Determination assessment of flood potential in drainage basins in Atakum using morphometric analysis and the NMFI (Normalized Morphometric Flood Index) approach (Samsun, Türkiye)

Abstract

Urbanization pressure and the effects of climate change increase the frequency and intensity of floods, making it critical, from a risk management perspective, to assess the flood potential of watersheds. This study evaluates the flood potential of 17 drainage basins in and around the Atakum district, Samsun province, using morphometric analyses and the Normalized Morphometric Flood Index (NMFI) method. In the study, a drainage network and sub-basin boundaries were created using a 10 m resolution Digital Elevation Model (DEM), and 16 morphometric parameters representing linear, areal, and relief features were calculated. Normalizing these parameters using NMFI enabled an objective comparison of the flood potential of the basins on a 0–1 scale, and the results were classified as low, medium, high, and very high. The findings reveal that 71% of the basins have high flood potential, while 29% have medium flood potential. No watersheds were found in the low and very high categories. Model performance was evaluated using a Confusion Matrix (CM), and the susceptibility value was calculated as 0.75. However, the lower values of precision (0.25) and specificity (0.31) also indicate that the model may classify some non-flooded areas as risky. The results demonstrate that NMFI is a reliable tool for flood potential analysis and can be effectively used in watershed management and disaster risk reduction efforts.

Keywords

• Atakum
• Morphometry
• Normalized Morphometric Flood Index (NMFI)
• Geographic Information Systems (GIS)
• Flood potential

Morfometrik analiz ve NMFI (Normalize Morfometrik Taşkın İndeksi) yaklaşımıyla Atakum’daki drenaj havzalarının taşkın potansiyelinin değerlendirilmesi (Samsun, Türkiye)

Abstract

Kentleşme baskısı ve iklim değişikliğinin etkileri taşkınların hem sıklığını hem de şiddetini artırarak havzaların taşkın üretme potansiyelinin belirlenmesini risk yönetimi açısından kritik hale getirmektedir. Bu çerçevede çalışma, Samsun ili Atakum ilçesi ve çevresindeki 17 drenaj havzasının taşkın potansiyelini morfometrik analizler ve Normalize Morfometrik Taşkın İndeksi (NMFI) yöntemiyle değerlendirmektedir. Araştırmada 10 m çözünürlüklü Sayısal Yükseklik Modeli (SYM- DEM) kullanılarak drenaj ağı ve alt havza sınırları belirlenmiş; çizgisel, alansal ve rölyef özelliklerini temsil eden 16 morfometrik parametre hesaplanmıştır. Parametrelerin NMFI ile normalize edilmesi, havzaların taşkın üretme potansiyellerinin 0–1 arasında nesnel biçimde karşılaştırılmasını sağlamış ve sonuçlar dört sınıfta (düşük, orta, yüksek, çok yüksek) değerlendirilmiştir. Bulgular, havzaların %71’inin yüksek, %29’unun ise orta düzey taşkın potansiyeline sahip olduğunu, düşük ve çok yüksek kategoride taşkın potansiyeline sahip havza bulunmadığını göstermektedir. NMFI, farklı ölçeklerdeki parametreleri standart bir ölçekte bir araya getirerek havzalar arası potansiyel farklılıkları klasik yöntemlere göre daha net ortaya koymuştur. Model doğruluğu Karışıklık Matrisi (Confusion Matrix- CM) ile test edilmiş ve duyarlılık değeri 0,75 olarak hesaplanmıştır. Bu değer, modelin taşkın üreten havzaları tespit etmede anlamlı bir performans sergilediğine işaret etmektedir. Buna karşılık kesinlik (0,25) ve özgüllük (0,31) değerlerinin daha düşük olması modelin bazı taşkın olmayan alanları riskli olarak sınıflandırabildiğini de göstermektedir. Genel olarak NMFI’nin taşkın potansiyel analizlerinde güvenilir bir yaklaşım sunduğu ve havza yönetimi, planlama ile afet risk azaltma çalışmalarında etkin bir karar destek aracı olabileceği sonucuna ulaşılmıştır.

