INVESTIGATION OF TREND ANALYSIS AND CHANGE POINT DETECTION FOR ANNUAL MEAN STREAMFLOWS OF SUSURLUK BASIN

Abstract

In this study, the annual mean streamflow data in Susurluk Basin were investigated to evaluate statistically presence of a trend and a hydrological change point, if any. Statistically meaningful data from six gauging stations being operated by the State Hydraulic Works (DSI) in Susurluk Basin were used. The data used in this study were measured over a period of 39 to 68 years. First of all, the randomness of the data is evaluated using the Run test. Mann-Kendall rank correlation method was used for trend analysis. Trend analysis identified a decreasing trend of the river flow in the basin. An effort was made to obtain the change year using Pettitt and the Standard Normal Homogeneity Tests. In five of the six gauging stations, the change years were determined in 95% of confidence intervals. Results obtained using the aforementioned two methods were found to be compatible with each other. In addition, the change years obtained by Homogeneity Test were found to be compatible with the initial years of the trend determined using Mann-Kendall rank correlation method.

Keywords

• Susurluk basin, Trend analysis, Standart normal homogeneity test, Pettitt test

SUSURLUK HAVZASI YILLIK AKIMLARININ TREND ANALİZİ VE DEĞİŞİM NOKTASININ ARAŞTIRILMASI

Abstract

Bu çalışmada Susurluk havzasındaki yıllık ortalama akım verileri istatistiki olarak değerlendirilerek bir trendin ve eğer varsa hidrolojik bir değişim noktasının varlığı araştırılmıştır. Susurluk havzasında istatistiksel olarak değerlendirme yapılabilecek ölçüm süresine sahip Devlet Su İşleri (DSİ) tarafından işletilen 6 ölçüm istasyonun verileri kullanıldı. Verileri kullanılan akım gözlem istasyonlarının ölçüm süreleri 39 ile 68 yıl arasında değişmektedir. Öncelikle verilerin kendi içinde rasgele olup olmadıkları Run testi kullanılarak tespit edildi. Trend analizi için Mann-Kendall mertebe korelasyon yöntemi kullanıldı. Trend analizi sonucunda havzadaki nehir akımlarında azalan yönde bir trend belirlendi. Pettitt ve Standart Normal Homojenlik yöntemleri yardımı ile değişim yılı tespit edilmeye çalışıldı. Verisi kullanılan 6 akım gözlem istasyonundan 5’inde % 95 güven aralığında değişim yılı belirlendi. Yıllık ortalama akımların değişim yılını belirlemek için kullanılan iki yöntem birbirleri uyumlu sonuçlar elde etti. Ayrıca homojenlik testi yöntemleri ile elde edilen değişim yılları ile Mann-Kendall mertebe korelasyon yöntemi tarafından belirlenen trend başlangıç yıllarının uyumlu olduğu gözlendi

Keywords

• Susurluk havzası, Trend analizi, Standart normal homojenlik testi, Pettitt testi

References

1. Akyürek M. (2003): “Türkiye Ortalama Yıllık Akımların Trend Analizi”, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
2. Alexandersson H. (1986): “A Homogeneity Test Applied to Precipitation Data”, Journal of Climatology, Cilt 6, s.661-675.
3. Chrysoulakis N., Proedrou M., Cartalis C. (2002): “Variation and Trends in Annual and Seasonal Means of Precipitable Water in Greece as Decuded from Radiosonde Measurements”, Toxicological and Enviromental Chemistry, Cilt 84, No. 1-4, s.1-6.
4. Helsel D. R., Hirsch R. M. (1992): “Statistical Methods in Water Resources. Studies in Environmental Science 49”, New York: Elsevier.
5. Kahya E., Kalaycı S. (2004): “Trend Analysis of streamflow in Turkey”, Journal of Hydrology, Cilt 289, s.128-144.
6. Kalaycı S., Kahya E. (1998): "Susurluk Havzası’ndaki Akarsularda Su Kalitesi Trendlerinin Analizi", Türk Mühendislik ve Çevre Bilimleri Dergisi, Cilt 22, No. 6, s.503-514.
7. Kundzewicz Z. W., Kindler J. (1995): “Multiple Criteria for Evaluation of Reliability Aspects of Water Resource Systems”, Modelling and Management of Sustainable Basin-scale Water Resource Systems (Proceedings of a Boulder Symposium, July 1995). IAHS Publ. No. 231, s.217-224.
8. Pettitt A. N. (1979), “A Non-Parametric Approach to the Change-Point Detection”, Applied Statistics, Cilt 28, s.126-135.

9. Salarijazi M., Akhond A. A., Adib A., Daneshkhah A. (2012): “Trend and Change-Point Detection for the Annual Stream-Flow Series of the Karun River at the Ahvaz Hydrometric Station”, African Journal of Agricultural Research, Cilt 7, No. 32, s.4540- 4552.
10. Swed F. S., Eisenhart C. (1943): “Tables for Testing Randomness of Grouping in a Sequence of Alternatives”, Annals of Mathematical Statistics, Cilt 14, s.66-87.
11. Walling D. E., Fang D. (2003): “Recent Trends in the Suspended Sediment Loads of the World’s Rivers”, Global and Planetary Change, Cilt 39, s.111-126.
12. Wijngaard J. B. , Tank A. M. G. K., Können G. P. (2003): “Homogenity of 20th Century European Daily Temperature and Precipitation Series”, International Journal of Climatololgy, Cilt 23, s.679-692.
13. Xiong L., Guo S. (2004): “Trend Test and Change-Point Detection for the Annual Discharge Series of the Yangtze River at the Yichang Hydrological Station”, Hydrological Sciences- Journal-des Sciences Hydrologiques, Cilt 49, No. 1, s.99-112.
14. Yang Z., Saito Y. (2003): “Response of the Huanghe (Yellow River) Delta Evolution to the Human Activities and Precipitation Changes”, Geophys. Res. Abstracts, Cilt 5.
15. Yue S., Hashino M. (2003): “Long Term Trends of Annual and Monthly Precipitation in Japan”, Journal of the American Water Resources Association, Cilt 39, No. 3, s.587-596.
16. Zhang X., Harvey K. D., Hogg W. D., Yuzyk T. R. (2001): “Trends in Canadian Streamflow”, Water Resources Research, Cilt 37, No. 4, s.987-998.