İklim Değişikliğinin Yüzey Akışı Üzerine Etkisinin Modellenmesi

Hidrolojik modellemeye genelde iki nedenden ötürü ihtiyaç duyulmaktadır (Fıstıkoğlu 1999):

 İlgi duyulan sistemin nasıl işlediğini, süreç mekanizmalarını tanımlayıp açıklamak,

 Modellenen sistemin farklı girdiler ve koşullar altında vereceği cevapları önceden kestirmektir (senaryo üretimi).

İklim değişikliği ve etkilerinin anlaşılabilmesi, sınırlı olan su kaynaklarının verimli olarak kullanılabilmesinin amaçlandığı modelleme çalışmaları sırasında; hidrolojik süreçlerde yer alan yağış, akış, sızma, evapotranspirasyon, v.b. gibi olayları ayrı ayrı veya birleşik olarak açıklayan modeller geliştirilmiştir. Böylece su kaynakları yönetiminde karşılaşılan sorunlara hidrolojik modeller yardımı ile çözüm üretilebilmektedir (Bayat 2011).

Yağış akış rejimini tahmin etmede kullanılan pek çok model vardır. Bunlara örnek olarak HEC-HMS (Hydrologic Modeling System), SWMHMS (Small Watershed Monthly Hydrologic Modeling System), HSPF (Hydrological Simulation Program-Fortran), PRMS (The Precipitation-Runoff Modeling System), EPIC (The Environmental Policy Integrated Climate) & APEX (The Agricultural Policy/Environmental eXtender) Model, AGNPS (An Agricultural Nonpoint Source Model), CREAMS (Chemicals, Runoff, and Erosion from Agricultural Management Systems), SWRRB (Simulator for Water Resources in Rural Basins), GLEAMS (Groundwater Loading Effects of Agricultural Management Systems), WMS (Watershed Modelling System), ANSWERS (Areal Nonpoint Source Watershed Environmental Simulation) ve ARMA (Autoregressive Moving Average) modelleri verilebilir. Dünya’da da birçok araştırmacı tarafından farklı hidrolojik modeller kullanılarak son zamanlarda yapılan denemeler ile güvenilir doğrulukta sonuçlar elde edilmiştir. Bunlara örnek olarak AGNPS Model (Babel ve ark. 2004), HEC-HMS Model (Haberlandt ve Radtke 2013), SWMM Model ve Bulanık Mantık Modeli (Wang ve Altunkaynak 2012), HEC-HMS Model ve HEC-RAS Model (Tahmasbinejad ve ark. 2012) çalışmaları verilebilmektedir.

Allred ve Haan (1996) geliştirdikleri SWMHMS Modelini A.B.D.’nin farklı bölgelerindeki değişik iklim ve arazi kullanımına sahip 6 havzada test etmişler ve modelin aylık akım miktarlarında büyük kar yağışları dışında oldukça güvenilir sonuçlar verdiğini belirtmişlerdir. Modelde kullanılan havza parametreleri içinde aylık akımları hesaplamada en hassas olanın CN (eğri numarası) olduğunu vurgulamışlar ve bu sonuçların kırsal havzalarda su yönetimi kararlarında SWMHMS Modelinin önemli oranda faydalı olabileceğini ifade etmişlerdir. Altı havzada yaptıkları çalışmada karelerinin farklarının toplamı değerlerinin

daha uygun sonuçlar verdiğini, bu havzalarda korelasyon katsayısının 0,60 ile 0,95 arasında değiştiğini bulmuşlardır. SWMHMS Modelini bu modele göre daha kompleks bir model olan ve aylık akım hesaplamasında aynı eşitliği kullanan CREAMS Modelinin kullanıldığı 4 havzada test etmişler ve bu havzalar için ortalama korelasyon katsayısını 0,77 bulmuş iken CREAMS Modelinin bu havzalar için ortalama korelasyon katsayısını 0,74 olarak hesapladığını belirtmişlerdir. Bu da modelin korelasyon yönüyle karşılaştırıldığında simüle edilen akımlar ile ölçülen akımlar arasında tutarlı sonuçlar verdiğini göstermektedir.

İklim değişikliğinin etkileri ile birlikte, suyun stratejik öneminin arttığı günümüzde hidrolojik bileşenlerin dağılımı, miktarı ve potansiyelinin belirlenebilmesi için klasik yöntemler ile birlikte hidrolojik modellerin kullanımı ülkemizde de gündeme gelmiştir.

