Söylemez Barajı Havzasında Meteorolojik ve Hidrolojik Kuraklığın Çok Ölçekli SPI ve SSFI Analizleri ve İndisler Arasındaki İlişki

Abstract

Dünyayı ciddi anlamda tehdit eden iklim değişikliğinin etkileri, özellikle kuraklık olaylarında belirgin şekilde ortaya çıkmaktadır. Kuraklık, genellikle yağıştaki azalma sonucunda ortaya çıkmakta ve su kaynaklarının azalmasıyla birlikte insanlar çoğunlukla su stresinin hissedilmesiyle bu durumun farkına varmaktadır. Kuraklığı basit bir yağış eksikliği olarak tanımlamak doğru olmamakla birlikte uzun yıllar ortalamasının altına düşen nemlilikle birlikte bölgede yağış, sıcaklık ve buharlaşmanın dengeli bir şekilde devam etmemesi yağış azlığı, sıcaklık anomalileri, iklim, toprak koşulları arazi örtüsü gibi parametrelerde kuraklıkta etkili olur. Kuraklığın belirlenmesi, etkilerinin ortaya konması ve gerekli tedbirlerin alınması havzanın detaylı olarak incelenmesiyle mümkün olmaktadır. Kuraklığın matematiksel modeli ve anlamını ortaya konması için çok sayıda indis geliştirilmiştir. Standartlaştırılmış yağış indisi (SPI) ve Standartlaştırılmış akış indisi (SSFI) kuraklığı hem şiddet hem de süre bakımından değerlendiren önemli indislerdendir. Bu çalışmada Aras Havzası’nın memba kısmında Aras havzasının alt havzası olan Söylemez barajı havzasında 1992-2023 dönemi için havzaya düşen yağış ve havza çıkış akımları (1992-2023) SPI ve SSFI 1,3,6,9,12 ve 24 aylık farklı zaman dilimlerinde kuraklık analizleri yapılarak her iki indis arasındaki ilişki araştırılmıştır. Mann-Kendall yöntemi ile yapılan trend analizleri sonucunda yağış ve akım verilerinde istatistiksel olarak anlamlı azalan eğilimler belirlenmiştir. SPI serilerinde 2012-2016 dönemi en uzun ve en şiddetli meteorolojik kuraklık dönemi olarak öne çıkarken, SSFI serilerinde 2013-2015 yılları hidrolojik kuraklığın en yoğun görüldüğü dönem olmuştur. Her iki indeksin uzun dönemli (12 ve 24 aylık) zaman ölçeklerinde güçlü ilişki düzeyleri göstermesi, yağış azlıklarının akımlar üzerinde doğrudan ve belirgin etkiler yarattığını ortaya koymuştur. Bu bulgular, havzanın gelecekteki su yönetimi stratejilerinde kuraklık risklerinin dikkate alınması gerektiğini ve uzun vadeli dirençlilik planlarının önemini vurgulamaktadır.

Keywords

• Hidrolojik kuraklık
• Mann-Kendall
• Meteorolojik kuraklık
• Söylemez Barajı
• SPI
• SSFI

Ethical Statement

Makale yazarı herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan eder.

Thanks

Bu makale, Bünyamin ÇAKUR’un yüksek lisans tezi kapsamında hazırlanmıştır. Yazarlar, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü'ne teşekkür etmektedirler.

Multi-Scale SPI and SSFI Analyses of Meteorological and Hydrological Drought and the Relationship Between Indices in the Söylemez Dam Basin

