Investigation of the Effect of Drought on Temporal Change in Wetlands Determined by Remote Sensing: The Case Study in Umurbey Delta (Çanakkale)

Abstract

Wetlands are one of the most important and precious parts of the Earth that provide the balance and continuity of the world ecosystem. These areas, which are parts of a large system, are very sensitive to environmental factors such as the climate of their site, water resources and geomorphological features, but they are especially faced with the drought problem. Recently, monitoring of wetlands with remote sensing, determining the factors affecting these areas and their importance, and conservation and development studies for the solution of problems have gained importance. In this study, was determined remote sensing the presence of water in lagoons in the Umurbey Delta, which is located in the borders of Çanakkale province, the effect of meteorological and hydrological drought on the changes of water-covered areas were investigated between 2013 and 2019 at the end of rainy and dry periods. Modified Normalized Difference Water Index (MNDWI) produced from 15 m spatial resolution Landsat-8 OLI (Operational Land Imager) multispectral pansharpening satellite images in the determination of multi-temporal spatial change, Standard Precipitation Index (SPI) for meteorological drought and for hydrological drought Thornthwaite Climate Classification method, which includes the calculation of evapotranspiration and water budget, were used. The effects of meteorological and hydrological drought on the lagoon area were examined in monthly and seasonal (1 and 3 months) periods at the end of rainy and dry periods. The results showed that the meteorological drought is more effective in the short review periods at the end of the rainy season.On the other hand, the hydrological drought under the effect of evaporation and plant water consumption (i.e. evapotranspiration) is more effective in water area changes at the end of the dry season.

Keywords

• Wetland
• Remote Sensing
• MNDWI
• Standardized Precipitation Index
• Thornthwaite
• Drought

Sulak Alanlarda Uzaktan Algılama ile Belirlenen Zamansal Değişime Kuraklığın Etkisinin İncelenmesi: Umurbey Deltası (Çanakkale) Örneği

Öz

Sulak alanlar dünya ekosisteminin dengesini ve devamlılığını sağlayan yeryüzünün en önemli ve kıymetli parçalarından biridir. Büyük bir sistemin parçaları olan bu alanlar, yer aldıkları sahanın iklimi, su kaynakları ve jeomorfolojik özelikleri gibi çevresel faktörlere karşı çok duyarlı olmakla birlikte, özellikle kuraklık sorunu ile karşı karşıyadır. Son zamanlarda uzaktan algılama ile sulak alanların izlenmesi, bu alanlara etki eden faktörlerin ve önem derecelerinin belirlenmesi ve sorunların çözümüne yönelik koruma ve geliştirme çalışmaları ağırlık kazanmıştır. Bu çalışmada 2013 ve 2019 yılları arasında yağışlı ve kurak dönem sonlarında Çanakkale ili sınırları içerisinde yer alan Umurbey Deltası’nda yer alan lagünlerdeki su varlığı uzaktan algılama yöntemleri ile belirlenmiş, su ile kaplı alanların alansal değişimlerine meteorolojik ve hidrolojik kuraklığın etkisi incelenmiştir. Çok zamanlı alansal değişimin belirlenmesinde 15 m mekansal çözünürlüklü Landsat-8 OLI (Operational Land Imager) multispektral pankeskinleştirilmiş uydu görüntülerinden üretilen Modifiye Edilmiş Normalize Fark Su İndisi (MNDWI), meteorolojik kuraklığın belirlenmesinde Standart Yağış İndisi (SPI) ve hidrolojik kuraklık için ise evapotranspirasyon ve su bütçesi hesabını içeren Thornthwaite İklim Sınıflama metodu kullanılmıştır. Meteorolojik ve hidrolojik kuraklığın lagün alanına etkileri yağışlı ve kurak dönem sonlarına kadar olacak şekilde aylık ve mevsimlik (1 ve 3 aylık) dönemlerde incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar lagün alanlarındaki değişimde meteorolojik kuraklık kısa inceleme dönemlerinde yağışlı dönemin sonunda daha fazla etkili olmaktadır. Diğer taraftan hidrolojik kuraklığın ise (buharlaşma ve bitki ile su tüketiminin) kurak dönemi içeren tüm inceleme dönemlerinde alansal değişimde daha etkili olduğunu göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Sulak Alan
• Uzaktan Algılama
• MNDWI
• Thornthwaite
• Standart Yağış İndisi
• Kuraklık

