İklim Değişikliği ve Hidrolojik Modeller

Genel çevrim modelleri sonuçlarına göre yüzyılın sonuna kadar atmosferdeki sera gazı salınımının artışı nedeniyle, dünyanın birçok bölgesinde sıcaklık artışlarının meydana geleceğini göstermektedir. Sıcaklık değerlerindeki bu artışın, iklim ve havayı değiştirerek, nem ve nehir akımları gibi birçok hidrolojik değişken üzerinde de önemli ölçüde etkisi olacaktır (Tavakoli ve Smedt, 2011). İklim değişikliğinin etkileri küresel boyutta en kapsamlı şekilde Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) kuruluşu tarafından sunulmaktadır. IPCC tarafından 2014 yılında sunulan son raporda iklim sisteminde ısınma olduğu net olarak ortaya konmuştur. IPCC raporu ile birlikte ülkemizde Meteoroloji Genel Müdürlüğü (MGM) tarafından bölgesel iklim modelleri kurulmaktadır. MGM tarafından yürütülen çalışmalar ile ülkemiz ve bölgesine ait iklim projeksiyonları üretilmektedir. Üretilen bu iklim projeksiyonlarına göre ülkemizde de yüzyılın sonuna kadar ortalama sıcaklık değerlerinde artış, ortalama yağış miktarlarında ise azalış beklenmektedir (MGM, 2015).

Nüfus artışı ve dere yataklarına yakın bölgelerdeki yapılaşmalar taşkın sorunlarının artmasına neden olmuştur. Ayrıca iklim değişikliği ile birlikte aşırı yağış olaylarının sıklığının artması da taşkın problemini daha büyük bir boyuta taşımıştır (Al-Sabhan ve diğ, 2003). Taşkın problemindeki artışla birlikte, akış değerlerinin doğru şekilde öngörülmesi önem kazanmış olup, bu konuda çeşitli hidrolojik modelleme yaklaşımları geliştirilmektedir.

Hidrolojik modeller ağırlıklı olarak, yükseklik, toprak türü ve arazi kullanımı gibi çeşitli parametreleri dikkate alarak bölgesel/havza ölçeğinde akış tahminleri yapmak için kullanılır. Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ve Uzaktan Algılama gibi mekansal araştırma teknolojilerinin hızlı bir şekilde gelişmesiyle birlikte, hidrolojik modeller de bu teknolojilere uyum sağlamıştır (Li ve Zhang, 2008). Hidrolojik modeller genel olarak, toplu (lumped) ve yayılı (distributed) olmak üzere iki kategoriye ayrılmıştır

(Bell ve diğ, 2007). Toplu hidrolojik modeller yağış, arazi kullanımı, toprak türü gibi değişkenlerin mekansal ortalamasını kullanır. Tüm parametrelerin havza üzerinde üniform olarak dağıldığını varsayar. Grid yapısına dayalı yayılı hidrolojik modellerde ise havza değişkenlerinin alansal olarak çeşitliliği göz önünde bulundurulur.

Carpenter ve Georgakakos (2006) yayılı modellerin havza karakteristiklerinin alansal olarak değişken tanımlanabilmesinden dolayı, akış tahminlerini geliştirebileceğini, fakat kullanılan havza karakteristikleri ve yağış verilerinin çözünürlüklerinin düşük olması durumunda tahminlerdeki doğruluk oranlarını düşürebileceğini belirtmişlerdir. Shultz (2007) oluşturduğu yapay havzalar üzerinde toplu ve yayılı model yaklaşımlarını kullanarak, modelleme metotlarının farklı yağış olaylarına göre verdiği sonuçları değerlendirmiştir. Her iki modelleme tekniğinin birbirine yakın sonuçlar verdiğini belirtmekle birlikte, yağış sisteminin membadan mansaba doğru hareket ettiği durumda, pik debi değerlerinin yayılı modellerde toplu modellere göre biraz daha yüksek değerler verdiği sonucuna varmıştır. Yağış sisteminin mansaptan membaya doğru hareket ettiği durumda ise pik debi değerlerinin yayılı modellerde toplu modellere göre biraz daha düşük değerler verdiğini belirtmiştir. Fortin ve diğ. (2006) Fransa'da yer alan çeşitli havzalar üzerinde 3 farklı yayılı hidrolojik model kullanarak, akış tahmininde bulunmuşlardır. Çalışma alanı üzerinde üniform şekilde dağılan veri kullanarak, üniform verilerin yayılı model ile kullanımını incelemişlerdir. Araştırmalarının sonucunda, model girdi verilerin en az bir bölümünün yayılı olması gerektiğini belirtmişlerdir.

