Taşkın Tekrar Periyodu Senaryoları Altında Hidrolik Model ile Taşkın Risk Yönetimi: Keçi Deresi Örneği

Abstract

Bu çalışma, Türkiye’nin Sakarya ili Sapanca ilçesinde yer alan Keçi Deresi’ne ilişkin kapsamlı bir taşkın risk değerlendirmesini, HEC-RAS yazılımı kullanılarak gerçekleştirilen bir boyutlu (1B) hidrolik modelleme yöntemiyle sunmaktadır. 2014–2025 yılları arasında kaydedilen yıllık maksimum debi verileri, Log-Pearson Tip III dağılımı kullanılarak analiz edilmiş ve 2 ila 500 yıl arasında değişen taşkın tekrar periyotlarına (Q2–Q500) karşılık gelen tasarım debileri tahmin edilmiştir. Gelecekte meydana gelebilecek taşkın dinamiklerini değerlendirmek amacıyla, iklim değişikliği ve kentleşmenin potansiyel etkilerini yansıtacak şekilde debilerin sırasıyla 2, 5 ve 10 kat artırıldığı dört farklı senaryo geliştirilmiştir. Çalışma alanının topoğrafik özellikleri, Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) ortamında detaylandırılmış Sayısal Yükseklik Modeli (DEM) aracılığıyla hassas biçimde temsil edilmiştir. Hidrolik simülasyonlar, akarsu geometrisi, tanımlı kesitler ve sınır koşulları dikkate alınarak kararlı akım koşulları altında yürütülmüştür. Temel senaryo altında modelleme sonuçları, taşkın sularının dere yatağı dışına sınırlı şekilde taştığını göstermektedir. Ancak yüksek debili senaryolarda, taşkın sularının akarsu kenarlarını aşarak yaklaşık 600.000 m²’lik bir alanı etkilediği ve konutlar ile tarım alanları dahil olmak üzere yaklaşık 200 yapıyı tehdit ettiği belirlenmiştir. Elde edilen bulgular, mevcut hidrolik altyapının yüksek şiddetli taşkınları karşılamada yetersiz olduğunu ortaya koymaktadır ve insan kaynaklı baskılar ile iklimsel değişkenliklerin bölgedeki taşkın riskini artırdığını vurgulamaktadır. Bu kapsamda, dere yatağı düzenlemeleri, arazi kullanım planlaması, taşkın yatağı koruma önlemleri ve gerçek zamanlı erken uyarı sistemleri gibi yapısal ve yapısal olmayan bütünleşik stratejilerin uygulanması önerilmektedir.

Keywords

• Taşkın Modellemesi
• Keçi Deresi
• HEC-RAS
• Tek Boyutlu Hidrolik Modelleme
• İklim Değişikliği

Flood Risk Management Under Return Period Scenarios Using Hydraulic Modeling: A Case Study of Keçi Stream

Abstract

This study presents a comprehensive flood risk assessment for Keçi Stream, situated in the Sapanca district of Sakarya Province, Turkey, through the application of one-dimensional (1D) hydraulic modeling using the HEC-RAS software. Annual maximum discharge data recorded between 2014 and 2025 were analyzed utilizing the Log-Pearson Type III distribution to estimate design flood discharges corresponding to various return periods ranging from 2 to 500 years (Q2–Q500). To assess potential future flood dynamics, four distinct scenarios were constructed, including amplified discharge rates (2-, 5-, and 10-fold increases), reflecting the possible effects of climate change and urban expansion. Topographical characteristics of the study area were accurately represented through a refined Digital Elevation Model (DEM), integrated within a Geographic Information System (GIS) environment. Hydraulic simulations were conducted under steady-state flow conditions, incorporating stream geometry, defined cross-sections, and boundary constraints. Modeling outcomes under baseline conditions indicate minimal floodplain encroachment. However, in higher-discharge scenarios, results demonstrate significant inundation beyond the streambanks, potentially affecting an area of up to 600,000 m² and endangering approximately 200 structures, including residential and agricultural assets.The findings reveal the insufficiency of existing hydraulic infrastructure in accommodating high-magnitude flood events and underscore the increasing flood vulnerability due to anthropogenic and climatic pressures. The study advocates for a set of integrated structural and non-structural mitigation strategies, such as channel improvements, land-use regulation, floodplain preservation, and real-time early warning systems..