References

1. Karabulut, M. (2015). Farklı Uzaktan Algılama Teknikleri Kullanılarak Göksu Deltası Göllerinde Zamansal Değişimlerin İncelenmesi. Journal Of International Social Research, 8(37).
2. Çağırankaya Ve Köylüoğlu (2013). Sulak Alan Kavramı, Sulak Alan Nedir? Sulak Alan Sınıflandırması. Meriç, B.T., Ve Çağırankaya, S., (Ed.) Sulak Alanlar. (S. 7-38) Içinde. url:http://www.turkiyesulakalanlari.com/wp-content/uploads/sulak-alanlar-kitabı-baskı-onayı-için.pdf
3. Keçer, M., Duman, T. (2007). Yapay Etkinliklerin Göksu Deltası Gelişimine Etkisi Mersin-Türkiye”, MTA Dergisi, s. 134, s. 17-26.
4. Korkanç, S. Y. (2004). Sulak Alanların Havza Sistemi İçindeki Yeri. Journal of Bartin Faculty of Forestry, 6(6), 117-126.
5. Polat, Z., Deniz, B., Kılıçaslan, Ç., Kara, B., “Aydın İlindeki Sulak Alanlara Rekreasyonel Açıdan Bir Bakış”, II. Türkiye Sulak Alanlar Kongresi, 22-24 Haziran 2011, Kırşehir / Türkiye, 149-155.
6. Karaman M., Budakoglu M., Avci Z.D.U., Ozelkan E., Bulbul A., Civas M., Tasdelen S., (2015). Determination of Seasonal Changes in Wetlands Using Chrıs/Proba Hyperspectral Satellite İmages: A Case Study From Acigöl (Denizli), Turkey, Journal of Environmental Biology, 36(1), 73-83.
7. Koohafkan, P., (2005). Use of Agro-Ecological Zones and Resource Management Domains for Sustainable Management of African Wetlands, Resource Papers Presented at The Consultation, http://www.fao.org/3/x6611e/x6611e03.htm#topofpage
8. DESW (Department of Ecology State of Washington), (2002). Discover Wetlands-A Curriculum Guide, Part B, Publication Number:88-16b. http://www.ecy.wa.gov/biblio/8816b.html. Erişim Tarihi: (16.7.2019)

