Water budget calculation using remote sensing in data-scarce catchments: Kunduz catchment, Afghanistan
Az ölçüm verisi olan havzalarda uzaktan algılama kullanarak su bütçesi hesaplama: Kunduz havzası, Afganistan
- Tez No: 827598
- Danışmanlar: PROF. DR. FUSUN BALIK ŞANLI, DOÇ. DR. DİLEK EREN AKYÜZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 211
Özet
Bu çalışma, 2009 ile 2019 yılları arasında Kunduz Nehri Havzası içinde aylık ve yıllık su bütçesi bileşenlerini tahmin edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla uydu gözlemleri ve GLDAS-2.1 CLSM modeli kullanılmıştır. Veri setleri, PERSIANN, CHIRPS, MODIS SSEBop, GRACE ve GLDAS CLSM gibi farklı kaynaklardan temin edilen Yağış (P), Evapotranspirasyon (ET) ve Karasal Toplam Su Depolama (TWS) içermektedir. Çıkarılan akış verileri, su bütçesi denklemi içindeki artık değerleri hesaplayarak elde edilmiş ve gözlemlenen akıştan farklılıklar göstermiştir. Ayrıca, birçok çalışma, uzaktan algılama ve GLDAS'ın düşük çözünürlüğünün, su bütçesi tahminlerinin doğruluğunu etkileyebileceğini vurgulamış olup, bu çalışma su bütçesi girdilerini geliştirmeyi ve artırmayı amaçlamaktadır. Bu nedenle, bu çalışmada, hem uzaktan algılama verileri hem de GLDAS verileri üzerinde ölçek iyileştirme (downscaling) teknikleri özellikle Coğrafi Ağırlıklı Regresyon (Geographical Weighted Regression: GWR) kullanılmıştır. Orijinal ve ölçeklenmiş sonuçlar gözlemlenen verilerle karşılaştırılmış ve uzaktan algılanan P, GLDAS verileri ile gözlemlenen veriler arasında bir dereceye kadar tutarlılık göstermiştir. Bilindiği üzere, bu havzada da ET ile yağış doğrudan bir ilişki göstermiştir. TWS'de belirgin şekilde belirsizlikler mevcut olup, gelecekteki araştırmalarda incelenmesi gerekmektedir. Ölçeklenmiş yağış verilerini içeren su bütçesi bileşenlerinin değerlendirilmesi, uzaktan algılanan verilerle gerçek yağış ölçümleri arasında Pearson korelasyon katsayısı 0,2 ile 0,88 arasında değişken bir korelasyon göstermiştir. Ayrıca, ölçeklenmiş yağış katmanları arasında güçlü bir negatif korelasyon gözlenmiştir (-0,66). Bununla birlikte, uzaktan algılamadan (RS) ve GLDAS kaynaklarından elde edilen aylık ölçeklenmiş veriler, su bütçesi bileşenlerini ve deşarj değerlerini doğru bir şekilde tahmin edebilmesi için dikkatli kullanılması gerekir. Aynı zamanda, hem GLDAS hem de RS'den yıllık ölçeklenmiş veriler, determinasyon katsayısı (R²) değerlerinin 0,04 ile 0,55 arasında değiştiği daha geniş bir performans yelpazesi sergilemiştir. Özellikle, CHIRPS ölçeklenmiş veri seti, havzanın tamamı için deşarj değerlerini Yüzde Hata Göstergesi (PBIAS) %-12 hesaplanmıştır. RS veri seti ise özellikle PERSIANN deşarj değerlerini %102,3 oranında daha yüksek bulunmuştur. Öte yandan ölçeklenmiş verilerin hacimsel verimliliği kriter değeri 0,54 ile 0,64 arasında hesaplanmıştır. Bu çalışma, uzaktan algılama temelli su bütçesi analizleri ve GLDAS-2.1 CLSM modelinin su bütçesi tahminindeki güçlü ve zayıf yönlerine dikkat çekerek Afganistan Kunduz havzası özelinde de hesaplanmıştır. Çalışma sonucunda bu yöntemler sisteminin veri eksikliği olan havzalarda su bütçesi çalışmaları için özellikle alt havzalarda başarlı sonuç verdiği gözlemlenmiştir. Bu bilgiler ışığında, sürdürülebilir havza yönetimi, antropojenik etkilerin tahmini, reservuar işletmesi gibi su bütçesini içeren veya ihtiyaç duyan tüm çalışmaların başarısını arttıracağı için önem taşımaktadır. Ayrıca tez kapsamında ölçek iyileştirme ile su bütçesi (yağış, buharlaşma, debi, TWS) değerlerinin mekansal çözünürlüğü 1km'ye kadar düşürülmüş olması mikro ölçekli planlamada sürdürülebilirlik hedefine daha yaklaşmasını mümkün kılmaktadır
Özet (Çeviri)
