerini gerçek verilere uyumlu hale getirmek için kullanılan SCE-UA tekniği ile gerçekleştirilmiştir. Bu süreçte, kalibrasyon hatası istatistikleri olan ortalama kare hata (RMSE), sapma ve Nash-Sutcliffe verimliliği (NSE) hesaplanmıştır. Bu istatistikler, modelin performansını değerlendirmek ve tahminlerin doğruluğunu ölçmek için kullanılmıştır. Ancak, bu çalışma VIC modelinin daha fazla geliştirme ve çalışma gerektirdiğini de ortaya koymaktadır. Özellikle, kar erimesi süreçleri, yağış düzenleri ve diğer hidrolojik süreçlerin daha doğru bir şekilde modellenebilmesi için daha kapsamlı veri toplama ve parametre belirleme çalışmalarının yapılması önemlidir. Bu şekilde, modelin deşarj tahminleri ve su kaynakları yönetimi üzerindeki etkileri daha güvenilir hale getirilebilir. Bu çalışma, bölgedeki su kaynakları yönetimi, iklim değişikliği ve hidrolojik süreçler gibi konularla ilgilenen araştırmacılara sağlam bir temel sunmaktadır. Ayrıca, değişen iklimsel ve antropojenik koşulların su kaynakları yönetimi üzerindeki etkisini anlamak için gelecekteki araştırmalara yol gösterici olabilecek sonuçlar sunmaktadır. Bu tür çalışmalar, bölgedeki su kaynaklarının sürdürülebilir bir şekilde yönetilebilmesi ve gelecekteki su kıtlığı sorunlarına karşı önlem alınabilmesi için önemlidir.

Özet (Çeviri)

This research presents an in-depth analysis and evaluation of the Variable Infiltration Capacity (VIC) model's performance in simulating hydrological processes and assessing the potential impacts of climate change on water resources management in the Batı Karadeniz basin. By calculating water supply and demand, the study area, characterized by diverse climatic, physiographic, and land use conditions, offers a unique opportunity to explore the VIC model's applicability for water resource management across a wide range of hydrological settings. A popular hydrological model that replicates the water and energy balances of the land surface is the VIC model. It is particularly helpful for anticipating the effects of climate change on water resources and recreating the hydrological cycle in vast river basins. Key processes including precipitation, evapotranspiration, infiltration, surface runoff, and subsurface flow are all represented in the model. It also takes into account aspects of the land's surface such topography, soil type, vegetation cover, and land usage. The VIC model has been used in a number of studies, including those that monitor and predict droughts, forecast floods, and manage water resources. The Kizilirmak, Yesilirmak, and Coruh rivers are only a few of the significant rivers that flow through Turkey's northern Karadeniz Basin. The area has a humid climate with a lot of precipitation, but it also frequently experiences floods and droughts. The Karadeniz Basin is essential to the support of numerous economic activities, including agriculture, industry, and energy generation, because of its abundant water supplies. A thorough comprehension of the hydrological processes taking place in the Karadeniz Basin, including interactions between surface and groundwater, water quality, and water usage patterns, is necessary for effective management of the basin's waterresources. The effects of climate change on the area's water supplies must also be taken into account, and suitable adaption measures must be found. The VIC model was used in this study to evaluate the management of water resources in Turkey's Karadeniz Basin. A trusted hydrological model that mimics the water and energy balances of the land surface is called the VIC model. Key hydrological variables such as precipitation, evapotranspiration, runoff, and baseflow were simulated using the model. To find patterns and trends in water availability across the basin, these variables were studied. Important water resources management factors, such as water supply, water demand, and water deficit, were calculated using the VIC model's findings. The water demand was calculated by analyzing the water needs of various industries, including agriculture, industry, and home usage, while the water supply was predicted based on the simulated precipitation and runoff values. The region's overall water scarcity status was determined by calculating the water deficit as the difference between water supply and demand. The study identified monthly and seasonal fluctuations in precipitation by analyzing the Batı Karadeniz Basin's rainfall patterns from 2016 to 2021. The findings indicated that August 2020 had the lowest monthly precipitation and May 2018 had the highest. The study also discovered a seasonal pattern, with spring and early summer seeing higher precipitation and late summer seeing reduced precipitation. Precipitation patterns during the winter months were unpredictable. The study emphasizes how these precipitation patterns affect how water resources are managed in the basin since their unpredictability can have an impact on how much water is available for both environmental and human demands. The study underscores how crucial it is to take climate uncertainties into account for long-term planning and managing the region's water resources. The Batı Karadeniz Basin's evapotranspiration patterns were examined from 2016 to 2021, and the study identified distinct seasonal changes. The highest monthly evapotranspiration value was recorded in July 2020, while the lowest was recorded in December 2018. Evapotranspiration was higher in warmer months and lower in colder months. Interannual variability was also evident in the data, which may have been brought on by changes in vegetation cover, temperature, and solar radiation. In order to manage the region's water resources and handle issues with water shortages, it is essential to understand the patterns of evapotranspiration. The Batı Karadeniz Basin's runoff and baseflow patterns were examined from 2016 to 2021, and it was discovered that variables including precipitation, temperature, and land use can have an impact on seasonal and interannual variability. Due to heavy rain and snowmelt in the spring, runoff values peaked, with summer months having the lowest levels. Baseflow displayed a more complicated pattern, with maxima occurring in the winter and spring months and highlighting the effect of elements like groundwater recharge and soil moisture. The hydrological processes in the basin were influenced by variables like temperature and precipitation, which resulted in large year-to-year changes in both runoff and baseflow levels. For the region's water resources to be managed effectively, it is essential to comprehend the trends and variations in runoff and baseflow. The Batı Karadeniz Basin's water supply and demand were calculated for this study between 2016 and 2021 using the VIC model. The study discovered discernible seasonal fluctuations in water supply and demand, with greater levels in the spring and early summer and lower levels in the late summer and fall. The study also calculated the monthly water deficit, which varied significantly throughout the course of the study period, with water surpluses in some months and shortages in others. In order to address changes in the water deficit and offer a stable supply of water to fulfill demand, the study underlines the significance of good water resource management. The Shuffled Complex Evolution (SCE-UA) technique is used for calibration, which helps to align model predictions with actual data. The calibration error statistics are computed using the root mean square error (RMSE), bias, and Nash-Sutcliffe efficiency (NSE). For the AKSU station and the Afatlar station, the VIC model's calibration in this investigation took place across 5,000 and 10,000 iterations, respectively. With minor seasonal changes in performance, the calibration enhanced the model's ability to simulate the hydrological dynamics of the Batı Karadeniz Basin. Snowmelt processes, precipitation patterns, and other hydrological processes all have an impact on the model's performance. The VIC model's discharge forecasts for the Batı Karadeniz Basin require further study and model improvement.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    712807

