Determination of Flood and Flash Flood Potential in the Aksu Stream (Borçka/Artvin) Sub‑Basins Based on Basin Morphometry

Abstract

This study aims to determine the flood and flash flood potential of seven sub-basins belonging to the Aksu (Deviskel) Stream, which originates from the Karçal Mountains and flows into the Çoruh River, through morphometric analysis. Using Geographic Information Systems (GIS) and Digital Elevation Models (DEM), fundamental morphometric parameters including geometric, linear, areal, and relief morphometric characteristics of the sub-basins were calculated, and flood risk was analyzed based on these parameters. The findings indicate that factors such as steep slopes, significant relief differences, dense stream networks, and high drainage density play a decisive role in the formation of flood and flash flood risks. Accordingly, the Çermik Dere sub-basin was identified as the area with the highest flood risk. The Bibyat, Dilber, Otingo, and Büyükdere sub-basins were classified as medium-risk zones, while the Değirmen Dere and Orta Dere sub-basins with lower slopes and less developed drainage structures were categorized as low risk areas. The results demonstrate that morphometric analysis is a valuable method for determining flood and flash flood potential. As such, morphometric analyses provide important preliminary information for flood risk assessments. The morphometric methods applied in this study contribute to practical fields such as water resource management, flood and flash flood risk analysis, erosion and sediment control, and infrastructure planning. Furthermore, this study serves as a reference for similar flood risk assessment studies in different regions.

Keywords

• Geographic Information Systems (GIS)
• Flood
• Morphometric Analysis
• River Basin

Aksu Deresi (Borçka/Artvin) Alt Havzalarında Sel ve Taşkın Potansiyelinin Havza Morfometrisi Açısından Belirlenmesi

Abstract

Bu çalışma, kaynağını Karçal dağlarından alarak Çoruh Nehrine dökülen Aksu (Deviskel) Deresi’ne ait 7 alt havzanın sel ve taşkın potansiyelini morfometrik analiz yöntemiyle belirlemeyi amaçlamaktadır. Çalışmada, Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ve Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) kullanılarak morfometrik analiz yöntemi ile alt havzaların temel özellikleri; geometrik, çizgisel, alansal ve rölyef morfometrik parametreleri hesaplanmıştır. Elde edilen veriler doğrultusunda sel/taşkın riski analizi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bulgular, yüksek eğim, büyük rölyef farkı, yoğun akarsu ağı ve yüksek drenaj yoğunluğu gibi unsurların sel ve taşkın riskinin oluşumunda belirleyici rol oynadığını göstermektedir. Bu doğrultuda, Çermik Dere alt havzası en yüksek taşkın riski taşıyan bölge olarak belirlenmiştir. Bibyat, Dilber, Otingo ve Büyükdere havzaları ise taşkın riskinin orta düzeyde olduğu alanlar olarak sınıflandırılmış; eğimi daha düşük ve drenaj yapısı daha az gelişmiş olan Değirmen Dere ve Orta Dere havzaları ise düşük riskli alanlar içerisinde yer almıştır. Çalışma sonuçları, morfometrik analizlerin sel ve taşkın potansiyelinin belirlenmesi açısından önemli bir yöntem olduğunu ortaya koymaktadır. Bu yönüyle morfometrik analizler, taşkın riski değerlendirmelerinde ön analiz aracı olarak değerli bilgiler sağlamaktadır. Bu çalışmada kullanılan morfometrik analizler; su kaynakları yönetimi, sel ve taşkın risk analizi, erozyon ve sediment kontrolü, alt yapı çalışmaları gibi kullanım alanları ile uygulamaya yönelik alanlara katkı sağlayacaktır. Ayrıca, bu çalışma farklı bölgelerde gerçekleştirilecek sel ve taşkın riski belirleme araştırmaları için de örnek niteliği taşımaktadır.

