DETERMINATION OF POTENTIAL GROUNDWATER ZONES USING ANALYTIC HIERARCHY PROCESS (AHP) AND GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM (GIS) TECHNIQUES: A CASE STUDY OF THE GEDIZ RIVER BASIN

Abstract

The presented study was conducted to determine the groundwater potential zones of the Gediz River Basin. In the current study, an integrated combination of GIS techniques and the Analytic Hierarchy Process (AHP), one of the Multi-Criteria Decision Making (MCDM) methods, was employed. Within the scope of the study, 12 parameters geology, geomorphology, land use/land cover, lineament density, drainage density, elevation, precipitation, soil, slope, topographic wetness index, roughness, and curvature were used. All parameters analyzed with the AHP algorithm in GIS environment. As a result of the analysis, 2258.03 km² of the basin were determined as areas with high and very high groundwater potential. The groundwater potential zone map created for the study area was validated using well yields and spring discharges with the help of the ROC (Receiver Operating Characteristic) Curve. The area under the curve was calculated as 0.891, with an accuracy rate of 89%. This ratio indicates that the analysis performed is good and that the methodology followed within the scope of the research is effective and dependable.

Keywords

• AHP
• GIS
• Gediz River Basin
• Groundwater Zones
• ROC Curve

POTANSİYEL YER ALTI SUYU BÖLGELERİNİN ANALİTİK HİYERARŞİ YÖNTEMİ (AHY) VE COĞRAFİ BİLGİ SİSTEMLERİ (CBS) TEKNİKLERİ KULLANILARAK BELİRLENMESİ: GEDİZ NEHRİ HAVZASI ÖRNEĞİ

Abstract

Sunulan çalışma, Gediz Nehri Havzası’nın potansiyel yeraltı suyu bölgelerini belirlemek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Mevcut çalışmada Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) teknikleri ile Çok Kriterli Karar Verme (ÇKKV) yöntemlerinden Analitik Hiyerarşi Yönteminin (AHY) entegre bir kombinasyonu kullanılmıştır. Bu kapsamda jeoloji, jeomorfoloji, arazi kullanımı, çizgisel yoğunluk, drenaj yoğunluğu, yükselti, yağış, toprak, eğim, topoğrafik nemlilik indeksi, pürüzlülük ve eğrisellik olmak üzere 12 parametre kullanılmıştır. CBS ortamında AHY algoritması ile tüm parametreler analiz edilmiştir. Yapılan analiz sonucunda havzanın 2258.03 km2'lik kesimi yeraltı suyu potansiyeli yüksek ve çok yüksek bölgeler olarak belirlenmiştir. Çalışma alanı için oluşturulan potansiyel yeraltı suyu bölgeleri haritası, kuyu verimleri ve kaynak debileri kullanılarak ROC (Alıcı İşlem Karakteristiği) Eğrisi yardımıyla doğrulanmıştır. Eğri altında kalan alan 0.891 doğruluk oranı ile %89 olarak hesaplanmıştır. Bu oran gerçekleştirilen analizin iyi, araştırma kapsamında izlenilen metodolojinin ise etkin ve güvenilir olduğunu göstermektedir.

Keywords

• AHY
• CBS
• Gediz Nehri Havzası
• Yer Altı Suyu Bölgeleri
• ROC Eğrisi

Supporting Institution

Herhangi bir kurum ve kuruluştan destek alınmamıştır.

References

1. Achu, A. L., Thomas, J., Reghunath, R., 2020. Multi-Criteria Decision Analysis for Delineation of Groundwater Potential Zones in a Tropical River Basin Using Remote Sensing, GIS and Analytical Hierarchy Process (AHP). Groundwater for Sustainable Development, 10, 100365.
2. Agarwal, R., Garg, P. K., 2016. Remote Sensing and GIS Based Groundwater Potential & Recharge Zones Mapping Using Multi-Criteria Decision Making Technique. Water Resources Management, 30, 243-260.
3. Ajay Kumar, V., Mondal, N. C., Ahmed, S., 2020. Identification of Groundwater Potential Zones Using RS, GIS and AHP Techniques: A Case Study in a part of Deccan Volcanic Province (DVP), Maharashtra, India. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 48(3), 497-511.
4. Arulbalaji, P., Padmalal, D., Sreelash, K., 2019. GIS and AHP Techniques Based Delineation of Groundwater Potential Zones: A Case Study from Southern Western Ghats, India. Scientific Reports, 9(1), 2082.
5. Bhuyan, M. J., Deka, N., 2024. Delineation of Groundwater Potential Zones at Micro-Spatial Units of Nagaon District in Assam, India, Using GIS-Based MCDA and AHP Techniques. Environmental Science and Pollution Research, 31(41), 54107-54128.
6. Biricik, A., 2014. Gediz Havzası’nın Su Potansiyeli. Türk Coğrafya Dergisi, (30), 13-23.
7. Bradley, A. P., 1997. The Use of the Area Under the ROC Curve in the Evaluation of Machine Learning Algorithms. Pattern Recognition, 30(7), 1145-1159.
8. Copernicus, 2025. Data of Land Use from Copernicus Land Monitoring Service. https://land.copernicus.eu/ Erişim Tarihi: 12.01.2025.

