Extreme Flow Estimation in Ungauged Basins: Case of Eastern Black Sea

Abstract

Floods are the natural disasters that cause the highest loss of life and property worldwide, after earthquakes. The most basic base data used in studies to prevent and protect against floods is stream flow data. Extreme flow values could be calculated from stream flow data using statistical methods. There are some data scarce regions in the world in terms of stream flow data. Extreme flow values can be estimated by different methods. In this study, it is aimed to calculate the extreme flow values of the sub-basins in the Eastern Black Sea Basin using the L-moments method. For this purpose, regional analyses were applied to the stream gauge stations in the basin, the most appropriate regional distribution was determined and flood flows with different recurrence periods were calculated with methods suitable for this distribution. The outputs of the study will be using an input for future hydrological and hydrodynamic studies.

Keywords

• Flood
• Eastern Black Sea
• Regional Flood Frequency Analysis

Akım Gözlem İstasyonu Bulunmayan Havzalarda Taşkın Debisi Tahmini: Doğu Karadeniz Örneği

Abstract

Taşkınlar, dünya genelinde can ve mal kayıpları açısından incelendiğinde depremlerin ardından en yüksek kayba neden olan doğal afetlerdir. Taşkınları önlemek ve taşkınlardan korunmak için yapılan çalışmalarda kullanılan en temel veri akarsu debileridir. Akarsu debilerinden istatistiksel yöntemler aracılığıyla taşkın debileri hesaplanabilmektedir. Dünyanın farklı yerlerinde olduğu gibi ülkemizde de akım verisi açısından fakir sahalar bulunmaktadır. Bu sahalarda yer alan havzalara ait akımların tahmini farklı yöntemlerle yapılabilmektedir. Bu çalışmada bahsedilen yöntemlerden birisi olan L-momentler yöntemi ile Doğu Karadeniz Havzasında yer alan alt havzaların taşkın debilerinin hesaplanması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda havzadaki akım gözlem istasyonlarına bölgesel analizler uygulanmış, en uygun bölgesel dağılım belirlenmiş ve bu dağılıma uygun yöntemlerle farklı tekrar periyotlarına sahip taşkın debileri hesaplanmıştır. Çalışmanın çıktıları hem hidrolojik hem de hidrodinamik çalışmalar için altlık oluşturmaktadır.

Keywords

• Taşkın
• Doğu Karadeniz
• Bölgesel Taşkın Analizleri

References

1. Abdi, A., Hassanzadeh, Y., & Ouarda, T. B. M. J. (2017). Regional frequency analysis using Growing Neural Gas network. Journal of Hydrology. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.04.047
2. Akbaş, A. & Özdemir, H. (2022). Tüm modeller yanlıştır, ancak bazıları faydalıdır: Akım gözlem istasyonu bulunmayan havzalarda düşük (kurak) ve yüksek (taşkın) akım davranışlarının belirlenmesi. Cografya Dergisi, 45, 33-46. https://doi.org/10.26650/JGEOG2022-1075304
3. Akyürek, Z. (2013). Taşkın ve Kuraklık Yönetimi Hizmet İçi Eğitim Programı, AFYON, Taşkın Tehlike ve Taşkın Risk Haritalarının Oluşturulması
4. Anılan, T. (2014). Doğu Karadeniz Havzası'nın L-Momentlere Dayalı Taşkın Frekans Analizinde Yapay Zekâ Yöntemlerinin Uygulanması, Karadeniz Teknik Üniversitesi. Trabzon.
5. Anılan, T., Yüksek, Ö. & Kankal, M. (2016). Doğu Karadeniz Havzası’nın l-momentlere dayalı taşkın frekans analizi. Teknik Dergi, 27, 7403 – 7427
6. Anlı, A.S., Apaydın, H. & Öztürk, F. (2009) Trabzon İlinde Gözlenen Yıllık Maksimum Yağısların Bölgesel Frekans Analizi, Tarım Bilimleri Dergisi, 15, Sayı:3, 240-248.
7. Aydoğan, D., Kankal, M., & Önsoy, H. (2016). Regional flood frequency analysis for Çoruh Basin of Turkey with L-moments approach. Journal of Flood Risk Management, 9(1), 69-86. https://doi.org/10.1111/jfr3.12116
8. Baidya, S., Singh, A., & Panda, S. N. (2020). Flood frequency analysis. Natural Hazards. https://doi.org/10.1007/s11069-019-03853-4