Keywords

• Coğrafi Bilgi Sistemleri
• Sel ve Taşkın
• Morfometrik Analiz
• Akarsu Havzası

References

1. Adesina, E., Ajayi, O., Odumosu, J., & Illah, A. (2024). Assessing the risk of soil loss using geographical information system (GIS) and the revised universal soil loss equation (RUSLE). Advanced GIS, 4(2), 42–53. https://publish.mersin.edu.tr/index.php/agis/article/view/1350
2. Ahmed, A., Hewa, G., & Alrajhi, A. (2021). Flood susceptibility mapping using a geomorphometric approach in South Australian basins. Natural Hazards, 106(2), 629–653. https://doi.org/10.1007/s11069-020-04481-z
3. Alam, A., Ahmed, B., & Sammonds, P. (2021). Flash flood susceptibility assessment using the parameters of drainage basin morphometry in SE Bangladesh. Quaternary International, 575–576, 295–307. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2020.04.047
4. Altıparmak, S., & Türkoğlu, N. (2018). Yakacık Çayı Havzasının (Hatay) morfometrik analizi. Ankara Üniversitesi Dil ve Tarih-Coğrafya Fakültesi Dergisi, 58(1), 353–374.
5. Altun, F. (2018). Afetlerin ekonomik ve sosyal etkileri: Türkiye örneği üzerinden bir değerlendirme. Sosyal Çalışma Dergisi, 2(1), 1–15.
6. Avcı, V., & Sunkar, M. (2015). Giresun’da sel ve taşkın oluşumuna neden olan Aksu Çayı ve Batlama Deresi havzalarının morfometrik analizleri. Journal of Geography, 30, 91–119.
7. Avcı, V., Dölek, İ., & Uzelli, T. (2023). Araklı ve çevresinde (Trabzon) sel ve taşkına neden olan derelerin morfometrik analizlerle taşkın duyarlılıklarının belirlenmesi. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, 13(3), 1024–1054. https://doi.org/10.31466/kfbd.1286455
8. Avcı, V., & Ünsal, Ö. (2023). A morphometric approach to Bozkurt (Kastamonu-Türkiye) flood. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 9(2), 216–239. https://doi.org/10.21324/dacd.1210797

9. Boutallaka, M., Miloud, T., El Mazi, M., & Hmamouchi, M. (2025). Assessment of current and future land sensitivity to degradation under climate change in the upstream Ouergha watershed (Morocco) using GIS and AHP method. International Journal of Engineering and Geosciences, 10(1), 46–58. https://doi.org/10.26833/ijeg.1521350
10. Bhat, M., Alam, A., Ahmad, S., Shah, H., & Ahmad, B. (2019). Flood hazard assessment of Upper Jhelum basin using morphometric parameters. Environmental Earth Sciences, 78, Article 54. https://doi.org/10.1007/s12665-019-8046-1
11. Bhatt, S., & Ahmed, S. A. (2014). Morphometric analysis to determine floods in the Upper Krishna basin using Cartosat DEM. GeoCarto International, 29(8), 878–894. https://doi.org/10.1080/10106049.2013.868042
12. Çavdar, C., Demirtaş, İ., Yiğit Avdan, Z., & Avdan, U. (2025). Evaluating the probability of rainwater collection as part of green infrastructure using GIS and RS technologies in industrial regions, Eskişehir, Türkiye. International Journal of Engineering and Geosciences, 10(1), 59–73. https://doi.org/10.26833/ijeg.1485389
13. Chorley, R. J. (1969). Introduction to fluvial processes (1st Edition). Routledge. https://doi.org/10.4324/9780429273315
14. Dobrovičová, S., Dobrovič, R., & Dobrovič, J. (2015). The economic impact of floods and their importance in different regions of the world with emphasis on Europe. Procedia Economics and Finance, 34, 649–655. https://doi.org/10.1016/S2212-5671(15)01681-0
15. Dos, M. E. (2022). Determination of city change in satellite images with deep learning structures. Advanced Remote Sensing, 2(1), 16–22.
16. Duong, N. V., & Gourbesville, P. (2016). Model uncertainty in flood modelling: Case study at Vu Gia Thu Bon catchment-Vietnam. Procedia Engineering, 154, 450–458.
17. Elbaşı, E., & Özdemir, H. (2018). Marmara Denizi akarsu havzalarının morfometrik analizi. Journal of Geography, 36, 63–84.
18. Ertoğral, O. (2024, 8–10 Ekim). Morfometrik analiz yönteminin taşkın riski ön değerlendirme çalışmalarında kullanılabilirliği: Yomra örneği [Konferans bildirisi]. TUCAUM 2024 Uluslararası Coğrafya Sempozyumu, Ankara, Türkiye.
19. Esen, F. (2022). Ayancık Çayı Havzası’nda (Sinop) meydana gelen taşkın olaylarının havza morfometrisi açısından değerlendirilmesi. International Journal of Geography and Geography Education, 47, 233–257. https://doi.org/10.32003/igge.1126933
20. Farhan, Y., Anaba, O., & Salim, A. (2016). Morphometric analysis and flash floods assessment for drainage basins of the Ras En Naqb area, South Jordan using GIS. Journal of Geoscience and Environment Protection, 4, 9–33. https://doi.org/10.4236/gep.2016.46002
21. Gravelius, H. (1914). Grundriß der gesamten Gewässerkunde: In vier Bänden. 1. Flußkunde. Göschen.
22. Guliyev, İ., & Hüseynov, R. (2024). Comparative character and monitoring of some parameters of the soil and vegetation by remote sensing in the zone of Zangilan. Advanced Remote Sensing, 4(1), 28–35.
23. Günek, H., Sunkar, M., & Toprak, A. (2013, 11–13 Kasım). Muş şehrini etkileyen Çar ve Muş derelerinin bazı jeomorfometrik indislere göre analizleri [Konferans bildirisi]. TMMOB Coğrafi Bilgi Sistemleri Kongresi, Ankara, Türkiye.
24. Habib, W., Mahmood, S., Huda, N. ul H., Noor, S., Saleem, A., Siraj, M., & Ahmad, H. (2023). A post earthquake damage assessment using GIS in district Mirpur, Pakistan. Advanced GIS, 3(2), 53–58.
25. Horton, R. E. (1932). Drainage basin characteristics. Eos, Transactions American Geophysical Union, 13, 350–361.
26. Horton, R. E. (1945). Erosional development of streams and their drainage basins: Hydrophysical approach to quantitative morphology. Geological Society of America Bulletin, 56(3), 275–370.
27. Jenson, S. K., & Domingue, J. O. (1988). Extracting topographic structure from digital elevation data for geographic information system analysis. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 54, 1593–1600.
28. İhlas Haber Ajansı. (2024, 7 Şubat). Artvin Borçka’da sel ve su baskınlarında camide mahsur kalan cemaat panik yaşadı. https://www.sondakika.com/ 3-sayfa/haber-artvin-borcka-da-sel-ve-su-baskinlarinda-camide-ma-16825414/
29. İrcan, M. R., Kale, M. M., & Duman, N. (2024). Morfometrik analizlerle taşkın duyarlılık değerlendirmesi: Şanlıurfa örneği. Geomatik, 9(3), 361–374. https://doi.org/10.29128/geomatik.1506840
30. Karabulut, M., Küçükönder, M., & Topuz, M. (2013, 19–21 Haziran). Alata (Erdemli) Deresi'nin jeomorfometrik analizi [Kongre bildirisi]. 2013 Coğrafyacılar Derneği Yıllık Kongresi, Elazığ, Türkiye.
31. Keller, E. A., & Pinter, N. (1996). Active tectonics: Earthquakes, uplift, and landscape (2nd ed.). Prentice Hall.
32. Korkanç, S. Y., & Korkanç, M. (2006). Sel ve taşkınların insan hayatı üzerindeki etkileri. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 8(9), 42–50.
33. Kopar, İ., Polat, S., Hadimli, H., & Özdemir, M. (2011). 4–6 Mart 2004 Pulur Çayı (Ilıca-Erzurum) sel-taşkın afeti. Doğu Coğrafya Dergisi, 10(13), 187–218.
34. Köle, M. M. (2016). Devrez Çayı vadisinin tektonik özelliklerinin morfometrik indisler ile araştırılması. Coğrafya Dergisi, 33, 20–36.
35. Makhmudov, R., & Teymurov, M. (2024). Importance of using GIS software in the process of application of analogue terrains and counter-approach technologies in water resources assessment. Advanced Remote Sensing, 4(1), 36–45.
36. Marwade, A., Patil, A., & Panhalkar, S. (2024). Mapping and prioritizing flash-flood susceptible watersheds in the Warana Basin, India: A morphometric analysis and total ranking approach for resilience planning. Journal of Geomatics, 18(1), 1–11. https://doi.org/10.58825/jog.2024.18.1.90