Keywords

• Atakum
• Morfometri
• Normalize Morfometri Taşkın İndeksi (NMFI) Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS)
• Taşkın potansiyeli

References

1. Alam, A., Ahmed, B., & Sammonds, P. (2021). Flash flood susceptibility assessment using the parameters of drainage basin morphometry in SE Bangladesh. Quaternary International, 575–576, 295–307. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2020.04.047
2. Anya, B., & Bhuiyan, C. (2024). Hydro-morphometry of a trans- Himalayan River basin: Spatial variance, inference and significance. Environmental Challenges, 15, 100890. https://doi.org/10.1016/j.envc.2024.100890
3. Avcı, V., Dölek, İ., & Uzelli, T. (2023). Araklı ve çevresinde (Trabzon) sel ve taşkına neden olan derelerin morfometrik analizlerle taşkın duyarlılıklarının belirlenmesi. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, 13(3), 1024–1054. https://doi.org/10.31466/kfbd.1286455
4. Avcı, V., & Ünsal, Ö. (2023). A Morphometric Approach to Bozkurt (Kastamonu-Türkiye) Flood. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 9(2), 216–239. https://doi.org/10.21324/dacd.1210797
5. Bahadır, M. (2015). Samsun’da meydana gelen 4 Temmuz ve 6 Ağustos 2012 taşkınlarının klimatik analizi. Coğrafya Dergisi, 29, 28–50. https://izlik.org/JA22TJ22LX
6. Bahadır, M., Şen, H., & Ocak, F. (2025). Urban development process and land use change in Atakum district (Samsun, Türkiye) using remote sensing techniques. Coğrafi Bilimler Dergisi, 23(2), 396–420. https://izlik.org/JA26ZW46AY
7. Bashir, B., & Alsalman, A. (2024). Characteristics and comparative assessment of flash flood hazard evaluation techniques: Insights from Wadi Haily Basin, Eastern Red Sea Coast, Saudi Arabia. Water, 16(24), 3634. https://doi.org/10.3390/w16243634
8. Beguería, S. (2006). Validation and evaluation of predictive models in hazard assessment and risk management. Natural Hazards, 37(3), 315–329. https://doi.org/10.1007/s11069-005-5182-6