Bakanoğulları (2002) doktora çalışmasında Kumdere Havzasında SWMHMS Modeli uygulamıştır. 16 yıllık verilere göre ölçülen ortalama aylık yağışı 50,0 mm, ortalama aylık akım değeri 1,5 mm, havza yıllık su verimi 18,0 mm olarak bulunmuştur. Havza için bulunan hidrolojik parametreler ile SWMHMS Modeli kullanılarak yapılan simülasyon neticesinde ortalama aylık akım 1,91 mm, yıllık havza su verimi 22,9 mm, simüle ile ölçülen akımın korelasyon katsayısı 0,79 olarak hesaplanmıştır. Havzada bulunan hidrolojik parametreler için SWMHMS Modeli kullanılarak optimizasyon yapılmıştır. Optimizasyon sonucunda elde edilen havza hidrolojik parametreleri ile yeniden simülasyon yapılmış; aylık ortalama akım 1,26 mm, yıllık su verimi 15,15 mm, korelasyon katsayısı 0,84 olarak belirlenmiştir. Bu sonuçlar SWMHMS Modelinin her iki simülasyon sonuçlarına göre Kumdere Havzasında uygulanabilir olduğunu göstermiştir. Ayrıca Bakanoğulları ve ark. (2011) Trakya Bölgesi’nde yer alan Damlıca ve Vize deresi havzalarında yaptıkları çalışmada ölçülen uzun yıllar yağış, akım ve meteorolojik verileri, havzalar için bulunan hidrolojik parametreler ile birlikte SWMHMS Modele girerek çalıştırmışlar, simülasyon, optimizasyon ve hassalık analizi yapılmışlardır. Sonuçta gözlenen ve tahmin edilen akımlar karşılaştırılmış, havza hidrolojik parametreleri bulunan havzalarda bazı hidrolojik yapıların boyutlandırılması için gereken verilerin belirlenmesinde bu modelin kullanılmasının tatminkâr sonuçlar verdiğini gözlemlemişlerdir.

Ankara-Yenimahalle-Güvenç havzasında 1989-1997 yılları arası yapılan gözlemlere göre ortalama 464,4 mm yağış sonucu 100,0 mm akım, 29,6 mm yüzey akış gözlenmiştir. SWRRB Model ile 39,8 mm akım, AGNPS Model ile 48,5 mm ve GLEAMS ile 34,5 mm yüzey akış olacağı tahmin edilmiştir. Yıllık ortalama sediment verimi 3,6 t ha-1 _{olan havzada,}

AGNPS Modeli ortalama 19,9 t ha-1 (en az 5,5 ve en fazla 33,0 t ha-1), SWRRB Modeli ortalama 19,8 t ha-1 (en az 0,1ve en fazla 63,9 t ha-1) ve GLEAMS Modeli ise ortalama 1,3 t

ha-1 _{(en az 0,2 ve en fazla 2,2 t ha}-1_{) sediment verimi tahmin edilmiştir (Apaydın ve Öztürk}

2003).

Öztürk ve ark. (2003) AGNPS Modeli Bilecik-Pazaryeri-Kurukavak deresi su toplama havzasında 1994-1996 yılları verileri ile denemişler, model değerlerinin gözlem değerleri üzerine etkinliğinin homojen olduğunu diğer bir ifade ile aynı popülasyona ait olduğunu ve model değerlerinin gözlem değerlerini temsil edebileceği kanısına varmışlardır. Aynı modeli Aydın ve Yıldırım (2003) Şanlıurfa Köy Hizmetleri Araştırma Enstitüsü havzalarından biri olan Harabe Deresi havzası verilerini esas alarak uygulamışlar, 1992-1996 yılları arasında düşen ve 25,4 mm’den büyük olan yağışlar sonucu ortaya çıkan yüzey akışları AGNPS Modeli ile tahmin etmişlerdir. Sonuçta, yöre koşullarında mart ve mayıs ayları arasındaki dönemde yüzey akış tahminlerinde AGNPS Modelinin kullanılabileceği belirlenmiştir.

Göncü (2005) “İklim Değişikliğinin Su Havzalarına Etkisinin HSPF Modeli ile İncelenmesi“ adlı doktora çalışmasında hipotetik havzalar oluşturulup bunlar üzerinde iklim değişikliğinin ne gibi etkiler oluşturabileceğini HSPF Model programı kullanarak incelemiştir. Böylece gelecekteki koşullara uygun planlar için öngörüler yapabilmiş ve çalışma sonucunda, iklim değişikliği ile havzadaki akarsu debilerinde yaz aylarında %70’lere varan azalma, kış aylarında %140’lara varan artışların olabileceğini ayrıca göl hacimlerinde ise yaz aylarında %13’lere varan azalma, sonbahar ve kış aylarında ise %20’lere varan artışlar olabileceğini belirlemiştir.