Abstract

The effects of climate change, which seriously threaten the world, are particularly evident in drought events. Drought generally occurs as a result of decreased rainfall, and people often become aware of this situation when they experience water stress due to the depletion of water resources. Although it is not accurate to define drought as a simple lack of rainfall, when humidity falls below the long-term average and rainfall, temperature, and evaporation are not balanced in the region, parameters such as rainfall deficiency, temperature anomalies, climate, soil conditions, and land cover become effective in drought. Identifying drought, revealing its effects, and taking necessary measures is possible through a detailed examination of the basin. Numerous indices have been developed to reveal the mathematical model and meaning of drought. The Standardized Precipitation Index (SPI) and Standardized Runoff Index (SSFI) are important indices that evaluate drought in terms of both severity and duration. In this study, precipitation falling in the basin and basin outflow (1992-2023) for the period 1992-2023 in the Söylemez dam basin, which is a sub-basin of the Aras Basin, were analyzed for the SPI and SSFI 1,3,6,9, 12, and 24-month intervals. Trend analyses conducted using the Mann-Kendall method revealed statistically significant decreasing trends in precipitation and runoff data. The 2012-2016 period stands out as the longest and most severe meteorological drought period in the SPI series, while the 2013-2015 period was the most intense period of hydrological drought in the SSFI series. The strong level of association observed in both indices over long-term (12- and 24-month) time scales reveal that rainfall deficits have direct and significant effects on runoff. These findings underscore the need to consider drought risks in future water management strategies for the basin and highlight the importance of long-term resilience planning.

Keywords

• Hydrological drought
• Mann-Kendall
• Meteorological drought
• Söylemez Dam
• SPI
• SSFI

References

1. Ablak E., Uysal ET., Kumanlioglu A. Farklı standartlaştırılmış indis yöntemleri ile Bartın ilinin meteorolojik kuraklıklarının analizi. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 2025; 14(1): 382-391.
2. Aktürk G., Çıtakoğlu H., Demir V., Beden N. Meteorological drought analysis and regional frequency analysis in the Kızılırmak Basin: creating a framework for sustainable water resources management. Water 2024; 16(15): 2124.
3. Beden N., Demir V., Keskin AÜ. Samsun ilinde SPI ve PNI kuraklık indekslerinin eğilim analizi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi 2020; 22(64): 107-116.
4. Bloomfield JP., Marchant BP. Analysis of groundwater drought building on the standardised precipitation index approach. Hydrology and Earth System Sciences 2012; 17(12): 4769-4787.
5. Bozkurt C. Farklı zaman periyotları kullanılarak SPI ve SPEI indisleri ile kuraklık analizleri. İleri Teknolojilerde Çalışmalar Dergisi 2024; 2(1): 13-23. https://doi.org/10.63063/jsat.1380592
6. Citakoglu H., Aktürk G., Demir V. Hybrid machine learning for drought prediction at multiple time scales: a case study of Ağrı station, Türkiye. Acta Geophysica 2025; 73(2): 1643-1677.
7. Coccia M., Roshani S. Evolution of topics and trends in emerging research fields: multiple analyses with entity linking, Mann-Kendall test and burst methods in cloud computing. Scientometrics 2024; 129(9): 5347-5371.
8. Çelik MA., Kopar İ., Bayram H. Doğu Anadolu Bölgesi’nin mevsimlik kuraklık analizi. Atatürk Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi 2018; 22(3): 1741-1761.