Keywords

• Flood Risk Assessment
• Keçi Stream
• HEC-RAS
• One-Dimensional-Hydraulic Modeling
• Climate Change

References

1. [1] Kaya, Ç. M. (2022). 1D ve 2D taşkın modellemesinin karşılaştırılması: Fol Deresi örneği. Afet ve Risk Dergisi, 5(1), 13-21.
2. [2] Balica, S. F., Wright, N. G., Van der Meulen, F. (2012). A flood vulnerability index for coastal cities and its use in assessing climate change impacts. Natural hazards, 64(1), 73-105.
3. [3] Tramblay, Y., Thirel, G., Strohmenger, L., Evin, G., Corre, L., Heraut, L., & Sauquet, E. (2025). Evolution of flood generating processes under climate change. Hydrology and Earth System Sciences, 29, 7023–7039.
4. [4] Diop, S. B., Ekolu, J., Tramblay, Y., Dieppois, B., Grimaldi, S., Bodian, A., Blanchet, J., Rameshwaran, P., Salamon, P., & Sultan, B. (2025). Climate change impacts on floods in West Africa: Insights from large-scale hydrological models. Natural Hazards and Earth System Sciences, 25, 3161–3184.
5. [5] Özdemir, H., & Akbaş, A. (2023). Sayısal yükseklik modellerindeki mekânsal çözünürlük değişkenliğinin taşkın tehlike analizine etkileri. Coğrafya Dergisi, 46, 1-20.
6. [6] Anılan, T., Yüksek, Ö., Kankal, M. (2016), Regional Flood Frequency Analysis of Eastern Black Sea Basin Based on L-Moments. UCTEA Tecnical. Journal, 451, 7403–7427.
7. [7] https://www.dsi.gov.tr/, Erişim Tarihi: 01.06.2025, Konu: Keçi Deresi Hakkında Genel Bilgiler.
8. [8] Shangguan, Z., Liu, Y., Chen, X., & Wang, J. (2025). Improving flood hazard susceptibility assessment by integrating hydrodynamic modeling with remote sensing and ensemble machine learning. Natural Hazards, 121, 7839–7868.