37. Matpay, B. (2024). Büyükdere Havzasına (Hizan-Bitlis) ait alt havzaların hidromorfometrik analizlerle taşkın duyarlılıklarının korelasyonu. International Journal of Geography and Geography Education, 53, 242–261. https://doi.org/10.32003/igge.1482830
38. Mazziotta, M., Pareto, A., & Greco, R. (2022). Normalization methods for spatio-temporal analysis of environmental performance: Revisiting the Min–Max method. Environmental Performance Journal, 18(3), 254–268. https://doi.org/10.1002/env.2345
39. Mayer, L. (1990). Introduction to quantitative geomorphology: An exercise manual. Prentice Hall International.
40. Melton, M. A. (1957). An analysis of the relations among elements of climate, surface properties, and geomorphology. Columbia University.
41. Miller, V. C. (1953). A quantitative geomorphic study of drainage basin characteristics in the Clinch Mountain area, Virginia and Tennessee. The Journal of Geology, 65(1), 112–141. https://doi.org/10.1086/626413
42. Nişancı, G. Ş., Cihangir, M. E., & Küçükönder, M. (2024). Türkiye’de ana akarsu havzaları ölçeğinde morfometrik indislerle sel/taşkın arasındaki ilişkinin değerlendirilmesi. Doğu Coğrafya Dergisi, 29(51), 13–40. https://doi.org/10.17295/ataunidcd.1461010
43. Obeidat, M., Awawdeh, M., & Al-Hantouli, F. (2021). Morphometric analysis and prioritisation of watersheds for flood risk management in Wadi Easal Basin (WEB), Jordan, using geospatial technologies. Journal of Flood Risk Management, 14, Article e12711. https://doi.org/10.1111/jfr3.12711
44. O’Callaghan, J., & Mark, D. M. (1984). The extraction of drainage networks from digital elevation data. Computer Vision, Graphics, and Image Processing, 28, 323–344.
45. Özdemir, H. (2011). Havza morfometrisi ve taşkınlar. In D. Ekinci (Ed.), Havza morfometrisi ve taşkınlar (pp. 507–526). Türk Coğrafya Kurumu Yayınları.
46. Öztürk, D. (2009). CBS tabanlı çok ölçütlü karar analizi yöntemleri ile sel ve taşkın duyarlılığının belirlenmesi: Güney Marmara havzası örneği [Doktora tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi. https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi
47. Pala, İ., & Algancı, U. (2025). Investigating the performance of super-resolved remote sensing images on coastline segmentation with deep learning-based methods. International Journal of Engineering and Geosciences, 10(1), 93–106. https://doi.org/10.26833/ijeg.1522143
48. Partigöç, N. S., & Dinçer, C. (2024). Coğrafi bilgi sistemleri (CBS) tabanlı afet risk analizi: Denizli ili örneği. Geomatik, 9(1), 27–44. https://doi.org/10.29128/geomatik.1261051
49. Prabhakaran, A., & Raj, J. (2018). Drainage morphometric analysis for assessing form and processes of the watersheds of Pachamalai hills and its adjoining areas, Central Tamil Nadu, India. Applied Water Science, 8, Article 64. https://doi.org/10.1007/s13201-018-0646-5
50. Patton, P. C., & Baker, V. R. (1976). Morphometry and floods in small drainage basins subject to diverse hydrogeomorphic controls. Water Resources Research, 12(5), Article 941. https://doi.org/10.1029/WR012i005p00941.
51. Polat, P., Kopar, İ., & Yalçın, F. (2023). Günebakan (Erzincan) seli örneği ile Esence Dağları’nın güney-güneybatı aklanında oluşan moloz yüklü eski ve yeni selleri denetleyen morfometrik faktörler. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 9(2), 279–294.
52. Pike, R. J., & Wilson, S. E. (1971). Elevation-relief ratio, hypsometric integral and geomorphic area-altitude analysis. Geological Society of America Bulletin, 82, 1079–1083.
53. Portuguez, M., Arumí, J., Stehr, A., Lagos, O., Chavarri, E., & Rivera Ruiz, D. (2023). Mapping of areas vulnerable to flash floods by means of morphometric analysis with weighting criteria applied. Water, 15, Article 1053. https://doi.org/10.3390/w15061053
54. Sarıgül, O., & Turoğlu, H. (2020). Kahramanmaraş şehri sel ve taşkınlarının coğrafi analizi ve öngörüler. Journal of Geography, 40, 275–293. https://doi.org/10.26650/JGEOG2020-0018
55. Schumm, S. A. (1956). Evolution of drainage systems and slopes in badlands at Perth Amboy, New Jersey. GSA Bulletin, 67, 597–646.
56. Smith, K. G. (1950). Standards for grading texture of erosional topography. American Journal of Science, 248, 655–668.
57. Soni, S. (2017). Assessment of morphometric characteristics of Chakrar watershed in Madhya Pradesh, India using geospatial technique. Applied Water Science, 7, 2089–2102. https://doi.org/10.1007/s13201-016-0395-2
58. Strahler, A. N. (1952). Quantitative analysis of watershed geomorphology. Transactions of the American Geophysical Union, 38, 913–920.
59. Strahler, A. N. (1964). Quantitative geomorphology of drainage basin and channel networks. In V. Chow (Ed.), Handbook of applied hydrology (pp. 439–476). McGraw Hill.
60. Tabakoğlu, C. (2024). A review: Detection types and systems in remote sensing. Advanced GIS, 4(2), 100–105.
61. Tarboton, D. G., Bras, R. L., & Rodríguez-Iturbe, I. (1991). On the extraction of channel networks from digital elevation data. Hydrological Processes, 5(1), 81–100. https://doi.org/10.1002/hyp.3360050107
62. Utlu, M., & Özdemir, H. (2018). Havza morfometrik özelliklerinin taşkın üretmedeki rolü: Biga Çayı havzası örneği. Journal of Geography, 36, 49–62.
63. Yıldız, E., & Er, F. (2023). Coğrafi bilgi sistemleri ve çok kriterli karar verme yöntemleri: Hibrit çözüm yaklaşımı ile Siirt örneği. Geomatik, 8(3), 222–234. https://doi.org/10.29128/geomatik.122