9. Centre for Research on the Epidemiology of Disasters (CRED). (2025). 2024 disasters in numbers. https://files.emdat.be/reports/2024_EMDAT_report.p df
10. Chissende, A., Mehmood, M. S., Huo, A., Lou, P., & Wang, Z. (2025). Riverine flood susceptibility assessment using drainage basin morphometry in the Bahe River. International Journal of Disaster Risk Reduction, 117, 105181. https://doi.org/10.1016/j.ijdrr.2025.105181
11. Coşkun, M., & Öztürk, A. (2022). Havza önceliklendirmesi bakımından Ermenek Çayı Havzası ve Gökçay Havzasının karşılaştırmalı morfometrik analizi. Turkish Journal of Forestry | Türkiye Ormancılık Dergisi, 1–10. https://doi.org/10.18182/tjf.1024569
12. Demirbilek, S., & Turoğlu, H. (2025). Arsuz Çayı Havzası’nın sel duyarlılık analizi. Doğu Coğrafya Dergisi, 30(53), 96– 111. https://doi.org/10.17295/ataunidcd.1629115
13. Farhan, Y., Anbar, A., Al-Shaikh, N., & Mousa, R. (2017). Prioritization of semi-arid agricultural watershed using morphometric and principal component analysis, remote sensing, and GIS Techniques, the Zerqa River Watershed, Northern Jordan. Agricultural Sciences, 08(01), 113–148. https://doi.org/10.4236/as.2017.81009
14. Gao, G., Li, J., Feng, P., Liu, J., & Wang, Y. (2024). Impacts of climate and land-use change on flood events with different return periods in a mountainous watershed of North China. Journal of Hydrology: Regional Studies, 55, 101943. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2024.101943
15. García-Balboa, J. L., Alba-Fernández, M. V., Ariza-López, F. J., & Rodríguez-Avi, J. (2018). Analysis of thematic similarity using Confusion Matrices. ISPRS International Journal of Geo-Information, 7(6), 233. https://doi.org/10.3390/ijgi7060233
16. Ghasemlounia, R., & Utlu, M. (2021). Flood prioritization of basins based on geomorphometric properties using principal component analysis, morphometric analysis and Redvan’s priority methods: A case study of Harşit River basin. Journal of Hydrology, 603, 127061. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.127061
17. Gravelius, H. (1914). Grundriss der gesamten Gewässerkunde, Band 1: Fluss künde. Compendium of Hydrology, 1: Rivers, in German, Göschen, 265–278.
18. Günek, H., Sunkar, M. & Toprak, A. (2013, November 11–13). Muş şehrini etkileyen Çar ve Muş derelerinin bazı jeomorfometrik indislere göre analizleri [Konferans bildirisi]. In Proceedings of the TMMOB Coğrafi Bilgi Sistemleri Kongresi (pp. 1–12). Ankara, Turkey.
19. Harita Genel Müdürlüğü (HGM). (2025). 1/25.000 ölçekli topografya haritaları.
20. Haltas, I., Yildirim, E., Oztas, F., & Demir, I. (2021). A comprehensive flood event specification and inventory: 1930–2020 Turkey case study. International Journal of Disaster Risk Reduction, 56, 102086. https://doi.org/10.1016/j.ijdrr.2021.102086
21. Horton, R. E. (1932). Drainage‐basin characteristics. Eos, transactions american geophysical union, 13(1), 350– 361.
22. Horton, R. E. (1945). Erosional development of streams and their drainage basins: Hydrophysical approach to quantitative morphology. Bulletin of the Geological Society of America, 56, 275–370.
23. Iqbal, M., Dahri, Z., Querner, E., Khan, A., & Hofstra, N. (2018). Impact of climate change on flood frequency and intensity in the Kabul River Basin. Geosciences, 8(4), 114. https://doi.org/10.3390/geosciences8040114
24. Kaya, M., & Aktaş, C. (2026). Görele Çayı, Yalakoda Deresi ve Acısu Deresi havzalarında taşkın duyarlılığının morfometrik yöntemlerle değerlendirilmesi. Jeomorfolojik Araştırmalar Dergisi, 16, 64–93. https://doi.org/10.46453/jader.1865335
25. Kirpich, Z. P. (1940). Time of concentration of small agricultural watersheds. Journal of Civil Engineering, 10(6), 362.
