Trend Analysis of Annual Maximum Flows in the Eastern Black Sea Basin

Abstract

Hydrological extreme events such as floods and droughts have great effects on human life and ecosystem. One of the important impacts of climate change is the increase in the severity and frequency of these hydrological extreme events. In the management, design and planning of water resources; determining the changes of hydrological extreme events is of great importance. In this study, trend analysis was applied using Mann-Kendall, Innovative Trend Analysis-Change Boxes (ITA-CB) and Şen's Crossing Trend methods to the annual maximum flow (AMF) data of 17 Stream Gauge Stations in the Eastern Black Sea Basin with a data length of over 30 years. Analysis was made for different classes of data using the ITA-CB method and the percentage of change was determined. In this way, the change of YAMAs that have the potential to create floods was examined. According to the Mann-Kendall trend test result, a decreasing trend was observed in the AMF data of three stations, while an increasing trend was observed in one station. According to the result of Şen's Crossing Trend method, there was no trend in any station. In the ITA-CB method, both increasing and decreasing trends have emerged for low, medium and high values.

Keywords

• Eastern Black Sea Basin
• Mann-Kendall
• Şen
• Innovative Trend Analysis-Change Boxes
• Annual instantaneous maximum flows

Doğu Karadeniz Havzası Yıllık Anlık Maksimum Akımların Eğilim Analizi

Abstract

Taşkın ve kuraklık gibi hidrolojik uç olaylar, insan hayatı ve ekosistem üzerinde büyük etkilere neden olmaktadır. İklim değişikliğinin önemli etkilerinden biri de bu hidrolojik uç olayların şiddeti ve sıklığında artışlar meydana getirmesidir. Su kaynaklarının yönetiminde, tasarımında ve planlanmasında; hidrolojik uç olayların değişimlerinin belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada Doğu Karadeniz Havzası’nda yer alan ve veri uzunluğu 30 yılın üzerinde olan 17 adet Akım Gözlem İstasyonu’na (AGİ) ait yıllık anlık maksimum akım (YAMA) verilerine Mann-Kendall, Yenilikçi Eğilim Analizi-Değişim Kutuları (YEA-DK) ve Şen’in Geçiş Eğilim yöntemleri kullanılarak eğilim analizi uygulanmıştır. YEA-DK yöntemi ile verilerin farklı sınıfları için analiz yapılmış ve değişim yüzdeleri belirlenmiştir. Bu şekilde taşkın oluşturma potansiyeline sahip YAMA’ların değişimi incelenmiştir. Mann-Kendall eğilim testi sonucuna göre üç istasyonun YAMA verilerinde azalan eğilim görülürken, bir istasyonda artan eğilim görülmüştür. Şen’in Geçiş Eğilim yöntemi sonucuna göre hiçbir istasyonda eğilim belirlenmemiştir. YEA-DK yönteminde ise düşük, orta ve yüksek değerler için hem artan hem de azalan yönde eğilimler ortaya çıkmıştır.

Keywords

• Doğu karadeniz havzası
• Mann-Kendall
• Şen’in geçiş eğilim yöntemi
• Yenilikçi eğilim analizi
• Yıllık anlık maksimum akımlar

References

1. Akçay, F. (2018). Doğu karadeniz havzası aylık ve yıllık ortalama akımlarının eğilim (trend) analizi. Yüksek Lisans Tezi. Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye.
2. Alashan, S., Toprak Z.F. & Şen, Z. (2015). İklim değişikliğinin Murat Nehri su gücü potansiyeline etkisi. 4. Su Yapıları Sempozyumu Bildirileri. Antalya, Türkiye.
3. Alashan, S. (2018). An improved version of innovative trend analyses, Arabian Journal of Geosciences, 11(3), 50. doi: 10.1007/s12517-018-3393-x
4. Altınışık, U. (2015). Doğu karadeniz havzası akımlarının incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.
5. Anılan, T., Yüksek, Ö. & Kankal, M. (2016). Doğu Karadeniz Havzası’nın L-momentlere dayalı taşkın frekans analizi, İMO Teknik Dergi, 27(2), 7403-7427.
6. Ay, M. & Kişi, Ö. (2017). Kızılırmak nehrinde bazı istasyonlardaki akımların trend analizi, İMO Teknik Dergi, 28(2), 7779-7794.
7. Bayazıt, M., Cığızoğlu K. & Önöz, B. (2002). Türkiye akarsularında trend analizi, Türkiye Mühendislik Haberleri Dergisi, 420-422, 8-10. doi: 10.1175/JHM412.1
8. Büyükkaraciğan, N. & Kahya, E. (2009). Konya Havzası akarsuları yıllık pik akım serilerinin taşkın frekans analizi, Selçuk-Teknik Dergisi, 8(3), 246-261.