Havza modelleme yaklaşımları Genel Çevrim Modelleri tarafından üretilen iklim verilerinin bölgesel su kaynakları üzerindeki potansiyel etkilerini belirlemede yaygın bir şekilde kullanılmaktadır (Luo ve diğ, 2013). Jiang ve diğ. (2007) iklim değişikliğinin Güney Çin bölgesindeki havzalardaki su miktarına etkilerini inceledikleri çalışmalarında, 6 farklı su bütçesine dayalı hidrolojik model kullanmışlardır. Çalışmalarının sonucunda, iklim değişikliğinin havzalar üzerinde olumsuz etkilerinin olası olduğunu belirterek, su temini ve taşkın kontrolü konularında stratejiler geliştirilmesi gerektiğini belirtmişlerdir. Dibike ve Coulibaly (2005) Kanada Saguenay havzasında iklim değişikliği etkilerini belirlemek amacıyla, farklı ölçek küçültme tekniklerini değerlendirmişlerdir. Çalışmalarında ayrıca kavramsal ve ampirik hidrolojik modelleri kullanarak, iklim değişikliğinin havzanın

hidrolojik rejimine etkilerini incelemişlerdir. Artan sıcaklıkla birlikte kış aylarında düşük akımlarda ve bahar aylarında kar erimesi kaynaklı yüksek akımlarda artış olacağını tespit etmişlerdir. Moran ve diğ. (2014) iklim değişikliği ve arazi kullanımı değişimlerinin Kuzey İspanya'da yer alan Pyrenean havzası su potansiyeli üzerine etkilerini inceledikleri çalışmalarında Soil and Water Assessment Tool (SWAT) modeli ve Regional Hydro-ecological Simulation System (RHESSys) modelini kullanmışlardır. SCS eğri numarası metodunu kullanarak elde ettikleri akım değerleri sonuçlarına göre, SWAT modeli iklim değişikliğinin hidrolojik değişkenler üzerine etkisini daha yüksek verirken, RHESSys modeli arazi kullanımındaki değişimlerin etkisi konusunda daha hassas sonuçlar vermiştir. Minville ve diğ. (2008) toplu hidrolojik modelleme yaklaşımını kullanarak, iklim değişikliği senaryolarının Kanada'da yer alan Chute-du-Diable havzasının mevcut ve gelecek dönem akım değişkenlerine etkisini incelemişlerdir. En önemli hidrolojik etki olarak, bahar taşkınlarının mevcut duruma göre daha erken bir zamanda meydana geleceğini belirtmişlerdir. Poulin ve diğ. (2011) iklim değişikliği etkileri çalışmalarında hidrolojik modellerdeki belirsizlikleri incelemişlerdir. Çalışmada kavramsal toplu ve fiziksel yayılı hidrolojik modelleme yaklaşımlarını kullanarak, model yapıları ve kalibrasyon parametrelerinin belirsizliklere katkılarını araştırmışlar ve model iç yapısındaki belirsizliklerin, parametre belirsizliklerine göre daha önemli olduğu sonucuna varmışlardır. Fiziksel modellerin hidrolojik olayları daha gerçekçi modellemesine karşın, kavramsal modellerin uygulamasının daha kolay olduğunu belirtmişlerdir. Dobler ve diğ. (2012) iklim değişikliğinin Lech havzasındaki potansiyel taşkın riskine etkilerini analiz etmişlerdir. Yarı yayılı hidrolojik model kullanarak, mevcut durum ve 2071-2100 yılları arası için gelecek zaman periyodundaki koşulların simülasyonunu gerçekleştirmişlerdir. Çalışmalarının sonucunda, yıllık ortalama taşkın şiddetlerinde azalma ve mevsimsel taşkınların zamanlarında ötelenme tespit etmişlerdir. Ayrıca gelecek zamanda 10 yıllık taşkınlarda azalma olacağı sonucunu elde ettikleri çalışmada, daha yüksek dönüş aralıklarında belirsizlik olduğunu belirtmişlerdir.