9. Beven, K. J., Almeida, S., Aspinall, W. P., Bates, P. D., Blazkova, S., Borgomeo, E., Freer, J., Goda, K., Hall, J. W., Phillips, J. C., Simpson, M., Smith, P. J., Stephenson, D.B., Wagener, T., Watson, M., & Wilkins, K. L.(2018). Epistemic uncertainties and natural hazardrisk assessment - Part 1: A review of different naturalhazard areas. Natural Hazards and Earth SystemSciences, 18(10), 2741-2768.https://doi.org/10.5194/nhess-18-2741-2018
10. Burn, D. H., & Goel, N. K. (2000). The formation of groups for regional flood frequency analysis. Hydrological Sciences Journal, 45(1), 97-112.https://doi.org/10.1080/02626660009492308
11. Chau, K. W., Wu, C. L., & Li, Y. S. (2005). Comparison of several flood forecasting models in Yangtze River. Journal of Hydrologic Engineering, 10(6), 485-491. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0699(2005)10:6(485)
12. Çıtakoğlu, H., Demir, V., & Haktanir, T. (2017). L− Momentler yöntemiyle karadeniz’e dökülen akarsulara ait yillik anlik maksimum akim değerlerinin bölgesel frekans analizi. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 6(2), 571-580.
13. Çıtakoğlu, H. (2021). Regionalization And Mapping Of Dissolved Oxygen Concentratıon of Sakarya Basin By L‒Moments Method. Journal of Engineering Sciences And Design, 9(2), 495-510. Https://Doi.Org/Https://Doi.Org/10.21923/Jesd.846466
14. Çıtakoğlu, H., & Güney, M. (2017). L− Momentler Yöntemiyle Türkiye’ye Ait Açık Yüzey Buharlaşma Değerlerinin Bölgeselleştirilmesi. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 6(2), 546-559
15. Dalrymple, T. (1960). Flood-Frequency Analyses. Manual of Hydrology Part 3. Flood-flow techniques. Geological Survey Water-Supply Paper, 1543-A, 80-80. http://pubs.usgs.gov/wsp/1543a/report.pdf Dikmen, B. (2020). Doğu Karadeniz Havası Taşkın Yönetim Planı Taslak Stratejik Çevresel Değerlendire Raporu, Ankara.
16. Dodangeh, S. S., Taghi & Seçkin, N. (2011). Minimum Akımların L-Momentler Yöntemi ile Bölgesel Frekans Analizi. Tarım Bilimleri Dergisi, 17, 43-58.
17. Elbaşı, E. (2022). Bölgesel Taşkın Analizleri Kullanılarak Taşkın Tehlike Haritalarının Hazırlanması. [Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, İstanbul]. Yükseköğretim Kurulu Başkanlığı Tez Merkezleri
18. Farsadnia, F., Rostami Kamrood, M., Moghaddam Nia, A., Modarres, R., Bray, M. T., Han, D., & Sadatinejad, J. (2014). Identification of homogeneous regions for regionalization of watersheds by two-level self-organizing feature maps. Journal of Hydrology, 509, 387-397.https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.11.050
19. Fırat, M., Dikbaş, F., Koç, A. C. & Güngör, M. (2012). K-Ortalamalar Yöntemi ile Yıllık Yağışların Sınıflandırılması ve Homojen Bölgelerin Belirlenmesi. Teknik Dergi, 23 (113), 6037-6050.
20. Haktanir, T., Citakoglu, H., & Seckin, N. (2016). Regional frequency analyses of successive-duration annual maximum rainfalls by L-moments method. Hydrological Sciences Journal, 61(4), 647-668. https://doi.org/10.1080/02626667.2014.966722
21. Hosking, J. R. M. (1990). L-Moments: Analysis and Estimation of Distributions Using Linear Combinations of Order Statistics. Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Methodological). https://doi.org/10.1111/j.2517-6161.1990.tb01775.x
22. Hosking, J. R. M., & Wallis, J. R. (1997). Regional Frequency Analysis: An Approach Based on L-Moments. Cambridge University Press. https://doi.org/DOI: 10.1017/CBO9780511529443
23. Kumar, R., Chatterjee, C., & Kumar, S. (2003). Regional flood formulas using L-moments for small watersheds of sone subzone of India. Applied Engineering in Agriculture. https://doi.org/10.13031/2013.12736
