Analyses of Annual and Monthly Water Surface Changes In Tersakan and Bolluk Lakes (Konya) With Satellite Images

Abstract

Lakes are one of the areas of constant change due to their different formation origins, dynamic structure, hosting geographical components and interaction potential. In this respect, long and short-term change results of lakes are used in future predictions, management and planning areas. In this study, it was aimed to comparatively analyse the long-term, short-term and monthly water surface changes of Tersakan and Bolluk Lakes (Konya) located in the Central Anatolia Region of our country through satellite images. For long term analyses, Landsat satellite images of April and August for 5-year periods between 1984 and 2024 were used in the study. For short-term monthly data, Sentinel 2 MSI satellite images, which offer higher resolution, were utilised. In this context, satellite images of 26 different dates were obtained and water surface was extracted using the Normalised Water Difference Index (NDWI) and threshold method. The data obtained were then analysed and compared cartographically and quantitatively. The results of the analyses show that the water surface area of both lakes decreased by 70 % from 1984 to 2024. Short-term lake surface change results show that Lake Tersakan shrank by 8.7% from 2018 to 2023, while Lake Bolluk shrank by 44% during this period. Monthly analyses reveal that both lakes have above-average water surface for 5 months and below-average water surface for 7 months. It was found that the largest area of water surface was in February, March, April and December and most of the lake basin dried up in the other months. In both lakes, it was found that the areas covered with water for 12 months constituted only 2 per cent of the total lake water surface.

Keywords

• Lake surface change
• NDWI
• Remote Sensing
• Tersakan Lake
• Bolluk Lake.

Tersakan ve Bolluk Göllerindeki (Konya) Yıllık ve Aylık Su Yüzeyi Değişimlerinin Uydu Görüntüleri İle Analizi

Abstract

Göller, farklı oluşum kökenleri, dinamik yapısı, coğrafi bilişenleri barındırma ve etkileşim potansiyeli nedeniyle daimî değişim alanlarından biridir. Bu bakımdan göllerin uzun ve kısa dönemli değişim sonuçları, gelecek tahminleri, yönetim ve planlama alanlarında kullanılmaktadır. Bu çalışmada, ülkemizin İç Anadolu Bölgesinde yer alan Tersakan ve Bolluk Göllerinin (Konya) uzun dönemli (1984-2024), kısa dönemli (2018-2023) ve yıl içerisinde aylık su yüzey değişimlerinin uydu görüntüleri üzerinden karşılaştırmalı analiz edilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada uzun dönemli analizler için Landsat 1984-2024 yılları arası 5 yıllık dönemlerde nisan ve ağustos ayları kapsamındaki uydu görüntüleri kullanılmıştır. Araştırmada kısa dönemli aylık veriler için daha yüksek çözünürlük sunan Sentinel 2 MSI uydu görüntülerinden yararlanılmıştır. Bu kapsamda toplam 26 farklı tarihteki uydu görüntüleri temin edilmiş, Normalize Farkı Su İndisi (NDWI) ve eşik yöntemi ile su yüzeyi çıkarımı yapılmıştır. Daha sonra elde edilen veriler kartografik ve kantitatif olarak analizlere tabi tutulmuş ve karşılaştırmıştır. Analiz sonuçları 1984’den 2024’e her iki gölünde su yüzey alanının %70 oranında küçüldüğünü göstermektedir. Kısa dönemli göl yüzeyi değişim sonuçları, Tersakan Gölü’nün 2018’den 2023’e %8,7 küçüldüğünü, Bolluk Gölü’nün ise bu dönemde %44 oranında küçüldüğünü ortaya koyar. Aylık analiz bulgularından her iki gölde de 5 ay ortalamanın üstünde, 7 ay ortalamanın altında su yüzeyinin olduğu tespit edilmiştir. En geniş alanlı su yüzeylerinin şubat, mart, nisan ve aralık aylarında olduğu diğer aylarda göl çanağının büyük bölümünün kuruduğu saptanmıştır. Her iki gölde de 12 ay suyla kaplı sahalarının toplam göl su yüzeyi alanının sadece % 2’sini oluşturduğu tespit edilmiştir.

Keywords

• Göl yüzey değişimi
• NDWI
• Uzaktan ALgılama
• Tersakan Gölü
• Bolluk Gölü

References

1. Akbaş, A., Freer, J., Ozdemir, H., Bates, P.D., Turp, M.T., (2020). What about reservoirs? Questioning anthropogenic and climatic interferences on water availability. Hydrol Process. 34 (26), 5441–5455. https://doi.org/10.1002/hyp.13960
2. Akbaş, A., (2024). Human or climate? Differentiating the anthropogenic and climatic drivers of lake storage changes on spatial perspective via remote sensing data, Science of the Total Environment 912. 168982. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.168982
3. Alevkayalı, Ç., Atayeter, Y., Yayla, O, Bilgin, T., Akpınar, H. (2023). Burdur Gölü’nde uzun dönemli kıyı çizgisi değişimleri ve iklim ilişkisi: Zamansal-mekânsal eğilimler ve tahminler. Türk Coğrafya Dergisi, (82), 37-50. https://doi.org/10.17211/tcd.1287976
4. Ataol, M. & Onmuş, O. (2021). Wetland loss in Turkey over a hundred years: implications for conservation and management, Ecosystem Health And Sustainability, 7 (1), 1-13. https://dx.doi.org/10.1080/20964129.2021.1930587
5. Aydın, F., Erlat, E., Türkeş, M. (2020). Impact of climate variability on the surface of Lake Tuz (Turkey), 1985–2016. Reg Environ Change 20, 68. https://doi.org/10.1007/s10113-020-01656-z
6. Bahadır, M. (2013). Akşehir Gölü’nde Alansal Değişimlerin Uzaktan Algılama Teknikleri İle Belirlenmesi. Marmara Coğrafya Dergisi, (28), 246-275.
7. Busker, T., de Roo, A., Gelati, E., Schwatke, C., Adamovic, M., Bisselink, B., et al. (2019). A global lake and reservoir volume analysis using a surface water dataset and satellite altimetry. Hydrology and Earth System Sciences, 23(2), 669–690. https://doi.org/10.5194/hess-23-669-2019
8. Cooley, S.W., Ryan, J.C. & Smith, L.C. (2021). Human alteration of global surface water storage variability. Nature, 591, 78–81. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03262-3

