Hızlı kentleşmenin havza hidrolojisine ve sediment yüklerine etkisinin arazi değişim modeli ve iklim değişikliği senaryoları ile incelenmesi
Investigating the impacts of rapid urbanization on basin hydrology and sediment loads with land change model and climate change scenarios
- Tez No: 979018
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEZAR GÜLBAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Alibey Barajı, Havza modellemesi, Kentleşme, Sediment anahtar eğrisi, Yapay sinir ağları, İklim değişikliği, Alibey Dam, Basin modelling, Urbanization, Sediment key curve, Artificial neural networks, Climate change
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İklim değişikliği ile arazi kullanımı/arazi örtüsü (AKAÖ) değişimi, havza ölçeğinde su döngüsü ve sediment taşınımını etkileyen en kritik çevresel etmenler arasında yer almaktadır. Bu çalışmada, özellikle inşa edilen havalimanının etkisiyle meydana gelen hızlı kentleşmenin, bir içme suyu havzası olan Alibeyköy Havzası üzerindeki hidrolojik etkileri ve sediment taşınımına yönelik sonuçları, AKAÖ değişimi modellemesi ve iklim değişikliği senaryoları ile değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında, gelecekteki AKAÖ değişimleri, Çok Katmanlı Algılayıcı-Markov Zinciri (MLP-MC) yöntemi ile öngörülmüştür. İklim projeksiyonları beş farklı Küresel İklim Modeli (GFDL-ESM2M, HadGEM2-ES, IPSL-CM5A-LR, MIROC, NorESM1-M) ve iki farklı iklim senaryosu (RCP 4.5 ve RCP 8.5) dikkate alınarak oluşturulmuştur. SWAT (Soil and Water Assessment Tool) havza modeli, Alibeyköy Havzası özelinde akış ve sediment yüklerinin simülasyonu amacıyla kalibre edilmiş ve farklı dönemlerde valide edilmiştir. Ek olarak, güncel tarihli sediment yükü verileri saha ve laboratuvar çalışmalarıyla elde edilmiştir. Bu veriler, modelin performansını doğrulamak amacıyla ek validasyon sürecinde kullanılmıştır. AKAÖ değişimi tahmininde yüksek doğruluk elde edilmiş ve bu durum Kappa değerinin 0.95 olarak belirlenmesiyle desteklenmiştir. SWAT havza modeli akış simülasyonlarında hem kalibrasyon hem de validasyon periyotları için NSE değeri 0.5'in üzerinde bulunarak tatmin edici sonuçlara erişilmiştir. Saha ve laboratuvar analizleri ile oluşturulan sediment verileri kullanılarak yapılan ek validasyon sonuçlarında NSE değeri 0.5'in altında olmasına rağmen gözlem ve simülasyon arasındaki trend uyumu kabul edilebilir olarak yorumlanmıştır. Tez çalışması kapsamında elde edilen bulgular üç farklı açıdan ele alınmıştır: İlk olarak, havalimanı inşaatı öncesi ve sonrası AKAÖ durumları karşılaştırılarak bu etkinin hidrolojik ve sediment yükü özelindeki sonuçları havza modeli aracılığıyla incelenmiştir. Elde edilen bulgular, havalimanı inşaatının yüzey akışlarını artırarak bölgesel ölçekte erozyon ve sediment taşınımını hızlandırdığını göstermektedir. Sonrasında, havza modeline gelecek AKAÖ tahmin senaryoları entegre edilerek Alibey Barajı rezervuarında sediment birikimi öngörülmüştür. Alibey Barajı'nda gözlenen sediment birikiminin uzun vadede ölü hacimde artış potansiyeli taşıyabileceği, ancak kısa ve orta vadede toplam rezervuar hacmi açısından kritik bir tehdit oluşturmadığı sonucuna varılmıştır. Son olarak, havza modeline geleceğe yönelik AKAÖ ve iklim değişikliği senaryoları entegre edilerek kombine analizler yapılmıştır. Bu analizler sonucunda, havzada ortalama akış değerlerinde azalma eğilimi gözlenmiştir. Söz konusu azalmanın temel nedeni iklim değişikliği olarak belirlenirken, sediment yüklerindeki artışın ise büyük ölçüde AKAÖ değişiminden kaynaklandığı ortaya konmuştur.
Özet (Çeviri)
Climate change and land use/land cover (LULC) change are among the most critical environmental factors affecting the water cycle and sediment transport at the watershed scale. In this study, the hydrological impacts and sediment transport outcomes of rapid urbanization, particularly due to the construction of an airport in the watershed, were investigated. These effects on the Alibeyköy Watershed, which is a drinking water basin, were evaluated based on LULC change modeling and climate change scenarios. Within the scope of the study, future LULC changes were projected using the Multilayer Perceptron-Markov Chain (MLP-MC) method. Climate projections were generated by considering five different Global Climate Models (GFDL-ESM2M, HadGEM2-ES, IPSL-CM5A-LR, MIROC, NorESM1-M) and two different climate scenarios (RCP 4.5 and RCP 8.5). The SWAT (Soil and Water Assessment Tool) watershed model was calibrated for the simulation of streamflow and sediment loads and was validated for different periods. In addition, recent sediment load data were obtained through field sampling and laboratory analyses. These data were used in an additional validation process to verify the model's performance. High accuracy was achieved in estimating the LULC change and this was supported by the Kappa value being determined as 0.95. In the SWAT watershed model streamflow simulations, the NSE value was found to be above 0.5 for both calibration and validation periods, indicating satisfactory results. Although the NSE value in the additional validation using the sediment dataset created through field sampling and laboratory analyses was below 0.5, the trend agreement between observation and simulation was interpreted as acceptable. The findings were addressed from three perspectives: First, by comparing the LULC conditions before and after the airport construction, the hydrological and sediment load-related outputs of this impact were evaluated using the watershed model. The findings showed that the airport construction increased surface runoff and accelerated erosion and sediment transport on a regional scale. Then, future LULC projection scenarios were integrated into the watershed model to predict sediment accumulation in the Alibey Dam reservoir. It was concluded that the observed sediment accumulation in the Alibey Dam may lead to an increase in dead storage in the long term, but does not pose a critical threat to the total reservoir volume in the short and medium term. Finally, as a result of the combined scenario analyses of future LULC and climate change, a decreasing trend in average streamflow values was observed. This decrease was mainly attributed to climate change, while the increase in sediment loads was largely found to result from LULC change.
Benzer Tezler
- Boğaçayı havzası sorunları ve bunların çözümlenmesinde havza yönetimi önerileri
Boğaçayi watershed problems and watershed management suggestions in solutions to these problems
SÜLEYMAN KARAGÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Ormancılık ve Orman MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiOrman Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NİLÜFER YAZICI
- Yağış-havza-biyotutma sisteminin hidrolojik-su kalitesi modellemesi ve deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation and hydrologic-water quality modeling of rainfall-watershed-bioretention system
SEZAR GÜLBAZ
Doktora
Türkçe
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVZA MELEK KAZEZYILMAZ ALHAN
- Bitkili kuru yağmur hendeğinin performansının deneysel ve matematiksel modelleme ile değerlendirilmesi
Evaluation of vegetative swale performance via experimental and mathematical modeling
KEBİR EMRE SARAÇOĞLU
Doktora
Türkçe
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşaİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVZA MELEK KAZEZYILMAZ ALHAN
- Investigating the effects of low impact developments on urban runoff reduction
Düşük etkili gelişme yöntemlerinin şehir taşkınlarını azaltma etkilerinin incelemesi
SINA SAMOUEI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ÖZGER