9. Çirağ B., Firat M. Two-dimensional (2D) flood analysis and calibration of stormwater drainage systems using geographic information systems. Water Science & Technology 2023; 87(10): 2577-2596. https://doi.org/10.2166/wst.2023.126
10. DSİ. https://www.dsi.gov.tr/ Erişim Tarihi: 30.08.2025
11. Fuchs BA., Svoboda MD. Handbook of drought ındicators and ındices. WMO. 2016.
12. Guan M., Liang Q., Hou J. Smart approaches to predict urban flooding: current advances and challenges. Frontiers in Earth Science 2021; 9: 681751.
13. Gümüş V. Akim kuraklik indeksi ile Asi Havzasinin hidrolojik kuraklık analizi. Gazi University Journal of Science Part C: Design and Technology 2017; 5(1): 65-73.
14. Gümüş V., Başak A., Oruç N. Standartlaştırılmış yağış indeksi (SYİ) yöntemi ile Şanlıurfa istasyonunun kuraklık analizi. Harran Üniversitesi Mühendislik Dergisi 2016; 1(1): 36-44.
15. Kendall M. Rank correlation methods. London: 4th edition, Charles Griffin. 1975.
16. Mann HB. Nonparametric tests against trend. Econometrica 1945; 13(3): 245-259.
17. Marrone M. Application of entity linking to identify research fronts and trends. Scientometrics 2020; 122(1): 357-379.
18. Marsick A., André H., Khelf I., Leclère Q., Antoni, J. Benefits of Mann-Kendall trend analysis for vibration-based condition monitoring. Mechanical Systems and Signal Processing 2024; 216: 111486.
19. McKee TB., Doesken NJ., Kleist J. The relationship of drought frequency and duration of time scales. Eighth Conference on Applied Climatology Anaheim, CA: American Meteorological Society 1993; 179-186.
20. Mishra AK., Singh VP. A review of drought concepts. Journal of Hydrology 2010; 391(1-2): 202-216.
21. NCAR. https://climatedataguide.ucar.edu/climate-data/standardized-precipitation-index-spi.Erişim Tarihi: 30.08.2025
22. Okka CT., Durduran SS. Ermenek barajı havzasında SPI ve SPEI indisleri kullanılarak kuraklık analizi tahmini. 2022.
23. Özdemir FN., Aksoy A. Kuraklığın Erzurum tarımına etkisi. Turkish Journal of Agricultural and Natural Sciences 2022; 9(1): 132-140.
24. Özgün G., Vaheddoost B., Aras E. Standart yağış indeksi (SPI) metodu kullanılarak kuraklık analizi ve Bursa Doğancı Barajı ile ilişkilendirilmesi. Academic Perspective Procedia 2020; 3(2): 876-885.
25. Pachauri RK., Allen MR., Barros VR., Broome J., Cramer W., Christ R., van Ypserle JP. Climate change 2014: synthesis report. Contribution of Working Groups I, II and III to the fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change 2014; 151, IPCC.
26. Sarış F., Gedik F. Konya Kapalı Havzası’nda meteorolojik kuraklık analizi. Coğrafya Dergisi 2021; 42: 295-308.
27. Şarlak N., Muratoğlu A., Tiğrek Ş. Devegeçidi Baraj Gölü meteorolojik-hidrolojik-tarımsal kuraklık analizi. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi 2024; 10(1): 16-28.
28. Şimşek O., Oksal NGS., Uncu EM., Gümüş V, Şeker M. SYİ Yöntemiyle Çoruh Havzası uzun dönem (1969-2020) meteorolojik kuraklığının analizi. Politeknik Dergisi 2024.
29. Taşkolu İ., Acar R., Çırağ B. Monitoring and evaluation of meteorological drought in Malatya Station: Standard precipitation index (SPI) and reconnaissance drought ındex (RDI). Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi 2025; 25(3): 635-646. https://doi.org/10.35414/akufemubid.1493278
30. Taşkolu İ., Güngör M. Kuraklık analizi ve Güneydoğu Anadolu Bölgesi örneği. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 2025; 31(3).
31. Thiessen AH. Precipitation averages for large areas. Monthly weather review 1911; 39(7): 1082-1089.
32. Topçu E., Karaçor F. Erzurum istasyonunun standartlaştırılmış yağış evapotranspirasyon indeksi ve bütünleşik kuraklık indeksi kullanılarak kuraklık analizi. Politeknik Dergisi 2021; 1-1.
33. Topçu E., Karaçor F., Çırağ B., Taşkolu İ., Acar R. Drought assessment in the northeastern Aras Basin using multi-parameter aggregate drought index and innovative polygon trend analysis. Earth Science Informatics 2025; 18(3): 273. https://doi.org/10.1007/s12145-025-01797-x
34. Uzunçubuk L. Yerleşim yerlerinde afet ve risk yönetimi. Ankara Üniversitesi, sayfa no: 395, Ankara, Türkiye, 2005.
35. Vicente-Serrano SM., Beguería S, López-Moreno JI. A multiscalar drought index sensitive to global warming: the standardized precipitation evapotranspiration index. Journal of Climate 2010; 23(7): 1696-1718.
36. Wilhite DA., Glantz MH. Understanding: the drought phenomenon: the role of definitions. Water international 1985; 10(3): 111-120.
37. Yetmen H., Özcanlı A. Harran Ovası’nın kuraklık analizi. The Journal of Academic Social Science 2024; 46(46): 132-146.