26. Kumar Rai, P., Narayan Mishra, V., & Mohan, K. (2017). A study of morphometric evaluation of the Son basin, India using geospatial approach. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 7, 9-20. https://doi.org/10.1016/j.rsase.2017.05.001
27. Kumar, S., & Chaudhary, B. S. (2016). GIS Applications in morphometric analysis of Koshalya-Jhajhara Watershed in Northwestern India. Journal of the Geological Society of India, 88(5), 585–592. https://doi.org/10.1007/s12594-016-0524-4
28. Kuşçu, İ., & Özdemir, H. (2023). Taşkın duyarlılık analizinde kullanılan parametreler üzerine bir değerlendirme. Türk Coğrafya Dergisi, 84, 67–83. https://doi.org/10.17211/tcd.1345962
29. Mayer, L. (1990). Introduction to Quantitative Geomorphology. Prentice Hall, Englewood Cliffs. Melton, M. (1957). An analysis of the relation among elements of climate, surface properties and geomorphology. İçinde Office of Naval Research Technical Report No. 11 (Sayı 99).
30. Meteoroloji Genel Müdürlüğü (MGM). (2025a). 2024 Yılı Meteorolojik Afetler Değerlendirmesi. Meteoroloji Genel Müdürlüğü (MGM). (2025b). 1975-2020 yılları arası iklim verileri.
31. Miller, V. C. (1953). A quantitative geomorphic study of drainage basin characteristics in the clinch mountain area, Virgina and Tennessee. Proj. NR 389-402, Technical report 3, Columbia University, Department of Geology, ONR, New York.
32. Milly, P.C. D., Wetherald, R. T., Dunne, K. A., & Delworth, T. L. (2002). Increasing risk of great floods in a changing climate. Nature, 415(6871), 514–517. https://doi.org/10.1038/415514a
33. Mishra, A. K., & Rai, S. C. (2020). Geo-hydrological inferences through morphometric aspects of the Himalayan glacial-fed river: a case study of the Madhyamaheshwar River basin. Arabian Journal of Geosciences, 13(13), 533. https://doi.org/10.1007/s12517-020-05571-9
34. Obeidat, M., Awawdeh, M., & Al‐Hantouli, F. (2021). Morphometric analysis and prioritisation of watersheds for flood risk management in Wadi Easal Basin (WEB), Jordan, using geospatial technologies. Journal of Flood Risk Management, 14(2). https://doi.org/10.1111/jfr3.12711
35. Ocak, F., Bahadır, M., Uzun, A., & Şahin, K. (2021). Atakum ilçesi kıyı kuşağının taşkın ve duyarlılık analizi, Samsun/Türkiye. İçinde M.F. Döker & E. Akköprü (Eds.), Coğrafya Araştırmalarında Coğrafi Bilgi Sistemleri Uygulamaları II, 273–292. Pegem Akademi.
36. Ocak, F. (2026). Morfometrik analizlerle taşkın potansiyelinin belirlenmesi: Akçay Havzası (Samsun) örneği, Türkiye. Jeomorfolojik Araştırmalar Dergisi, 16, 1–24. https://doi.org/10.46453/jader.1818945
37. Özdemir, H. (2011). Havza morfometrisi ve taşkınlar. İçinde D. Ekinci (Ed.), Fiziki Coğrafya Araştırmaları, Sistematik ve Bölgesel (C. 6, ss. 509-526). Türk Coğrafya Kurumu.
38. Özdemir, H., & Akbaş, 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. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129926
39. Patton, P. C. (1988). Drainage basin morphometry and floods. İçinde V. R. Baker, R. C. Kochel, & P. C. Patton (Eds.), Flood Geomorphology (ss. 51-65). John Wiley.
40. Pike, R. J., & Wilson, S. E. (1971). Elevation-relief ratio, hypsometric integral, and geomorphic area-altitude analysis. Bulletin of the Geological Society of America, 82(4), 1079–1084.
41. Samarasinghe, J. T., Makumbura, R. K., Wickramarachchi, C.,Sirisena, J., Gunathilake, M. B., Muttil, N., Teo, F. Y., & Rathnayake, U. (2022). The assessment of climate change impacts and land-use changes on flood characteristics: The case Study of the Kelani River Basin, Sri Lanka. Hydrology, 9(10), 177. https://doi.org/10.3390/hydrology9100177
42. Schumm, S. A. (1956). Evolution of drainage systems and slopes in badlands at Perth Amboy, New Jersey. Geological Society of America Bulletin, 67(5), 597– 646.