9. Dar, T., Rai, N., Bhat, A., 2021. Delineation of Potential Groundwater Recharge Zones Using Analytical Hierarchy Process (AHP). Geology, Ecology, and Landscapes, 5(4), 292-307.
10. Diriba, D., Karuppannan, S., Takele, T., Husein, M., 2024. Delineation of Groundwater Potential Zonation Using Geoinformatics and AHP Techniques with Remote Sensing Data. Heliyon, 10(3).
11. DSİ, 2025. Toprak Su Kaynakları. Devlet Su işleri Genel Müdürlüğü, https://dsi.gov.tr Erişim Tarihi: 25.01.2025
12. Falkenmark, M., Lundqvist, J., Widstrand, C., 1989. Macro-Scale Water Scarcity Requires Microscale Approaches. Natural Resources Forum. 13(4), 258-267.
13. FAO/UNESCO, 2025. FAO/UNESCO Dünya Toprak Haritası, https://fao.org Erişim Tarihi: 17.01.2025
14. Ganapuram, S., Kumar, G. V., Krishna, I. M., Kahya, E., Demirel, M. C., 2009. Mapping of Groundwater Potential Zones in the Musi Basin Using Remote Sensing Data and GIS. Advances in Engineering Software, 40(7), 506-518.
15. Gündoğdu, V., Kocataş, A., 2006. Gediz Nehir Havzası Yönetim Planı Oluşturulmasına Yönelik Bir Yaklaşım. Ege Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 23(3), 371-378.
16. Kaya, M., 2020; Gediz Deltası ve Yakın Çevresinde Zamansal Değişimin Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri ile Analizi. Yüksek Lisans Tezi. Marmara Üniversitesi, İstanbul.
17. Kom, K. P., Gurugnanam, B., Sunitha, V., 2024. Delineation of Groundwater Potential Zones Using GIS and AHP Techniques in Coimbatore District, South India. International Journal of Energy and Water Resources, 8(1), 85-109.
18. Kumar, T., Gautam, A. K., Kumar, T., 2014. Appraising the Accuracy of GIS-Based Multi-Criteria Decision Making Technique for Delineation of Groundwater Potential Zones. Water Resources Management, 28, 4449-4466. Kütükçü, A., 2016; Komşu Havzaların Hidrolojik ve Morfolojik Olarak Karşılaştırılması. Doktora Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.
19. Manap, M. A., Sulaiman, W. N. A., Ramli, M. F., Pradhan, B., Surip, N., 2013. A Knowledge-Driven GIS Modeling Technique for Groundwater Potential Mapping at the Upper Langat Basin, Malaysia. Arabian Journal of Geosciences, 6, 1621-1637.
20. Mandal, U., Sahoo, S., Munusamy, S. B., Dhar, A., Panda, S. N., Kar, A., Mishra, P. K., 2016. Delineation of Groundwater Potential Zones of Coastal Groundwater Basin Using Multi-Criteria Decision Making Technique. Water Resources Management, 30, 4293-4310.
21. MGM, 2025. İllere Ait İstatistiki Yağış Verileri. Meteoroloji Genel Müdürlüğü, https://www.mgm.gov.tr/, Erişim Tarihi 12.01.2025.
22. Mohammadi-Behzad, H. R., Charchi, A., Kalantari, N., Nejad, A. M., Vardanjani, H. K., 2019. Delineation of Groundwater Potential Zones Using Remote Sensing (RS), Geographical Information System (GIS) and Analytic Hierarchy Process (AHP) Techniques: A Case Study in the Leylia–Keynow Watershed, Southwest of Iran. Carbonates and Evaporites, 34, 1307-1319.
23. MTA, 1961. 1/500.000 Ölçekli Jeoloji Haritası, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara.
24. Murmu, P., Kumar, M., Lal, D., Sonker, I., Singh, S. K., 2019. Delineation of Groundwater Potential Zones Using Geospatial Techniques and Analytical Hierarchy Process in Dumka District, Jharkhand, India. Groundwater for Sustainable Development, 9, 100239.
25. Nampak, H., Pradhan, B., Abd Manap, M., 2014. Application of GIS Based Data Driven Evidential Belief Function Model to Predict Groundwater Potential Zonation. Journal of Hydrology, 513, 283-300.
26. NASA Power, 2025. The Prediction of Worldwide Energy Resources. https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer/ Erişim Tarihi 25.01.2025.
27. Panahi, M. R., Mousavi, S. M., Rahimzadegan, M., 2017. Delineation of Groundwater Potential Zones Using Remote Sensing, GIS, and AHP Technique in Tehran-Karaj Plain, Iran. Environmental Earth Sciences, 76, 1-15.
28. Pande, C. B., Moharir, K. N., Panneerselvam, B., Singh, S. K., Elbeltagi, A., Pham, Q. B., Rajesh, J., 2021. Delineation of Groundwater Potential Zones for Sustainable Development and Planning Using Analytical Hierarchy Process (AHP), and MIF techniques. Applied Water Science, 11(12), 186.
