Hydrological Evaluation of Streamflow Drought Index Method for Different Time Scales: A Case Study of Arsuz Plain, Turkey

Abstract

Drought has been among the priority issues for a long time because of its effects that vary depending on duration and severity. Hydrological drought can be explained as the decrease in clean water resources caused by climate change. In this paper, Arsuz Plain, one of the agricultural protected area in the Asi River Basin, was selected as the case study for the hydrological drought analysis. Firstly, discharge-time and flow duration curves (FDC) were created by using monthly average discharge data between the years of 1990 and 2015 which were obtained from three different Flow Observation Stations (FOSs) (numbered D19A021, D19A022 and D19A023), located close to each other. With the help of these data, Streamflow Drought Index (SDI) values were calculated for different time scales such as 3, 6 and 12 months. Consequently, it has been seen that all three stations have similar results in terms of the peak flow rate values excluding a few periods. As of 2000, it has been observed that Extreme Drought and Extremely Wet periods have started to occur in the basin for these stations. While the most wet period began between the years 2009 and 2010, the driest period was 2014. Considering the course of the drought event in different time scales, it can be concluded that the number of dry periods has increased in recent years.

Keywords

• Hydrological Drought
• Streamflow Drought Index
• Climate Change
• Flow Duration Curves
• Arsuz Plain

Akım Kuraklık İndeksi Yönteminin Farklı Zaman Ölçekleri İçin Hidrolojik Olarak Değerlendirilmesi: Arsuz Ovası Örnek Çalışması

Abstract

Kuraklıkların süreleri ve şiddetlerine bağlı olarak ortaya çıkan etkileri nedeni ile kuraklık uzun süredir öncelikli konular arasında yer almaktadır. Hidrolojik kuraklık iklim değişikliği sonucu ortaya çıkan doğada faydalanabileceğimiz temiz su kaynaklarının azalması şeklinde ifade edilmektedir. Bu çalışmada Asi Nehri Havzası'nda tarımsal sit alanlarından biri olan Arsuz Ovası hidrolojik kuraklık analizi için uygulama alanı olarak tercih edilmiştir. Öncelikle birbirine yakın konumda bulunan D19A021, D19A022 ve D19A023 numaralı üç farklı Akım Gözlem İstasyonundan (AGİ) elde edilen 1990-2015 yılları arası aylık ortalama akım verileri kullanılarak debi-zaman ve debi süreklilik eğrileri (DSE) oluşturulmuştur. Yine aynı veriler yardımı ile 3, 6 ve 12 ay gibi farklı zaman ölçekleri için Akım Kuraklık İndeksi (AKİ) değerleri hesaplanmıştır. Çalışma sonucunda, üç istasyonda da pik debi değerlerinin birkaç dönem haricinde birbirine oldukça yakın olduğu görülmüştür. Tüm istasyonlar için 2000 yılı itibariyle havzada Aşırı Kurak ve Aşırı Nemli dönemlerin gerçekleşmeye başladığı gözlemlenmiştir. En nemli dönem 2009 ile 2010 yılları arasında gerçekleşirken, en kurak dönem ise 2014 olarak dikkat çekmektedir. Kuraklığın farklı zaman ölçeklerindeki seyri değerlendirildiğinde son yıllarda kurak dönem sayısında artış gerçekleşmektedir.

Keywords

• Hidrolojik Kuraklık
• Akım Kuraklık İndeksi
• İklim Değişikliği
• Debi Süreklilik Eğrileri
• Arsuz Ovası