9. Harou, P. (1995). Wetlands Economics and Land Use. In: Environmental and Land Use Issues, Cıheam-Eaae. 540 P.
10. Kusler, J. (2003). Wetlands and Watershed Management, Institute for Wetland Science and Public Policy of The Association of State Wetland Managers, Publication Number: 28.
11. Marsh, W., (1991). Wetlands, Habitat and Land Use Planning, Environmental Applications, 2nd Editions, John Wiley and Sons Inc. New York, Usa.
12. TMMOB Orman Mühendisleri Odası, (2007). Sulak Alanların ve Sazlık Alanların Tahribi ve Yok Edilmesi Kuraklık ve Doğa Felaketine Yol Açmıştır”, yıl: 44 sayı: 7-8-9 Temmuz - Ağustos - Eylül 2007.
13. Aydın vd. (2013). Sulak Alan Hidrolojisi. Meriç, B.T., Ve Çağırankaya, S., (Ed.) Sulak Alanlar. (S. 41-66) içinde. url:http://www.turkiyesulakalanlari.com/wp-content/uploads/sulak-alanlar-kitabı-baskı-onayı-için.pdf
14. Cebe, M., & Kardaş, F. (2018). Doğa Koruma ve Çevre Eğitimi Açısından Sulak Alanların İşlevleri. Menba Kastamonu Üniversitesi Su Ürünleri Fakültesi Dergisi, 4(1), 29-35.
15. IUCN (International Union for Conservation of Nature) (2019), www.iucn.org/content/world-wetlands-day-celebrating-wetland-biodiversity Erişim Tarihi: (02.02.2019).
16. Karaman, M.; Özelkan, E.; Taşdelen, S. (2018). Dar Nehirlerin Sentinel2-A Uydu Görüntüleri ile Belirlenebilirliğinde Havza Hidrojeolojisinin Etkisi: Karamenderes (Çanakkale) Örneği, Doğ Afet Çev Derg, 2018; 4(2): 140-155.
17. Pastor, Melendez I., Pedreno, Navarro. J., Gomez, Ignacio, Koch, Magaly (2010). Detecting Drought Induced Environmental Changes in A Mediterranean Wetland by Remote Sensing”, Applied Geography, s. 3 (2), s. 254-262.
18. Yıldız, N., Ve Yılmaz, S. (2009). Sulak Alanların Önemi ve Gavur Gölü. Kahramanmaraş Sempozyumu, Kahramanmaraş.
19. Hızlı vd. (2013). Sulak Alan Mevzuatı. Meriç, B.T., Ve Çağırankaya, S., (Ed.) Sulak Alanlar. (S. 81-96) Içinde. url:http://www.turkiyesulakalanlari.com/wp-content/uploads/sulak-alanlar-kitabı-baskı-onayı-için.pdf
20. İnaç, S., (2001). Kahramanmaraş Türkoğlu Gavur Gölü Sulak Alanında Yaban Hayatı, Türkiye Ormancılar Derneği, I. Ulusal Ormancılık Kongresi Bildiri Kitabı, 19-20 Mart 2001, Ankara, S: 536-543.
21. Reis, S., H. M. Yılmaz. "Seyfe Gölünün Zamansal Değişiminin Uzaktan Algılama Tekniği ile İzlenmesi, Türkiye Ulusal Fotogrametri ve Uzaktan Algılama Birliği IV." (2007): 5-7.
22. Anlı, A. S., Polat, H. E., & Semiz, G. D. (2011). Kırşehir İlinin Kuraklığının Analizi Ve Sulak Alanlara Etkisi. II. Türkiye Sulak Alanlar Kongresi. Bildiriler, 22-24.
23. Özelkan, E. (2019). Uzaktan Algılama ile Belirlenen Baraj Gölü Alanının Zamansal Değişiminin Meteorolojik Kuraklık ile Değerlendirilmesi: Atikhisar Barajı (Çanakkale) Örneği. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 6(4), 904-916.
24. Ozelkan, E., Chen, G., Ve Ustundag, B.B., (2016). Multiscale Object-Based Drought Monitoring and Comparison in Rainfed and Irrigated Agriculture From Landsat 8 Oli Imagery", International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 44, 159-170.
25. Mishra, A.K. & Singh, V.P. (2010). A Review of Drought Concepts. Journal of Hydrology, 391 (1-2): 204-216.
26. Özelkan, E.; Karaman, M. (2018). Baraj Göllerindeki Meteorolojik ve Hidrolojik Kuraklığın Etkisinin Çok Zamanlı Uydu Görüntüleri ile Analizi: Atikhisar Barajı (Çanakkale) Örneği’’, Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7(2), 1023-1037.
27. MGM (Meteoroloji Genel Müdürlüğü) (2018). https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/kuraklik-analizi.aspx?d=yontemsinif. Erişim Tarihi: (2.11.2018).
28. Arslan, O., Bilgil, A., & Veske, O. (2016). Standart Yağiş İndisi Yöntemi İle Kızılırmak Havzası'nın Meteorolojik Kuraklık Analizi. Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 5(2), 188-194.
29. Lu N., Chen S., Wilske B., Sun G., Chen J., (2011). Evapotranspiration and Soil Water Relationships in A Range of Disturbed and Undisturbed Ecosystems in The Semi-Arid Inner Mongolia, China, Journal of Plant Ecology, 4(1-2), 49-60.
30. Liu W., Wang L., Zhou J., Li Y., Sun F., Fu G., Li X., Sang Y.-F., (2016). A Worldwide Evaluation of Basin-Scale Evapotranspiration Estimates Against The Water Balance Method, Journal of Hydrology, 538, 82-95.
31. Karaman M., Uça Avcı Z.D., Budakoğlu M., Taşdelen S., Özelkan E., Papila İ., (2011). Flamingoların Beslenim Alanlarındaki Tahribatın Uzaktan Algılama Yöntemleri ile Değerlendirilmesi: Acıgöl (Denizli) Örneği: II, II. Türkiye Sulak Alanlar Kongresi, 22-24 Haziran, Kırşehir.
32. Demir, Y., Doğan Demir, A., Meral, R., & Alaaddin, Y. (2015). Bingöl Ovası İklim Tipinin Thornthwaite ve Erinç İndisine Göre Belirlenmesi.Türk Tarım Ve Doğa Bilimleri Dergisi 2(4): 332–337.
33. Günal, N., & Özdemir, Y. (2010). Çok Zamanlı Landsat Uydu Görüntüleri Kullanılarak Neyriz Göllerinin (İran) Yüzey Değişiminin Belirlenmesi. III. Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Sempozyumu, 11 – 13 Ekim 2010, Gebze – Kocaeli.
34. Şener, E., Davraz, A., & İsmailov, T. (2005). Burdur Gölü Seviye Değişimlerinin Çok Zamanlı Uydu Görüntüleri ile İzlenmesi. Türkiye Kuvaterner Sempozyumu Turqua-V, İTÜ Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü, 148-156.
35. Özelkan, E. (2020). Water Body Detection Analysis Using NDWI Indices Derived from Landsat-8 OLI. Polish Journal of Environmental Studies, 29(2), 1759-1769.
36. Özelkan, E. (2019a). Comparison of Remote Sensing Classification Techniques for Water Body Detection: A Case Study in Atikhisar Dam Lake (Çanakkale). Cumhuriyet Science Journal, 40(3), 650-661.
37. Sunar, F., (1998): An Analysis Of Changes in A Multi-Date Data Set: A Case Study in The İkitelli Area, İstanbul, Turkey, Int. J. Remote Sensing, 19:2, Pp. 225-235.
38. Koç, A., Çoban, H., & Yener, H. (2006). Değişim Belirlemede Görüntü Farkı Yönteminin Uygulanması. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 56(2), 77-92.
39. Karaman, M., Budakoğlu, M., Avci, Z. D. U., Özelkan, E., Taşdelen, S., Bülbül, A., & Civaş, M. (2013). Chris/Proba Hiperspektral Uydu Görüntüleri ile Sulak Alanlarin Mevsimsel Değişiminin İncelenmesi: Acigöl (Denizli), Türkiye.
40. 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.
41. Xu, H. (2006). Modification of Normalised Difference Water İndex (NDWI) to Enhance Open Water Features in Remotely Sensed İmagery’’ International Journal Of Remote Sensing, 27(14), 3025-3033.
42. Ji L., Zhang L., Wylie B. (2009). Analysis of Dynamic Thresholds for The Normalized Difference Water Index. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 75 (11), 1307-1317.
43. Akar, İ., Maktav, D., & Günal, N. (2012). Göl Yüzeyi Değişimlerinin Belirlenmesinde Farklı Dijital Görüntü İşleme Tekniklerinin Kullanılması. Journal of Aeronautics & Space Technologies/Havacilik ve Uzay Teknolojileri Dergisi, 5(4).
44. Schultz, G.A. Ve Engman, E.T., (2012). Remote Sensing in Hydrology and Water Management, Springer Science & Business Media.
45. T.C. Çanakkale Valiliği Çevre ve Şehircilik İl Müdürlüğü, Çanakkale İli 2016 Yılı İl Çevre Durum Raporu, Hazırlayan Çed ve Çevre İzinlerinden Sorumlu Şube Müdürlüğü, Çanakkale-2017.
46. Doğaner, S. (1994) Çanakkale Boğazı Kıyıarının Coğrafyası, Türk Coğrafya Dergisi, (29), 125-159, İstanbul.
47. Erturaç, M. K. (2002). Marmara Denizi Kıyıları Veri Tabanı, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ - Avrasya Yerbilimleri Enstitüsü, İstanbul.
48. USGS (United States Geological Survey). (2019). “Earth Explorer.” Accessed 20 January 2019. https://earthexplorer.usgs.gov/.
49. Canty, M.J. (2014). Image Analysis, Classification and Change Detection in Remote Sensing: with Algorithms for ENVI/IDL and PYTHON. Crc Press, Boca Raton.
50. Berk A., L. S. Bernstein, And D. C. Robertson, (1989). Modtran: A Moderate Resolution Model for Lowtran7, Gl-Tr-89-0122, Air Force Geophysical Laboratory, Hanscom afb, Ma. P. 38.
51. Berk, A., L. S. Bernstein, G. P. Anderson, P. K. Acharya, D. C. Robertson, J.H. Chetwynd, And S. M. Adler-Golden, (1998). Modtran Cloud and Multiple Scattering Upgrades with Application to Aviris, Remote Sensing of The Environment, Vol. 65, Pp. 367-375.
52. Adler-Golden, S. M., Matthew, M. W., Bernstein, L. S., Levine, R. Y., Berk, A., Richtsmeier, S. C., ... & Hoke, M. L. (1999, October). Atmospheric Correction for Shortwave Spectral Imagery Based on Modtran4. In Imaging Spectrometry V (Vol. 3753, Pp. 61-69). International Society for Optics and Photonics.
53. Matthew, M. W., S. M. Adler-Golden, A. Berk, S. C. Richtsmeier, R. Y. Levine, L. S. Bernstein, P. K. Acharya, G. P. Anderson, G. W. Felde, M. P. Hoke, A. Ratkowski, H.-H. Burke, R. D. Kaiser, And D. P. Miller, (2000). Status of Atmospheric Correction Using A Modtran4-Based Algorithm. SPIE Proceedings, Algorithms for Multispectral, Hyperspectral, and Ultraspectral Imagery Vi. Vol. 4049, Pp. 199-207.
54. Karaman M., (2017). Hipersalin Acıgöl’ün (Denizli) Hidrojeokimyasal Özellikleri ve Uzaktan Algılama Yöntemleri ile Değerlendirilmesi, Doktora Tezi, Pamukkale Üniversitesi, Denizli.
55. Sun, W., Chen, B., Ve Messinger, D., (2014) "Nearest-Neighbor Diffusion-Based Pan-Sharpening Algorithm for Spectral Images", Optical Engineering, 53(1), 013107.
56. Mckee, T. B., Doesken, N. J., & Kleist, J. (1993). The Relationship of Drought Frequency and Duration to Time Scales. in Proceedings of The 8th Conference on Applied Climatology (Vol. 17, No. 22, Pp. 179-183). Boston, Ma: American Meteorological Society.
57. Pamuk, G., Özgürel, M., & Topçuoğlu, K. (2004). Standart Yağış İndisi (SPI) ile Ege Bölgesinde Kuraklık Analizi. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 41(1).
58. Yılmaz, M. (2017). Konya Kapalı Havzası’nın Tmpa Uydu Kaynaklı Yağış Verileri ile Kuraklık Analizi. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32(2), 541-549.
59. Ilgar, R. (2010). Çanakkale’de Kuraklık Durumu ve Eğilimlerinin Standartlaştırılmış Yağış İndisi ile Belirlenmesi’’ Marmara Coğrafya Dergisi, (22), 183-204.
60. Mckee, T.B., Doesken, N.J., Kleist, J., (1995). Drought Monitoring with Multiple Time Scales, January 15-20, American Meteorological Society, Proceeding of The 9th Conference on Applied Climatology, Boston, Pp.233-236.
61. Vicente-Serrano, S. Beguería, J.I. López-Moreno. (2010). A Multi-Scalar Drought Index Sensitive to Global Warming: The Standardized Precipitation Evapotranspiration Index – SPEI. Journal of Climate 23: 1696, Doi: 10.1175/2009jcli2909.1.
62. Beguería, S., Vicente‐Serrano, S. M., Reig, F., & Latorre, B. (2014). Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) Revisited: Parameter Fitting, Evapotranspiration Models, Tools, Datasets and Drought Monitoring. International Journal of Climatology, 34(10), 3001-3023.
63. Thornthwaite C.W., (1948). An Approach Toward A Rational Classification of Climate, Geographical Review, 38(1), 55-94.
64. Bacanlı, Ü. G., & Saf, B. (2005). Kuraklık Belirleme Yöntemlerinin Antalya İli Örneğinde İncelenmesi. Antalya Yöresinin İnşaat Mühendisliği Sorunları Sempozyumu.
65. Ölgen, M.K., Birsoy Y. (1992). Thornthwaite Yöntemi ile Su Bilançosunun ve İklim Tipinin Belirlenmesinde Bilgisayar Kullanımı." Ege Coğrafya Dergisi 6.1.
66. Pereira A.R., Pruitt W.O., (2004). Adaptation of The Thornthwaite Scheme for Estimating Daily Reference Evapotranspiration, Agricultural Water Management, 66(3), 251-257.
67. T.C. Orman ve Su İşleri Bakanlığı Meteoroloji Genel Müdürlüğü, Thornthwaıte İklim Sınıflandırmasına Göre Türkiye İklimi, Araştırma Dairesi Başkanlığı Klimatoloji Şube Müdürlüğü, Ocak – 2016.
68. Yılmaz, E., & Çiçek, İ. (2016). Thornthwaite Climate Classification of Turkey Türkiye Thornthwaite İklim Sınıflandırması. Journal of Human Sciences, 13(3), 3973-3994.
69. Du Z., Li W., Zhou D., Tian L., Ling F., Wang H., Gui Y., Sun B. (2014). Analysis of Landsat-8 Oli Imagery for Land Surface Water Mapping. Remote Sensing Letters, 5 (7), 672.
70. Feyisa G.L., Meilby H., Fensholt R., Proud S.R. (2014). Automated Water Extraction Index: A New Technique for Surface Water Mapping Using Landsat Imagery. Remote Sensing Of Environment, 140, 23.