9. Cebe, E. N. (2007). Türkiye akarsularında mevsimsel trend analizi. Yüksek Lisans Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.
10. Cığızoğlu H. K., Bayazıt, M. & Önöz, B. (2004). Trends in the maximum, mean and low flows of turkish rivers, Journal of Hydrometeorology, 6(3), 280-290. doi: 10.1175/JHM412.1
11. Çeribaşı, G. & Doğan, E. (2015). Karadeniz ve Sakarya Havzalarında yıllık ortalama yağışların trend analizi, Süleyman Demirel Üniversitesi Uluslarası Teknolojik Bilimler Dergisi, 7(1), 1-7.
12. Dabanlı, İ., Şen, Z., Yeleğen, M. Ö., Şişman, E., Selek, B. & Güçlü, Y. S. (2016). Trend assessment by the innovative-Şen method, Water Resources Management, 30(14), 5193-5203. doi: 10.1007/s11269-016-1478-4
13. Dabanlı, İ. (2017). Türkiye’de iklim değişikliğinin yağış-sıcaklığa etkisi ve kuraklık analizi: Akarçay örneği. Doktora Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.
14. Doğan, E., Çeribaşı, G. & Akkaya, U. (2016). Barajların nehir akımı rejimine olan etkilerinin trend analizi yöntemi ile araştırılması: Sakarya Nehri örneği, Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, 6(1), 50-55.
15. Douglas, E. M., Vogel, R. M. & Kroll, C. N. (2000). Trends in floods and low flows in the United States: impact of spatial correlation, Journal of Hydrology, 240(1-2), 90-105. doi: 10.1016/S0022-1694(00)00336-X
16. Elmalı M. (2019). Türkiye akarsu havzalarındaki yıllık ortalama akımların trend analizi. Yüksek Lisans Tezi. Erzurum Teknik Üniversitesi, Erzurum, Türkiye.
17. Kankal, M. & Akçay, F. (2019). Trabzon ili yağışlarının eğilim analizi, Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9(2), 318-331.
18. Kendall, M. G. (1975). Rank correlation methods. London: Griffin.
19. Mann, H. B. (1945). Non-parametric tests against trend, The Econometric Society, 13(3), 245-259. doi: 10.2307/1907187
20. Satılmış, U. (2015). Değirmendere havzası (Trabzon) yerüstü su kalitesinin mekana ve zamana bağlı değişiminin incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, Türkiye.
21. Sen, P.K. (1968). Estimates of the regression coefficient based on Kendall’s Tau, Journal of American Statistical Association, 39, 1379–1389. doi: 10.2307/2285891
22. Şen, Z. (1991). Probabilistic modelling of crossing in small samples and application of runs to hydrology, Journal of Hydrology, 124(3–4), 345–362. doi: 10.1016/0022-1694(91)90023-B
23. Şen, Z. (2012). Innovative trend analysis methodology. Journal of Hydrologic Engineering, 17(9), 1042-1046. doi: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000556
24. Şen, Z. (2017). Innovative trend methodologies in science and engineering. Berlin: Springer International Publishing.
25. Şen, Z. (2018). Crossing trend analysis methodology and application for Turkish rainfall records, Theoretical and Applied Climatology, 131, 285-293. doi: 10.1007/s00704-016-1980-x
26. Topaloğlu, F. (2006). Trend detection of streamflow variables in Turkey, Fresenius Enviromental Bulletin, 15(7), 644-653.
27. Von Storch, H. & Navarra, A. (1995). Analysis of climate variability. New York: Springer.
28. Yılmaz M. (2019). Türkiye akarsu havzalarındaki yıllık anlık maksimum akımların trend analizi. Yüksek Lisans Tezi. Erzurum Teknik Üniversitesi, Erzurum, Türkiye.
29. Yue, S., Pilon, P., Phinney, B. & Cavadias, G. (2002). The influence of autocorrelation on the ability to detect trend in hydrological series, Hydrological Processes, 16, 1807-1829. doi: 10.1002/hyp.1095
30. Yüksek, Ö., Kankal, M. & Üçüncü, O. (2013). Assessment of big floods in the Eastern Black Sea Basin of Turkey, Environmental Monitoring and Assessment, 185(1), 797-814. doi: 10.1007/s10661-012-2592-2