References

1. Adib A., Kashani, A., Ashrafi S.M., (2020), Merge L‑Moment method, regional frequency analysis and SDI for monitoring and Zoning map of short‑term and long‑term hydrologic droughts in the Khuzestan Province of Iran, Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 45(4), 2681-2694.
2. Aghelpour P., Bahrami-Pichaghchi H., Varshavian V., (2021), Hydrological drought forecasting using multi-scalar streamflow drought index, stochastic models and machine learning approaches, in northern Iran, Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 35, 1615-1635.
3. Altın T.B., Sarış F., Altın B.N., (2020), Determination of drought intensity in Seyhan and Ceyhan River Basins, Turkey, by hydrological drought analysis, Theoretical and Applied Climatology, 139(1), 95-107.
4. Arslan O., Önder H.H., Özdemir G., (2014), Aydeniz yöntemi ve Coğrafi Bilgi Sistemleri ile Antalya'daki Aksu sulama alanı için kuraklık analizi, Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 51(2), 109-115.
5. Başakın E.E., Ekmekçioğlu Ö., Özger M., (2019), Makine öğrenmesi yöntemleri ile kuraklık analizi, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Uluslararası Kentsel Su ve Atıksu Yönetimi Sempozyumu (UKSAY)-2018 Özel Sayısı, 25(8), 985-991.
6. Dai M., Huang S., Huang Q., Leng G., Guo Y., Wang L., Fang W., Li P., Zheng X., (2020), Assessing agricultural drought risk and its dynamic evolution characteristics, Agricultural Water Management, 231, 106003. doi: 10.1016/j.agwat.2020.106003.
7. Dikici M., (2019), Asi Havzası’nda (Türkiye) Kuraklık Analizi, Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 5(1), 22-40.
8. Dikici M., (2020), Drought analysis with different indices for the Asi Basin (Turkey), Scientific Reports, 10, 20739, doi: 10.1038/s41598-020-77827-z.