    Farklı arazi kullanımlarında infiltrasyon hızı ile bazı toprak özellikleri arasındaki ilişkilerin değerlendirilmesi

    Evaluation of the relationship between infiltration rate and some soil properties in different land use

    YAVUZ ŞUAYİP YALIM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    ZiraatÇankırı Karatekin Üniversitesi

    Tarım ve Yaşam Bilimleri Anablim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLAY KARAHAN

  2. Tez No

    522849

    Transvajinal ultrasonografi ile endometrioma tanısı konulan hastalarda thiol/disülfid hemostazı ve bu değerin CA 125 düzeyi ile ilişkisinin değerlendirilmesi ve önemi

    The evaluation and the importance of thiol / dysulfid hemostas and the relationship between CA 125 patients with endometri̇oma with transvajinal ultrasonography

    ABDULLAH TABAKÇI

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Kadın Hastalıkları ve DoğumSağlık Bilimleri Üniversitesi

    Kadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞEVKİ ÇELEN

  3. Tez No

    751458

    Fokal segmental glomerulosklerozlu çocuklarda histopatoloji ile prognoz ilişkisinin değerlendirilmesi

    Evaluation of the relationship between histopathology and prognosis in children with focal segmental glomerulosclerosis

    DİLRUBA ZEYNEP DEMİRCİOĞLU

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Çocuk Sağlığı ve HastalıklarıErciyes Üniversitesi

    Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUAMMER HAKAN POYRAZOĞLU

  4. Tez No

    750748

    Satureja cuneifolia'nın etanolik ekstraktının yara iyileşmesi üzerine etkinliğinin rat sırt epitelinde değerlendirilmesi

    Evaluation of the effectiveness of ethanolic extract of satureja cuneifolia on wound healing in rat back epithle

    SALİH SERDAR SEMERCİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Diş HekimliğiSivas Cumhuriyet Üniversitesi

    Ağız Diş ve Çene Cerrahisi Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ TURGAY PEYAMİ HOCAOĞLU

  5. Tez No

    415004

    Deneysel interstisyel sistit modelinde intravezikal hyaluronik asit uygulamasının inflamatuar hücreler üzerine etkisinin değerlendirilmesi

    The evaluation of intravesicale hyaluronic acid application effect at the inflammatory cells in the experimental model of interstitial cystitis

    İLKER FATİH ŞAHİNER

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Histoloji ve EmbriyolojiAkdeniz Üniversitesi

    Üroloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET DANIŞMAN

Geri Dön