9. [9] Rustam Oghly, A. L. (2024). Denizli ili Serinhisar ilçe merkezi taşkın yayılım alanlarının Coğrafi Bilgi Sistemleri ve HEC-RAS paket programı ile modellenmesi [Yüksek lisans tezi, Pamukkale Üniversitesi].
10. [10] Demir, M., Yıldız, S., & Kaya, A. (2023). Flood modeling of Engiz Stream using HEC-RAS. Turkish Journal of Applied Hydraulics, 9(2), 145–160.
11. [11] Selim, M., Yılmaz, H., & Kaya, R. (2025). Potential flood risk scenarios using HEC-RAS in the Boğaçay sub-basin (Antalya, Turkey). Applied Sciences, 15(1), 219.
12. [12] Çelik, E., & Aydın, M. (2023). Flood analysis of Altınçay Creek using HEC-RAS (Antakya, Turkey). MKU Journal of Engineering Sciences, 14(3), 311–325.
13. [13] Korkmaz, H., Şahin, S., & Yılmaz, N. (2024). GIS-based flood hazard mapping using HEC-RAS for urban streams in Şanlıurfa, Turkey. Natural Hazards, 121(3), 2025–2047.
14. [14] Saatci Guven, D., Yenigun, K., Isinkaralar, O., & Isinkaralar, K. (2025). Modeling flood hazard impacts using GIS-based HEC-RAS technique towards climate risk in Şanlıurfa, Türkiye. Natural Hazards, 121, 3657–3675.
15. [15] Ceribasi, G., & Ceyhunlu, A. I. (2021). Generation of 1D and 2D flood maps of Sakarya River passing through Geyve district of Sakarya city in Turkey. Natural Hazards, 105, 631–642.
16. [16] Devlet Su İşleri (DSİ). (2022). Sapanca Gölü Taşkın Kontrol Raporu. DSİ Genel Müdürlüğü Yayınları. Halk54. (2023, Ağustos 11). DSİ Sapanca’da Keçi Deresi için çalışmalara başladı.
17. [17] Sapanca Belediyesi. (2023). Keçi Deresi'nde taşkın önleme çalışmaları devam ediyor. https://www.sapanca.bel.tr/Haberler/Detay/Sapancada-Dere-Islah-Calismasi-07-12-2020
18. [18] Üçüncü, Ö. (2018). Sapanca Havzası’nda taşkın frekans analizi ve hidrolik modelleme ile taşkın riskinin belirlenmesi [Master’s thesis, Sakarya University]. Sakarya, Türkiye.
19. [19] Sahid, S., & Sahid, S. (2022). Enhancing digital elevation model accuracy for flood modelling: A case study of the Ciberes River in Cirebon, Indonesia. Forum Geografi, 38(1), 1–12.
20. [20] Gotvald, A. J., Barth, N. A., Veilleux, A. G., & Parrett, C. (2012). Methods for determining magnitude and frequency of floods in California, based on data through water year 2006. U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report, 2012–5113.
21. [21] Xu, C., Lu, H., Zhang, K., & Wang, D. (2020). Assessing the impacts of climate change and urbanization on flood risk: A scenario-based hydrologic modeling approach. Journal of Hydrology, 590, 124856.
22. [22] Pathan, A. I., Pankaj, J., Gandhi, R., & others. (2019, July). Integrated Approach for Flood Modeling using Arc GIS, HEC-GeoRAS - A Case Study on Purna River of Navsari District of Gujarat State
23. [23] Pender, G., Smith, M., & Johnson, L. (2018). Steady flow simulations in hydraulic modeling using energy balance equations. Environmental Modelling & Software, 105, 94–102.
24. [24] Horritt, M. S., & Bates, P. D. (2002). Effects of spatial resolution on a raster based model of flood flow. Journal of Hydrology, 268(1–4), 81–92.
25. [25] Yu, D., Lane, S. N., & Bates, P. D. (2021). Coupled 1D–2D hydrodynamic modelling of river–floodplain systems: Advantages, limitations, and applications. Journal of Hydrology, 603, 126902.
26. [26] Brunner, G. W. (2021). HEC-RAS River Analysis System: Hydraulic Reference Manual (Version 6.0). U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center, Davis, CA.
27. [27] Chow, V. T. (1959). Open-channel hydraulics. McGraw-Hill Book Company, New York, NY.
28. [28] Feng, D., Tan, Z., & He, Q. (2023). Physics-informed neural networks of the Saint-Venant equations for downscaling a large-scale river model. Water, 15(11), 1652.
29. [29] Merwade, V., Cook, A., & Coonrod, J. (2008). GIS techniques for creating river terrain models for hydrodynamic modeling and flood inundation mapping. Environmental Modelling & Software, 23(10–11), 1300–1311.
30. [30] Arcement, G. J., & Schneider, V. R. (1989). Guide for selecting Manning’s roughness coefficients for natural channels and flood plains. U.S. Geological Survey Water-Supply Paper 2339. U.S. Government Printing Office, Washington, DC.
31. [31] Zhang, L., Li, Y., & Liu, H. (2022). Application of HEC-RAS 1D hydraulic modeling in floodplain management: A case study in a semi-arid watershed. Water, 14(3), 345.
32. [32] Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK). (2024). Adrese Dayalı Nüfus Kayıt Sistemi (ADNKS) Sonuçları: Sapanca İlçesi Nüfusu. Ankara, Türkiye.
33. [33] Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK). (2023). İnşaat Maliyet Endeksi ve Konut İstatistikleri. Ankara, Türkiye.
34. [34] Willkofer, F., Ludwig, R., Pinto, J. G., & Kunstmann, H. (2024). Assessing the impact of climate change on high return levels of peak flows using a large climate model ensemble. Hydrology and Earth System Sciences, 28, 2969–2987.
35. [35] Darlington, T., Sampson, C. C., Smith, A. M., Neal, J. C., & Bates, P. D. (2024). Mapping current and future flood exposure using high-resolution flood models and climate change projections. Natural Hazards and Earth System Sciences, 24, 699–716.
36. [36] Jayapadma, T., Weerasinghe, I., Herath, S., & Rathnayake, U. (2024). Projection of climate change impacts on flood inundation using scenario-based hydraulic modeling: A case study of the Gin River Basin, Sri Lanka. Proceedings of the International Association of Hydrological Sciences, 386, 33–40.
37. [37] Harrison, S., Macklin, M. G., & Lewin, J. (2025). Robust climate attribution of modern floods requires integration of palaeoflood evidence. Climatic Change, 178, 12.