29. Patra, S., Mishra, P., Mahapatra, S. C., 2018. Delineation of Groundwater Potential Zone for Sustainable Development: A Case Study from Ganga Alluvial Plain Covering Hooghly District of India Using Remote Sensing, Geographic Information System and Analytic Hierarchy Process. Journal of Cleaner Production, 172, 2485-2502.
30. Pinto, D., Shrestha, S., Babel, M. S., Ninsawat, S., 2017. Delineation of Groundwater Potential Zones in the Comoro Watershed, Timor Leste using GIS, Remote Sensing and Analytic Hierarchy Process (AHP) Technique. Applied Water Science, 7, 503-519.
31. Rajasekhar, M., Raju, G. S., Sreenivasulu, Y., Raju, R. S., 2019. Delineation of Groundwater Potential Zones in Semi-Arid Region of Jilledubanderu River Basin, Anantapur District, Andhra Pradesh, India Using Fuzzy Logic, AHP and Integrated Fuzzy-AHP Approaches. HydroResearch, 2, 97-108.
32. Saaty T. L., 2000. Fundamentals of Decision Making and Priority Theory with the Analytic Hierarchy Process (Vol. 6). RWS publications.
33. Saaty, T. L., 1980. The Analytic Hierarchy Process: Planning, Priority Setting, Resource Allocation. Mc Graw-Hill, New York, 19.
34. Saaty, T. L., 1990. How to Make a Decision: The Analytic Hierarchy Process. European Journal of Operation Research, 48, 9–26.
35. Saranya, T., Saravanan, S., 2020. Groundwater Potential Zone Mapping Using Analytical Hierarchy Process (AHP) and GIS for Kancheepuram District, Tamilnadu, India. Modeling Earth Systems and Environment, 6(2), 1105-1122.
36. Seçen, B., 2024. Gediz graben sistemine ait Akçapınar ve Salihli Segmentlerinin Paleosismolojik Hendek Çalışmaları ile İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Hacettepe Üniversitesi, Ankara.
37. Shao, Z., Huq, M. E., Cai, B., Altan, O., Li, Y., 2020. Integrated Remote Sensing and GIS Approach Using Fuzzy-AHP to Delineate and Identify Groundwater Potential Zones in Semi-Arid Shanxi Province, China. Environmental Modelling & Software, 134, 104868.
38. Shekhar, S., Pandey, A. C., 2015. Delineation of Groundwater Potential Zone in Hard Rock Terrain of India Using Remote Sensing, Geographical Information System (GIS) and Analytic Hierarchy Process (AHP) Techniques. Geocarto International, 30(4), 402-421.
39. SYGM, 2016. İklim Değişikliğinin Su Kaynaklarına Etkisi Projesi, Proje Nihai Raporu Ek-7 Gediz Havzası, Tarım ve Orman Bakanlığı Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, 390.
40. SYGM, 2018. Gediz Havzası Nehir Havza Yönetim Planı. Tarım ve Orman Bakanlığı Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, Ankara.
41. SYGM, 2019a. Gediz Havzası Kuraklık Yönetim Planı. Tarım ve Orman Bakanlığı Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, Cilt 1, Ankara.
42. SYGM, 2019b. Gediz Havzası Taşkın Yönetim Planı. Tarım ve Orman Bakanlığı Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, Cilt 1, Ankara.
43. TÜİK, 2021. Nüfus İstatistikleri Portalı. Türkiye İstatistik Kurumu, https://data.tuik.gov.tr/ Erişim tarihi: 27.12.2024.
44. UNDP, 2015. Birleşmiş Milletler Sürdürülebilir Kalkınma Hedefleri https://www.undp.org/sustainable-development-goals/ Erişim tarihi: 20.12.2024.
45. Uc Castillo, J. L., Martinez Cruz, D. A., Ramos Leal, J. A., Tuxpan Vargas, J., Rodriguez Tapia, S. A., Marin Celestino, A. E., 2022. Delineation of Groundwater Potential Zones (GWPZs) in a Semi-Arid Basin through Remote Sensing, GIS, and AHP Approaches. Water, 14(13), 2138.
46. United Nations, 2024. The Sustainable Development Goals Report, 2024. https://unstats.un.org/sdgs/report/2024/The-Sustainable-Development-Goals-Report-2024.pdf/, Erişim Tarihi 24.01.2025.
47. USGS, 2025. Earth Data and Digital Elevation Model (DEM) for Gediz River Basin. United States Geological Survey. https://www.usgs.gov/ Erişim Tarihi: 05.01.2025.
48. Verma, N., Patel, R. K., 2021. Delineation of Groundwater Potential Zones in Lower Rihand River Basin, India Using Geospatial Techniques and AHP. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 24(3), 559-570.
49. Yılmaz, M., 2023. Gediz ve Büyük Menderes Nehir Yataklarında Meydana Gelen Uzun Süreli Değişimin Landsat Uydu Görüntüleriyle Analizi. Yüksek Lisans Tezi. Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli.