Univariate and bivariate hydrological drought severity and duration frequency analysis of Yeşilırmak, Kızılırmak and Euphrates basins of türkiye using copula functions
Türkiye'nin Yeşilırmak, Kızılırmak ve Fırat havzalarının kopula fonksiyonları kullanılarak tek ve çift değişkenli hidrolojik kuraklık şiddet ve süresinin frekans analizi
- Tez No: 840907
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET İSHAK YÜCE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hasan Kalyoncu Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 714
Özet
Kuraklık doğrudan veya dolaylı olarak tüm canlılığı, su varlığını, çevreyi ve ekonomiyi olumsuz etkileyen bir doğal afet olması sebebiyle toplumların ilgisini sıkça çeken bir olaydır. Literatüre göre birçok sınıflandırması olsada kuraklık çoğu bilim insanı ve kuruluş tarafından; meteorolojik, tarımsal, hidrolojik ve sosyo-ekonomik kuraklık olarak 4 sınıfa ayrılmıştır. Hidrolojik kuraklık; uzun süreli yağış eksiklikleri sonucu yüzey ve yer altı sularında meydana gelen azalmaları ve eksiklikleri ifade eder. Bu tez çalışmasının hazırlık aşamasında, Akım Kuraklık İndeksi (AKİ) kullanılarak, Türkiye'nin en önemli su havzalarından Yeşilırmak, Kızılırmak ve Fırat Havzalarının 1, 3, 6, 9, 12 aylık zaman ölçekleri ile hidrolojik kuraklık analizleri yapılmıştır. Analiz için Yeşilırmak Havzasında 24, Kızılırmak Havzasında 32, Fırat Havzasında 36 istasyonun aylık ortalama akım verileri Devlet Su İşleri'nden (DSİ) temin edilmiş ve zaman ölçeklerinden hesaplanan AKİ değerlerinden faydalanılarak, kurak geçen zamanlar, kurak ve yağış kategorilerinin havzalar içindeki durumları incelenmiş ve Ters Mesafe Ağırlıklı Enterpolasyon yöntemi kullanılarak kurak ve yağış kategorilerinin havzalar bazındaki mekânsal dağılımı detaylı olarak ele alınmış, trend (eğilim) analizleri iki aşamada gerçekleştirilmiş olup, ilk aşamada AKİ serilerinin trend (eğilim) analizleri Yenilikçi Şen Metodunun anlamlılık testiyle sayısal olarak incelenmiş ve ikinci aşamada ise AKİ serilerindeki kurak ve yağış kategorilerinin olası trendleri mevcut Yenilikçi Şen Metodu grafiğine 5 yatay ve 5 dikey eğri eklenip geliştirmesi ile grafiksel olarak incelenmiştir. Çalışmanın ana kısmında ise Yeşilırmak, Kızılırmak ve Fırat Havzalarının hazırlık aşamasında elde edilen 1, 3, 6, 9, 12 aylık zaman ölçeklerindeki AKİ değerleri ve Yevjevich'in Runs teorisinden yararlanılarak, kuraklığın önemli ve birbiriyle ilişkili olduğu kanıtlanan karakteristikleri olan kuraklık şiddet ve süresi hesaplanmıştır. Çalışma kapsamında tüm istasyonlar için elde edilmiş olası kuraklık şiddet ve süre serilerinin birbirleri arasındaki bağımlılık Kendall'ın parametrik olmayan sıra korelasyon katsayısı, 𝛕 ile analiz edilmiştir. Uygun bulunan kuraklık şiddet ve sürelerinin her birinin ayrı marjinal dağılımları Normal, Lognormal, Weibull, Gamma, Eksponansiyel ve Lojistik dağılımlarıyla tespit edilmiş ve bu dağılımlar arasından en iyi olan dağılımlar, Kolmogorov-Smirnov, Cramer Von Mises, Anderson Darling, Akaike Bilgi Kriteri, Bayesian Bilgi Kriteri, Ki Kare ve Maksimum Olabilirlik Yöntemi uygunluk testlerinin sonuçlarına göre belirlenmiştir. Kuraklık şiddet ve süresinin en iyi marjinal dağılımlarından yararlanılarak, kuraklık şiddet ve süresinin koşullu olasılıkları, tekli, ikili ve koşullu dönüş periyotları son zamanlarda kuraklık analizlerinde popüler olarak kullanılan kopula fonksiyonlarının Gaussian, Student's t, Clayton, Gumbel, Frank, Joe, BB1, BB6, BB7 ve BB8 türlerinin arasından en iyilerinin ilk olarak kopulaların kuyruk bağımlılığı performansı dikkate alınarak ikincil olarak da kopulalara ait Maksimum Olabilirlik Yöntemi, Akaike Bilgi Kriteri ve Bayesian Bilgi Kriteri uygunluk test sonuçlarının dikkate alınmasıyla hesaplanmıştır. 10, 20, 50, 100, 200 ve 500 dönüş periyodu için tekli kuraklık süresi ve şiddeti elde edilmiş ve bu tekli değişkenlerin ikili dönüş periyodu“VE”“VEYA”durumları dikkate alınarak hesaplanmıştır. Hesaplanan tekli ve ikili değerlerden yola çıkılarak Yeşilırmak, Kızılırmak ve Fırat Havzalarının zaman ölçeklerindeki kuraklık riski, mekânsal etki de katılarak araştırılmıştır. Koşullu dönüş periyotları iki farklı durum gözetilerek ve her zaman ölçeği için farklı bir senaryo belirlenerek araştırılmıştır. Elde edilen bulgulara göre üç havzada yakın zamanda meydana kuraklıkların meydana geldiğini, üç havzada da hafif kuraklık ve yağışlı (AKİ≥0) kategorilerinin tüm zaman ölçeklerinde hâkim olduğunu, kuraklık kategorilerinin zaman içerisinde farklı mekânsal dağılımlarla havzaları etkilediği ve havzaların üçünde de genellikle azalan trendlerin görüldüğünü ortaya koymuş ve hesaplanan şiddet ve süre değerleri, 2000 ve sonrası en uzun süreli veya en büyük kuraklıklarının gerçekleştiğini göstermiştir. Havzalar için elde edilen şiddet ve süre serileri arasındaki 𝛕 değerleri kabul edilebilir olduğundan hesaplanan marjinal dağılım analizleri üç havzada süre için en uygun dağılımların genellikle şiddet için Lognormal, Gamma, Weibull dağılımları olurken süre için en uygun dağılımlar Lognormal, Gamma, Weibull, Eksponansiyel dağılımlar olarak tespit edilmiştir. Analiz sonuçları, Gumbel kopulasının tüm havzalarda kuraklık şiddet ve süresinin çok değişkenli modellenmesi için en uygun kopula olduğunu, bunun yanı sıra bazen Joe, BB1, BB6, BB7 ve BB8 kopulalarının da en iyi olabileceğini göstermiştir. Tekli ve ikili analizler ise havzaların farklı bölgelerinde zaman ölçeklerine ve dönüş periyotlarına göre risk altında olabileceğini göstermiştir. Çalışma sonucunda elde edilen verilerin çalışma alanlarının su yönetimi planlamalarında ve kuraklık eylem planlarında faydalı olması beklenmektedir.
Özet (Çeviri)
Drought is an event that frequently takes the attention of societies as it is a natural disaster which either directly or indirectly affects all vitality, water availability, environment and economy negatively. In the literature, although it has been clustered by many classifications, drought has been classified into 4 classes as meteorological, agricultural, hydrological and socio-economic by many researchers and organizations. Hydrological drought refers to reductions and deficiencies in surface and ground waters due to long term lack of precipitation. In the preparation step of this thesis study, hydrological drought analysis has been done for Yeşilırmak, Kızılırmak and Euphrates Basins which are important water basins of Türkiye using Streamflow Drought Index (SDI) for the time scales of 1, 3, 6, 9, 12-month. For the analysis mean monthly streamflow records of 24 stations in Yeşilırmak Basin, 32 stations in Kızılırmak Basin and 36 stations in Euphrates Basin have been obtained from State Hydraulic Works (DSİ). From computed SDI values in time scales, drought times, the situations of drought and wet categories within the basins have been analyzed and using Inverse Distance Weighting (IDW) interpolation technique, the spatial distribution of drought and wet categories have been investigated in detail. In order to detect possible trends in SDI series, trends have been evaluated firstly by a significance test of Innovative Trend Analysis (ITA) as numerically. In the second step, a developed form of ITA that has been developed by adding 5 vertical and 5 horizontal lines to current ITA template has been applied as graphically to SDI series for investigation of possible trends of drought and wet categories. In the main part of the thesis, via SDI series of 1, 3, 6, 9, 12-month of Yeşilırmak, Kızılırmak and Euphrates Basin which have been obtained in preparation step and Yevjevich's Run Theory, drought severity and drought duration which are two important and proven to be interrelated characteristics of drought have been computed. Within the scope of the study, the dependency between drought severity and duration series of all stations have been investigated by a non-parametric rank correlation coefficient, Kendall's 𝛕. Marginal distributions of the acceptable drought severity and drought duration series have been determined separately by employing Normal, Lognormal, Weibull, Gamma, Exponential, Logistics distributions and among these distributions the best ones have been obtained by goodness of fit tests of Kolmogorov-Smirnov, Cramer Von Mises, Anderson Darling, Akaike Information Criterion, Bayesian Information Criterion, Chi-Square and Maximum Likelihood Estimation. Using best marginal distributions of drought severity and drought duration series, the conditional probabilities, univariate, bivariate and conditional return periods of drought severity and duration have been determined by using Gaussian, Student's t, Clayton, Gumbel, Frank, Joe, BB1, BB6, BB7 and BB8 types of the copula functions which have been recently used as popular in drought frequency analysis. Among all copula function types, the best copulas have been identified based on firstly considering tail dependence performance and secondly results of goodness of fit tests of Akaike Information Criterion, Bayesian Information Criterion and Maximum Likelihood Methods. The univariate drought severity and duration has been obtained for selected return periods 10, 20, 50, 100, 200, 500-year and bivariate return periods that are corresponding to these univariate drought severity and duration have been determined considering two cases which are“AND”and“OR”. Based on univariate and bivariate drought analysis, the drought risk of Yeşilırmak, Kızılırmak, Euphrates Basin in different time scales has been investigated by including the spatial effect. The conditional return periods have been investigated by considering two cases and determining a different scenario for each time scale. The results of the thesis study have shown that there have been many droughts near time, in three basins mild drought and wet (SDI≥0) categories are most repetitive categories in all time scales. The spatial distribution of drought categories has shown that many parts of the basins have been affected by drought categories by different spatial distributions. Trend results have indicated in three basins trends have been mostly detected as decreasing trends. The computed drought duration and severity series have shown that the basins have been exposed to longest lasted and highest droughts especially in 2000 and onwards. Since the 𝛕 values between the severity and duration series obtained for the basins are acceptable, the calculated marginal distribution analyzes showed that the most appropriate distributions for duration in the three basins were generally Lognormal, Gamma, Weibull distributions for severity, while the most appropriate distributions for duration have been determined to be Lognormal, Gamma, Weibull, Exponential distributions. The analysis also has shown that Gumbel copula is the most suitable copula for multivariate modelling of drought severity and duration in three basins and sometimes Joe, BB1, BB6, BB7, BB8 may also be suitable with a less numbers. Univariate and bivariate analysis have shown that different parts of the basins under the risk of drought based on time scale and return periods. The findings of the study are expected to be beneficial for water resources management plans and drought action plans of study areas.
Benzer Tezler
- Dicle Havzası'ndaki kuraklığın iki değişkenli kopula teorisi ile analizi
Drought analysis in the Tigris Basin with bivariate copula theory
YAVUZ AVŞAROĞLU
Doktora
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiHarran Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VEYSEL GÜMÜŞ
- Asi Havzası hidrolojik kuraklığının çok değişkenli kopula teorisi ile değerlendirilmesi
Evaluation of the hydrological drought in the Orantes Basin using multivariate copula theory
AHMET BAŞAK
Doktora
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiHarran Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEYSEL GÜMÜŞ
- Catchment scaled drought analysis: Integrated climate and hydrological perspectives
Havza ölçeğinde kuraklık analizi: Entegre iklim ve hidrolojik perspektifleri
SAEED VAZIFEHKHAH
Doktora
İngilizce
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN KAHYA
- Ağırlıklı fonksiyon uzaylarında tek ve iki değişkenli Sampling-Durrmeyer serilerinin yaklaşım özellikleri
Approximation properties of univariate and bivariate Sampling-Durrmeyer series in weighted spaces of functions
DİLEK ÖZER
- Correlation between knowledge and behaviour with covıd-19 health protocol compliance for adolescents in al-kenaniyah junior and senior high school, East Jakarta, Indonesia 2022
Al-kenaniah ortaokul ve lisedeki ergenler için COVID-19 sağlık protokolüne uyum ile bilgi ve davranış arasındaki ilişki, Doğu Jakarta, Endonezya 2022
SITI FARIHA TARMIZI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Halk SağlığıYeditepe ÜniversitesiHalk Sağlığı Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HALE ARIK TAŞYIKAN