9. Choiński, A., Ptak, M., & Ławniczak, A. E. (2016). Changes in water resources of polish lakes as ınfluenced by natural and anthropogenic factors. Polish Journal of Environmental Studies, 25(5), 1883-1890. https://doi.org/10.15244/pjoes/62906
10. Davraz, A., Şener, E. Şener, S., (2019). Evaluation of climate and human effects on the hydrology and water quality of Burdur Lake, Turkey, Journal of African Earth Sciences, 158. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2019.103569
11. Delibaş, M. (2010). Türkiye’de korumacılık anlayışında jeolojik yapıların önemi: Bolluk Gölü bölgesi traverten konileri (Cihanbeyli-Konya). Zonguldak Karaelmes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı yüksek lisans tezi.
12. Dereli, M. A., & Tercan, E. (2020). Assessment of Shoreline Changes using Historical Satellite Images and Geospatial Analysis along the Lake Salda in Turkey. Earth Sci Inform 13, 709-718. https://doi.org/10.1007/s12145-020-00460-x
13. Dinç, G., (2023). Unveiling shoreline dynamics and remarkable accretion rates in Lake Eğirdir (Turkey) using DSAS. The implications of climate change on lakes. Tema. Journal of Land Use, Mobility and Environment, 95, 95-108. http://dx.doi.org/10.6092/1970-9870/10111
14. Duru, U. (2017). Shoreline change assessment using multi-temporal satellite images: a case study of Lake Sapanca, NW Turkey. Environ Monit Assess 189, 385. https://doi.org/10.1007/s10661-017-6112-2
15. Erinç, S. (1960). Konya bölümünde ve iç toros sıralarında karst şekilleri. Türk Coğrafya Dergisi, 20, 83-106.
16. Erol, O. (1968). Cihanbeyli güneyinde Bolluk gölü çevresindeki traverten konileri. Türk Coğrafya Dergisi, 24-25, 64-98
17. Fan, C., Song, C., Li, W., Liu, K., Cheng, J., Fu, C. (2021). What drives the rapid water-level recovery of the largest lake (Qinghai Lake) of China over the past half century? Journal Hydrology 593, 125921. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125921
18. Hossain, S. Yasir, M. Wang, P. Ullah, S. Jahan, M., Hui, S., Zhao, Z., (2021). Automatic shoreline extraction and change detection: A study on the southeast coast of Bangladesh. Marine Geology 441, 1-15. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2021.106628
19. Hoşgören, M. Y. (2020). Hidrografyanın Ana Çizgileri II, (6. Baskı) Çantay Kitabevi, İstanbul.
20. Hoşgören, M. Y. (1994). Türkiye’nin Gölleri, Türk Coğrafya Dergisi, 29, 19-51 https://doi.org/10.17211/tcd.70549
21. Kale, M. M., (2018). Historical Shoreline Change Assessment Using DSAS: A Case Study of Lake Akşehir, SW Turkey, Current Debates in Sustaınable Archıtecture, Urban Design Environmental Studies (Edt. Doğan, A. Gönüllü, G.), (ss. 187-196) JOPEC Publication, ISBN:978-1-912503-33-9
22. Kale, M. M., & Erişmiş, M. (2024). Eğirdir Gölü alansal değişiminin uzaktan algılama ve coğrafi bilgi sistemleri yardımıyla analizi. International Journal of Geography and Geography Education (52), 122-140. https://doi.org/10.32003/igge.1380588
23. Kaya, Y., Sanli, F.B. & Abdikan, S. (2023). Determination of long-term volume change in lakes by integration of UAV and satellite data: the case of Lake Burdur in Türkiye. Environ Sci Pollut Res 30, 117729–117747. https://doi.org/10.1007/s11356-023-30369-z
24. Khorshiddoust, A. M., Patel, N., Khalilzadeh, E., Bostanaba, A. S., Tajbar, S., (2022). A comparative study of the surface level changes of Urmia Lake and Aral Lake during the period of 1988 to 2018 using satellite images. Front. Earth Science. https://doi.org/10.1007/s11707-022-1010-5
25. Kuleli, T., Güneroğlu, A., Karslı, F., Dihkan, M., (2011). Automatic detection of shoreline change oncoastal Ramsar wetlands of Turkey, Ocean Engineering 38, 1141–1149. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2011.05.006
26. Lausch, A., Bannehr, L., Berger, S.A., Borg, E., Bumberger, J., Hacker, J.M., Heege, T., Hupfer, M., Jung, A., Kuhwald, K. (2024). Monitoring Water Diversity and Water Quality with Remote Sensing and Traits. Remote Sensing, 16, 2425. https://doi.org/10.3390/rs16132425
27. Liu, H., Chen, Y., Ye, Z., Li, Y., Zhang, O. (2019). Recent Lake Area Changes in Central Asia. Scientific Reposrt-Nature Research 9, 16277. https://doi.org/10.1038/s41598-019-52396-y
28. Luo, S., Song, C., Ke, L., Zhan, P., Fan, C., Liu, K., (2022). Satellite laser altimetry reveals a net water mass gain in global lakes with spatial heterogeneity in the early 21st century. Geophysical Research Letters, 49, e2021GL096676. https://doi.org/10.1029/2021GL096676
29. McFeeters, S. K. (1996). The use of the Normalized Difference Water Index (NDWI) in the delineation of open water features, International Journal of Remote Sensing, 17(7) 1425-1432,
30. Meyer, M.F., Topp, S.N., King, T.V. et al. (2024). National-scale remotely sensed lake trophic state from 1984 through 2020. Science Data 11, 77. https://doi.org/10.1038/s41597-024-02921-0
31. Öztürk, M. Z., Çetinkaya, G., Aydın, S. (2017). Köppen-Geiger iklim sınıflandırmasına göre Türkiye’nin iklim tipleri. Coğrafya Dergisi, 35, 17-27. https://doi.org/10.26650/JGEOG295515
32. Pekel, J.-F., Cottam, A., Gorelick, N. & Belward, A. S. (2016). High-resolution mapping of global surface water and its long-term changes. Nature 540, 418–422 https://doi.org/10.1038/nature20584
33. Pınar, A., Buldur, A. D., & Tuncer, T. (2018). Bolluk Gölü Traverten Konilerinin Geçmişten Günümüze Değişimi. Marmara Coğrafya Dergisi (37), 233-252. https://doi.org/10.14781/mcd.386373
34. Saris, F., & Gedik, F. (2021). Konya Kapalı Havzası’nda meteorolojik kuraklık analizi. Coğrafya Dergisi, 42, 295-308. https://doi.org/10.26650/JGEOG2021-885519
35. Sikder, M. S., Wang, J., Allen, G. H., Sheng, Y., Yamazaki, D., Song, C., Ding, M., Crétaux, J.-F., Pavelsky, T. M. (2023). Lake-TopoCat: a global lake drainage topology and catchment database, Earth System. Science. Data, 15, 3483–3511, https://doi.org/10.5194/essd-15-3483-2023
36. Tağıl, Ş. (2007). Quantifying the change detection of the Uluabat wetland, Turkey, by use of landsat images. Ekoloji, 16(64), 9-20.
37. Uzun, M. (2024). Analysis of Manyas Lake Surface Area and Shoreline Change Over Various Periods with DSAS Tool. Türkiye Uzaktan Algılama Dergisi, 6(1), 35-56. https://doi.org/10.51489/tuzal.1443490
38. Wang S, Ma L, Yang L, Long X, Guan C, Zhao C., Chen N (2024), Quantifying desertification in the Qinghai Lake Basin. Frontiers in Environmental Science 12:1309757 https://doi.org/10.3389/fenvs.2024.1309757
39. Wenzel, H. (1937). Forschungen in Inneranatolien. Die Steppe als Lebensrctrurn. - Schriften des Geogr. Inst. d. Univ. Kiel -Kiel.
40. Woolway, R. I., Kraemer, B. M., Lenters, J. D., Merchant, C. J., O'Reilly, C. M., Sharma, S. (2020). Global lake responses to climate change, Nature Reviews Earth & Environment, 1, 388–403, https://doi.org/10.1038/s43017-020-0067-5
41. Weyhenmeyer, G. A., Chukwuka, A. V., Anneville, O., Brookes, J., Carvalho, C. R., Cotner, J. B., (2024). Global lake health in the Anthropocene: Societal implications and treatment strategies. Earth's Future, 12, e2023EF004387. https://doi.org/10.1029/2023EF004387
42. Verpoorter, C., Kutser, T., Seekell, D. A. & Tranvik, L. J. (2014). A global inventory of lakes based on high-resolution satellite imagery. Geophys. Res. Lett. 41, 6396–6402. https://doi.org/10.1002/2014GL060641
43. Yang, Y., Wu, J., Miao, Y., Wang, X., Lan, X., Zhang, Z. (2022). Lake Changes during the Past Five Decades in Central East Asia: Links with Climate Change and Climate Future Forecasting. Water, 14, 3661. https://doi.org/10.3390/w14223661
44. Yılmaz, M. (2017). Konya Kapalı Havzası’nın Tmpa Uydu Kaynaklı Yağış Verileri İle Kuraklık Analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32(2). https://doi.org/10.17341/gazimmfd.322181
45. Yurteri, C., & Kurttaş, T. (2021). Uzaktan algılama ve CBS teknikleri kullanılarak Seyfe Gölü (Kırşehir) yüzey alanının zamansal değişiminin analizi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11(4), 1115-1128. https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.848873
46. Zhao, G., Li, Y., Zhou, L. Gao, H., (2022). Evaporative water loss of 1.42 million global lakes. Natural Commun 13, 3686. https://doi.org/10.1038/s41467-022-31125-6