9. DSİ, (2018), Akım gözlem yıllıkları (1959-2015), Etüd Plan Dairesi, Ankara.
10. Eriş E., Aksoy H., Onoz B., Çetin M., Yüce M.İ., Selek B., Aksu H., Burgan H.İ., Eşit M., Yıldırım I., Karakuş E.U., (2019), Frequency analysis of low flows in intermittent and non-intermittent rivers from hydrological basins, in Turkey, Water Science and Technology: Water Supply, 19(1), 30-39.
11. Eriş E., Çavuş Y., Aksoy H., Burgan H.İ., Aksu H., Boyacıoğlu H., (2020), Spatiotemporal analysis of meteorological drought over Kucuk Menderes River Basin in the Aegean Region of Turkey, Theoretical and Applied Climatology, 142(3), 1515-1530.
12. Eroğluer T.A., Apaydın H., (2020), Estimation of drought by streamflow drought index (SDI) and artificial neural networks (ANNs) in Ankara-Nallihan region, Turkish Journal of Agriculture - Food Science and Technology, 8(2), 348-357.
13. Gümüş V., (2017), Akım kuraklık indeksi ile Asi havzasının hidrolojik kuraklık analizi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 5(1), 65-73.
14. Gümüş V., Algin, H.M., (2017), Meteorological and hydrological drought analysis of the Seyhan−Ceyhan River basins, Turkey, Meteorological Applications, 24(1), 62-73.
15. Gümüş V., Yıldız M.S., Şimşek O., (2018), Hidrolojik Kuraklık Değerlendirmesi: Murat Nehri-Palu Örneği, Harran Üniversitesi Mühendislik Dergisi, 3(3), 297-301.
16. Hong X., Guo S., Zhou Y., Xiong L., (2015), Uncertainties in assessing hydrological drought using streamflow drought index for the upper Yangtze River basin, Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 29(4), 1235-1247.
17. Jahangir M.H., Yarahmadi Y., (2020), Hydrological drought analyzing and monitoring by using streamflow drought index (SDI) (case study: Lorestan, Iran), Arabian Journal of Geosciences, 13(3), 110. doi: 10.1007/s12517-020-5059-8.
18. Keskiner A.D., Çetin M., Akın S., Şimşek M., (2019), Erinç kuraklık indeksi yöntemiyle iklim tipi eğilimlerinin analizi: Güneydoğu anadolu projesi (GAP) alanında bir uygulama, 10. Ulusal Hidroloji Kongresi, 9-12 Ekim, Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi, Muğla, ss.403-414.
19. Keskiner A.D., Çetin M., Şimşek M., Akın S., (2020), Kuraklık riski altındaki havzalarda gölet haznelerinin tasarımı: Seyhan havzası’nda bir uygulama, Teknik Dergi, 31(5), 10189-10210.
20. Kılıç E., (2017), Asi havzasındaki su kalitesinin çok değişkenli istatistiksel yöntemler kullanılarak değerlendirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, İskenderun Teknik Üniversitesi, Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü, Hatay.
21. Kumanlıoğlu A.A., (2020), Hydrological droughts and runoff trends of the Demirköprü dam reservoir basin on Gediz River, Turkey, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi (DEÜ FMD), 22(6), 793-800.
22. Nalbantis I., (2008), Evaluation of a hydrological drought index, European Water, 23(24), 67-77.
23. Oğuz K., Pekin M.A., Çamalan G., (2021), Muğla İlinde 1960-2018 Dönemi Kuraklık Analizi, Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 7(1), 89-100.
24. Özcan M., Gümüş V., Şimşek O., Şeker M., (2019), Drought analysis of Bitlis river Baykan station with streamflow drought index (SDI) method, 7th International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science, 22-24 November, Şanlıurfa, Türkiye, Academic Perspective Procedia, 2(3), 1100-1106.
25. Özfidaner M., Topaloğlu F., Baydar A., Şapolyo D., (2015), Doğu Akdeniz havzası akım verilerinin hidrolojik kuraklık analizi :1712 nolu AGİ, 4. Uluslararası Katılımlı Toprak ve Su Kaynakları Kongresi, 01-04 Eylül, Kahramanmaraş, ss.1-6.
26. Özfidaner M., Topaloğlu F., (2020), Standart yağış indeksi yöntemi ile güneydoğu anadolu bölgesinde kuraklık analizi, Toprak Su Dergisi, 9(2), 130-136.
27. Özkaya A., Zerberg Y., (2019), A 40-Year analysis of the hydrological drought index for the Tigris basin, Turkey, Water, 11(4), 657, doi: 10.3390/w11040657.
28. Partal T, Yavuz E., (2020), Batı Karadeniz Bölgesinde Kuraklık İndisleri Üzerine Trend Analizi Uygulanması, Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 6(2), 345-353.
29. Şener E., Şener Ş., (2021), SPI ve CZI kuraklık indislerinin CBS tabanlı zamansal ve konumsal karşılaştırması: Burdur Gölü Havzası örneği, Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 7(1), 41-58. Tabari H., Nikbakht J., Talaee P.H., (2013), Hydrological drought assessment in Northwestern Iran based on streamflow drought index (SDI), Water Resources Management, 27, 137-151.
30. TOB, (2019), Asi ve Seyhan Havzaları taşkın ve kuraklık yönetim planlarının hazırlanması projesi, T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı, Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, Taşkın ve Kuraklık Yönetimi Dairesi Başkanlığı, Ankara, 70ss.
31. Topçu E., Seçkin N., (2019), Drought analysis of Eastern Mediterranean, Seyhan, Ceyhan and Asi basins by using streamflow drought index (SDI), Innovation and Global Issues Congress V, May 02-04, Ankara, Türkiye.
32. Tosunoğlu F., İspirli M.N., Gürbüz F., Şengül S., (2017), Fırat havzası’ndaki eksik akım verilerinin debi süreklilik çizgileri ve regresyon modelleri ile tahmin edilmesi, Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 7(4), 85-94.
33. Uludağ B., Ağca N., (2019), Determination of spatial distribution of potassium fractions in the Arsuz plain soils using geostatistical methods, Mustafa Kemal Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 24(3), 295-307. Yaltı S., Aksu H., (2019), Drought analysis of Iğdır Turkey, Turkish Journal of Agriculture - Food Science and Technology, 7(12), 2227-2232.