Moriasi ve ark. (2012) hidrolojik ve su kalitesi (H/WQ) modellerinin giderek toprak ve su kaynaklarının miktar ve kalite, arazi kullanımı, arazi ve ürün yönetim uygulamaları ve iklim etkilerini değerlendirmek için kullanıldığını ve bu modellerin kalibrasyon ve doğrulama araştırmalarının kullanılmadan önce mutlaka yapılması gerektiğini belirtmişlerdir. Birçok (22) araştırma makalesi ile 25 H/WQ modellerini (ADAPT, BASINS/HSPF, CREAMS/GLEAMS, CoupModel, Daisy, DRAINMOD, EPIC and APEX, HYDRUS, KINEROS/AGWA, MACRO, MIKE-SHE, MT3DMS, RZWQM, SHAW, STANMOD, SWAT, SWIM, TOUGH2, VS2DT, WAM, WARMF, WEPP) karşılaştırmışlar temel yönlerini tanıtmış ve özetlemişlerdir. 25 H/WQ modellerinin alansal olarak ölçeğin ne olduğu, değişkenlerin günlük, aylık ya da saatlik mi girildiği, referans yayınların neler olduğu, modellere ulaşılabilecek kaynakların adresleri, coğrafi bilgi sistemleri ara yüzünün olup olmadığı, modeller için kullanıcı desteği ve durumu ayrıca bunlara erişim adresleri, geliştiriciler tarafından önerilen kalibrasyon ve validasyon yaklaşımlarının ve son olarak da performans

değerlendirme yöntem ve kriterlerinin neler olduğu belirtilmiştir. Böylece bu çalışma ile model kullanıcıları kendi çalışma alanlarına uyacak modeli kolayca seçebileceklerdir.

Perazzoli ve ark. (2012) SWAT hidrolojik modeli güney Brezilya Concórdia Nehri drenaj havzasında uygulamıştır. Akış ve sediment üretimini analiz ederek iklim senaryolarını uygulamışlardır. Akış ve sediment üretimi referans dönem ( 1961-1990) ile karşılaştırılmış ve IPCC iklim senaryoları A2 ve B2 döneminde 2071-2100 yılları boyunca simüle edilmiştir. Akış ve sediment verimi referans yıllar için Nash-Sutcliffe katsayıları ile aylık olarak test edilmiş ve sırasıyla 0,82 ve 0,83 bulunarak iyi bir uyum göstermiştir. A2 ve B2 senaryoları için simülasyonlar yapıldığında akışta sırasıyla %39,2 ve %41,2 azalma görülmüştür. Günlük değerlere ve ekstrem durumlara bakıldığında A2 senaryosunda daha çok uç değerler gözlenmiştir. A2 senaryosu maksimum değerler göstermesine rağmen yağış serisinde önemli sapmalar görülmemiştir. Sediment üretimi akım ile aynı değişimi göstermiştir.

Cornelissen ve ark. (2013) Batı Afrika Havzasında WaSiM (The Water balance- Simulation Model), SWAT (The Soil Water Assessment Tool), UHP-HRU hidrolojik modeli ve GR4J yağış akış modelini, üç adet arazi kullanım senaryosu ve iki adet A1B ve B1 iklim senaryoları ile 1998-2001 ve 2003-2004 yılları için kalibre ederek, gelecek 2001-2010, 2011- 2020, 2021-2030, 2031-2040 ve 2041-2050 yılları için toplam deşarj, yağış, potansiyel evapotranspirasyon, gerçek evapotranspirasyon ve akış katsayısını hesaplamıştır. Arazi kullanım senaryoları karşılaştırıldığında bu modellerin arazi kullanımı değerlendirmek için uygun olduğu belirlenmiştir. Tüm modellerin (WaSiM modelin dışında) toplam deşarj için uygun olduğu hatta bu çalışma için UHP-HRU modelin en uygun olduğu görülmüştür.

Narsimlu ve ark. (2013), Yukarı Sind Nehri havzasında iklim değişikliğinin su kaynakları üzerine etkisini incelemişlerdir. 1992-2000 yılları arasında aylık gözlenen akımlar ile SWAT Model kullanılarak simüle edilen akımlar arasında p faktörü, d faktörü, korelasyon katsayısı ve Nash-Sutcliffe katsayısı ile sırası ile 0,73, 0,42, 0,82, 0,80 ve 2001-2005 yılları arasında ise sırası ile 0,42, 0,36, 0,96 ve 0,93 oranında uyum elde etmişlerdir. PRECIS Model ile Hint koşullarında A1B senaryosu altında yıllık akım miktarında 2021-2050 yılları arasında %16,4 ve 2071-2098 yılları arasında %93,5 artış olabileceği sonucuna varmışlardır.