This study focuses on estimating monthly and annual water budget components within the Kunduz catchment from 2009 to 2019. It utilizes satellite observations and the GLDAS-2.1 CLSM model. Datasets, including Precipitation (P), Evapotranspiration (ET), and Terrestrial Water Storage (TWS), were obtained from diverse sources, such as PERSIANN, CHIRPS, MODIS SSEBop, GRACE, and GLDAS CLSM. Inferred runoff data were derived by calculating residual values within the water balance equation and showed differences from the observed runoff. Furthermore, acknowledging that numerous studies have highlighted the difficulty posed by the coarse resolution in remote sensing and GLDAS, which can impact the accuracy of water budget estimations, this study endeavors to improve and enhance water budget inputs. Thus, in this study, downscaling techniques such as Geographical Weighted Regression (GWR) are employed on both the remote sensing data and the GLDAS datasets. Both remote sensing and GLDAS CLSM Original and Downscaled data results compared with observed data and showed some level of consistency between remotely sensed and GLDAS P data, vs observed data. As known, in this catchment, ET exhibited a direct relationship with precipitation. TWS showed significant uncertainties, warranting further investigation in future research. The assessment of downscaled water budget components, including P, unveiled moderate to strong correlations between remote sensing data and actual rainfall measurements, quantified by the Pearson correlation coefficient ranging from 0.2 to 0.88. Also, a strong negative correlation was observed between downscaled precipitation layers as -0.66. However, caution should be exercised when using monthly downscaled data obtained from remote sensing (RS) and GLDAS sources for accurately predicting water budget components and discharge values. Conversely, annual downscaled datasets from both GLDAS and RS showed a broader performance spectrum, with coefficient determination (R²) values ranging from 0.04 to 0.55. Notably, Downscaled NSE -0.44 to the Original lowest -12.2, the CHIRPS Downscaled dataset indicated a -12% Percent Bias (PBIAS), indicating underestimation of discharge values for the entire catchment, while PERSIANN, demonstrated an overestimation of 102.3%. On the other hand, volumetric efficiency of downscaled data shows that 0.54 to 0.64 water delivered at proper time in the catchment. This study highlighted the strengths and weaknesses of remote sensing-based and GLDAS-2.1 CLSM in water budget analyses and estimation, particularly within the Afghanistan Kunduz catchment having scarcity in terms of observed data. As a result of this study, it has been observed that these methods are particularly successful in sub-basins, especially in areas where data is limited, for conducting water budget studies. Considering this information, it will enhance the successes of the studies involving a water budget aspect, such as sustainable basin management, predicting anthropogenic impacts, reservoir operation, and more. Furthermore, within the scope of the thesis, downscaling the spatial resolution of water budget parameters (precipitation, evaporation, runoff, TWS) to 1 km makes it possible to approach sustainability goals in micro-scale planning.
Benzer Tezler
- Sulak alanların uzaktan algılama ve coğrafi bilgi sistemleri ile irdelenmesi: Akgöl örneği
Analysis of wetlands using remote sensing and geographic information systems: Akgol sample
ADALET DERVİŞOĞLU
Doktora
Türkçe
2018
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEBİYE MUSAOĞLU
- Uydu görüntüleri, meteorolojik veriler ve kamera fotoğrafları ile pamuk ve mısır bitkileri için rekolte tahmin modeli tasarımı: Şanlıurfa örneği
Crop yield estimation model design for cotton and maize crops using satellite imagery, meteorological data and camera photographs: Şanlıurfa case study
UĞUR ALGANCI
Doktora
Türkçe
2014
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANKUT ÖRMECİ
- Determination of evaporation of Lake Van using meteorological data
Van Gölü buharlaşma değerlerinin meteorolojik verilerle hesaplanması
SERANT ERDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. ÜNAL ŞARMAN
- Bir hidrolik sistemin coğrafi bilgi sistemi ile tanımlanması
Definition of a hydrologic system by using geographic information system
TARKAN EREN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Jeoloji MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiJeoloji (Hidrejeoloji) Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPARSLAN ARIKAN
- Bitki yüzeylerinde Eddy kovaryans yöntemiyle ölçülen ve modellenen karbon değişiminin analizi
Analysis of modeled and measured carbon exchange measured by the Eddy covariance method on plant surface
NİLCAN ALTINBAŞ
Doktora
Türkçe
2022
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT ŞAYLAN