43. Smith, K. G. (1950). Standards for grading texture of erosional topography. American Journal of Science, 248(9), 655–668. https://doi.org/10.2475/ajs.248.9.655
44. Sreedevi, P. D., Subrahmanyam, K., & Ahmed, S. (2005). The significance of morphometric analysis for obtaining groundwater potential zones in a structurally controlled terrain. Environmental Geology, 47(3), 412–420. https://doi.org/10.1007/s00254-004-1166-1
45. Strahler, A. N. (1964). Quantitative geomorphology of drainage basins and channel networks. İçinde V. Chow (Ed.), Handbook of Applied Hydrology (ss. 439-476).
46. Sutradhar, S., & Mondal, P. (2023). Prioritization of watersheds based on morphometric assessment in relation to flood management: A case study of Ajay river basin, Eastern India. Watershed Ecology and the morfometrik analiz yöntemleri kullanılarak alt havza kapsamında taşkın duyarlılık önceliklendirmesi. Türkiye Coğrafi Bilgi Sistemleri Dergisi, 7(2), 68-84. https://doi.org/10.56130/tucbis.1807763
47. Telore, N. V. (2020). Quantitative Morphometric Analysis of the Yerla River Basin, Deccan Trap Region, India. İçinde S. Sahdev, R. B. Singh, & K. Manish (Eds.), In Geoecology of Landscape Dynamic, First (ss. 115-132).
48. Ting, K. M. (2011). Confusion Matrix. İçinde Encyclopedia of Machine Learning (ss. 209-209). Springer US. https://doi.org/10.1007/978-0-387-30164-8_157
49. Topuz, M., & Karabulut, M. (2016). Limonlu ve Alata Havzalarının (Mersin-Erdemli) jeomorfometrik analizi. Journal of Turkish Studies, 11(2), 1231–1231. https://doi.org/10.7827/TurkishStudies.9165
50. Trenberth, K. (2011). Changes in precipitation with climate change. Climate Research, 47(1), 123–138. https://doi.org/10.3354/cr00953
51. Turoğlu, H., & Aykut, T. (2019). Ergene Nehri Havzası için hidromorfometrik analizlerle taşkın duyarlılık değerlendirmesi. Jeomorfolojik Araştırmalar Dergisi, 2, 1–15.
52. United Nations. (2019). World Urbanization Prospects, the 2018 revision.
53. Utlu, M. (2023). Frekans oranı ve shannon entropisi yöntemi kullanarak Ezine Çayı Havzası taşkın duyarlılık analizi (Kastamonu-Bozkurt). Jeomorfolojik Araştırmalar Dergisi, 11, 160–178. https://doi.org/10.46453/jader.1358845
54. Utlu, M., Ghasemlounia, R., & Demirbilek, S. (2025). Flood Susceptibility Mapping in the İskenderun Gulf Basins (Türkiye) using morphometric and multivariate techniques. Jeomorfolojik Araştırmalar Dergisi, 15, 170–188. https://doi.org/10.46453/jader.1790383
55. Uzun, A. (2013). Samsun ilinin başlıca coğrafya özellikleri. İçinde C. Yılmaz (Ed.), Samsun Araştırmaları İkinci Kitap (ss. 379-403). Samsun Büyükşehir Belediyesi.
56. Uzun, M., & Tatlıdil, K. (2025). Dalaman Çayı Havzası’nın morfometrik analiz yöntemleri kullanılarak alt havza kapsamında taşkın duyarlılık önceliklendirmesi. Türkiye Coğrafi Bilgi Sistemleri Dergisi, 7(2), 68-84. https://doi.org/10.56130/tucbis.1807763
57. Woltemade, C. J., Hawkins, T. W., Jantz, C., & Drzyzga, S. (2020). Impact of changing climate and land cover on flood magnitudes in the Delaware River Basin, USA. JAWRA Journal of the American Water Resources Association, 56(3), 507–527. https://doi.org/10.1111/1752-1688.12835
58. Yılmaz, C., & Kaya, M. (2018). Oluşum sebepleri, verdiği zararlar ve alınan önlemler bağlamında Samsun - Atakum Sel ve Taşkınları. TÜCAUM 30. Yıl Uluslararası Coğrafya Sempozyumu, 201–216.
59. Yılmaz, C., & Kaya, M. (2020). Şehir coğrafyası ve afet yönetimi bağlamında Samsun–Atakum sel ve taşkınları. Doğu Coğrafya Dergisi, 25(44), 31–46. https://doi.org/10.17295/ataunidcd.787483
60. Yurddaş, K., & Karabulut, M. (2025). Gediz Havzası morfometrik özelliklerinin sel üretme potansiyeli açısından değerlendirilmesi. International Journal of Geography and Geography Education, 55, 151–173. https://doi.org/10.32003/igge.1609570