24. Kumar, R., Chatterjee, C., Panigrihy, N., Patwary, B. C., & Singh, R. D. (2001). Development of regional flood formulae using L-moments for gauged and ungauged catchments of North Brahmaputra river system. Journal of the Institution of Engineers (India): Civil Engineering Division.
25. Leclerc, M., & Ouarda, T. B. M. J. (2007). Non-stationary regional flood frequency analysis at ungauged sites. Journal of Hydrology, 343(3-4), 254-265. https://doi.org/10.1016/J.JHYDROL.2007.06.021
26. Lettenmaier, D. P., & Potter, K. W. (1985). Testing Flood Frequency Estimation Methods Using a Regional Flood Generation Model. WATER RESOURCES RESEARCH, 21(12), 1903-1914. https://doi.org/10.1029/WR021i012p01903
27. Lettenmaier, D. P., Wallis, J. R., & Wood, E. F. (1987). Effect of regional heterogeneity on flood frequency estimation. WATER RESOURCES RESEARCH, 23(2), 313-323.https://doi.org/10.1029/WR023i002p00313
28. McMillan, HK., Westerberg, IK. & Krueger, T. (2018). Hydrological data uncertainty and its implications. WIREs Water. 5:e1319. https://doi.org/10.1002/wat2.1319
29. Nguyen, N. Y., Ichikawa, Y., & Ishidaira, H. (2016). Estimation of inundation depth using flood extent information and hydrodynamic simulations. Hydrological Research Letters. https://doi.org/10.3178/hrl.10.39
30. Ozdemir, H., & Elbaşi, E. (2015). Benchmarking land use change impacts on direct runoff in ungauged urban watersheds. Physics and Chemistry of the Earth, 79-82, 100-107. https://doi.org/10.1016/j.pce.2014.08.001
31. Ozdemir, H., & Akbas, A. (2023). Is there a consistency in basin morphometry and hydrodynamic modelling results in terms of the flood generation potential of basins? A case study from the Ulus River Basin (Türkiye). Journal of Hydrology, 625, 129926.
32. Ozdemir, H., & Akbas, A. (2023). Sayısal yükseklik modellerindeki mekânsal çözünürlük değişkenliğinin taşkın tehlike analizine etkileri. Cografya Dergisi, 46, 1-20. https://doi.org/10.26650/JGEOG2023-1177718
33. Pandey, G. R., & Nguyen, V. T. V. (1999). A comparative study of regression based methods in regional flood frequency analysis. Journal of Hydrology, 225(1-2), 92-101. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(99)00135-3
34. Ramachandra Rao, A., & Srinivas, V. V. (2006). Regionalization of watersheds by hybrid-cluster analysis. Journal of Hydrology, 318(1-4), 37-56. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2005.06.003
35. Rao, A. R., & Srinivas, V. V. (2003). Some problems in regionalization of watersheds. IAHS-AISH Publication(280), 301-308.
36. Saf, B. (2009). Batı Akdeniz Havzalarının L-Momentlere Dayalı Bölgesel Taşkın Frekans Analizi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 15(2), 153-165. https://dergipark.org.tr/pajes/issue/20511/218356
37. Saf, B. (2011). Batı Akdeniz Bölgesi Taşkın Tahminlerinde Homojenlik İrdelemesi. İMO Teknik Dergi, 360, 2011, 5587-5611.
38. Seçkin, N. (2009). L-Momentlere Dayalı Gösterge-Sel Metodu ile Bölgesel Taşkın Frekans Analizi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana.
39. Smith, A., Sampson, C., & Bates, P. (2015). Regional flood frequency analysis at the global scale. WATER RESOURCES RESEARCH, 51(1), 539-553. https://doi.org/10.1002/2014WR015814
40. Tasker, G., Hosking, J. R. M., & Wallis, J. R. (1998). Regional Frequency Analysis: An Approach Based on L-Moments. Journal of the American Statistical Association. https://doi.org/10.2307/2669866
41. Tehrany, M. S., Pradhan, B., & Jebur, M. N. (2013). Spatial prediction of flood susceptible areas using rule based decision tree (DT) and a novel ensemble bivariate and multivariate statistical models in GIS. Journal of Hydrology, 504, 69-79. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.09.034
42. Yüksek, Ö., Kankal, M., Önsoy, H., Filiz, H. (2008), Trabzon, Doğu Karadeniz Havzası Taşkınları Üzerine Genel Bir Değerlendirme: ss. 17-28. 96