Flood Prediction through Hydrological Analysis and Simulation Techniques

Öz

This study examines the application of geographic information systems (GIS) and LiDAR (Light Detection and Ranging) technologies for three-dimensional (3D) flood simulation in urban environments, with a particular focus on the identification of associated risks. In this study, a digital elevation model (DEM) derived from LiDAR data was used to identify flow directions, catchment areas and potential flood zones. The D8 algorithm was employed to ascertain the direction of flow, and flood simulations were conducted under conditions of heavy rainfall (200 mm). The models demonstrated the regional consequences of flooding and its deleterious impact on urban infrastructure. The results of the study demonstrate the extent of damage that can occur in as little as 10 minutes at the urban scale in flash flood situations. The findings of this study illustrate the efficacy of advanced GIS and simulation tools in the development and implementation of effective flood risk management and prevention methods.

Anahtar Kelimeler

• Remote sensing
• LiDAR DEM
• GIS
• Hydrological analysis
• Flood simulation

Hidrolojik ve Mekânsal Analizlerle Taşkın Risk Yönetiminde Yenilikçi Çözümler

Öz

Bu çalışma, kentsel ortamlarda üç boyutlu (3B) taşkın simülasyonu için coğrafi bilgi sistemleri (CBS) ve LiDAR (Light Detection and Ranging) teknolojilerinin uygulanmasını ve buna ilişkin risklerin belirlenmesini incelemektedir. Bu çalışmada, akış yönlerini, havza bölgelerini ve olası taşkın bölgelerini belirlemek için LiDAR verilerinden elde edilen bir sayısal yükseklik modeli (SYM) kullanılmıştır. Akış yönlerini belirlemek için D8 algoritması kullanılmış ve şiddetli yağış (200 mm) koşulları altında taşkın simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Modeller, taşkınların bölgesel sonuçlarını ve kentsel altyapı üzerindeki zararlı etkilerini ortaya koymuştur. Çalışmanın bulguları ani taşkın durumlarında kentsel ölçekte 10 dakika gibi kısa bir sürede bile oluşan hasar miktarını ortaya koymaktadır. Bu çalışmanın bulguları, gelişmiş CBS ve simülasyon araçlarının etkin taşkın riski yönetimi ve önleme yöntemlerinin geliştirilmesi ve uygulanmasında etkili bir şekilde kullanılabileceğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Uzaktan algılama
• LiDAR SYM
• CBS
• hidrolojik analiz
• Taşkın simülasyonu

Kaynakça

1. Bolick, M. M., Post, C. J., Naser, M. Z., Forghanparast, F., & Mikhailova, E. A. (2023). Evaluating urban stream flooding with machine learning, LiDAR, and 3D modeling. Water, 15(14), 2581.
2. Curebal, I., Efe, R., Ozdemir, H., Soykan, A., & Sönmez, S. (2016). GIS-based approach for flood analysis: case study of Keçidere flash flood event (Turkey). Geocarto International, 31(4), 355-366.
3. Elkhrachy, I. (2015). Flash flood hazard mapping using satellite images and GIS tools: a case study of Najran City, Kingdom of Saudi Arabia (KSA). The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 18(2), 261-278.
4. ESRI, (2024a). Available at: https://pro.arcgis.com/en/pro-app/latest/tool-reference/spatial-analyst/hydrologic-analysis-sample-applications.htm Access date: 28/11/2024.
5. ESRI, (2024b). Available online: https://pro.arcgis.com/en/pro-app/latest/help/mapping/simulation/simulation-in-arcgis-pro.htm Access date: 28/11/2024.
6. Guven, D. S., Yenigun, K., Isinkaralar, O., & Isinkaralar, K. (2024). Modeling flood hazard impacts using GIS-based HEC-RAS technique towards climate risk in Şanlıurfa, Türkiye. Natural Hazards, 1-19.
7. Heymans, A., Breadsell, J., Morrison, G. M., Byrne, J. J., & Eon, C. (2019). Ecological Urban Planning and Design: A Systematic Literature Review. Sustainability, 11(13), 3723. https://doi.org/10.3390/su11133723
8. Kabadayı, A. (2023). Yersel lazer tarama yöntemi ile rölöve ve restütasyon projelerinin hazırlanması; Akşehir Kale Kalıntısı Örneği. Türkiye Lidar Dergisi, 5(1), 17-25.

9. Kabadayı, A. (2023). Yersel Lazer Tarayıcıların Tarihi Köprülerin Modellenmesinde Kullanımı. Türkiye Lidar Dergisi, 5(2), 68-75.
10. Karakoca, E., & Ünver, A. (2024). Analitik hiyerarşi süreci ve coğrafi bilgi sistemleri kullanarak Eşen Çayı Havzası’nda taşkın riski değerlendirmesi ve haritalandırılması. Geomatik, 10(1), 124-139.
11. Karakuş, C. B., & Ceylan, Ş. (2022). Coğrafi Bilgi Sistemi Tabanlı Analitik Hiyerarşi Süreci Kullanılarak Taşkın Tehlike Haritalaması. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 10(4), 1155-1173.
12. Koç, C. (2022). Bodrum Yarımadası Kent Taşkınlarının Nedenleri ve Çözüm Önerileri Üzerine Bir Çalışma. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (25), 207-216.
13. Muhadi, N. A., Abdullah, A. F., Bejo, S. K., Mahadi, M. R., & Mijic, A. (2020). The use of LiDAR-derived DEM in flood applications: A review. Remote Sensing, 12(14), 2308.
14. Pham, B. T., Avand, M., Janizadeh, S., Phong, T. V., Al-Ansari, N., Ho, L. S., Das, S., Le, H. V., Amini, A., Bozchaloei, S. K., Jafari, F., & Prakash, I. (2020). GIS Based Hybrid Computational Approaches for Flash Flood Susceptibility Assessment. Water, 12(3), 683. https://doi.org/10.3390/w12030683
15. Popescu, C., & Bărbulescu, A. (2023). Floods simulation on the vedea river (Romania) using hydraulic modeling and gis software: a case study. Water, 15(3), 483.
16. Sibandze, P., Kalumba, A. M., H Aljaddani, A., Zhou, L., & Afuye, G. A. (2024). Geospatial Mapping and Meteorological Flood Risk Assessment: A Global Research Trend Analysis. Environmental Management, 1-18.
17. Sibandze, P., Kalumba, A. M., H Aljaddani, A., Zhou, L., & Afuye, G. A. (2024). Geospatial Mapping and Meteorological Flood Risk Assessment: A Global Research Trend Analysis. Environmental Management, 1-18.
18. Trepekli, K., Balstrøm, T., Friborg, T., Fog, B., Allotey, A. N., Kofie, R. Y., & Møller-Jensen, L. (2022). UAV-borne, LiDAR-based elevation modelling: A method for improving local-scale urban flood risk assessment. Natural Hazards, 113(1), 423-451.
19. USGS. (2024). Available at: https://www.usgs.gov/centers/eros/science/usgs-eros-archive-digital-elevation-coastal-national-elevation-database-coned Access date: 28/11/2024.
20. Wu, Y., Peng, F., Peng, Y., Kong, X., Liang, H., & Li, Q. (2019). Dynamic 3D Simulation of Flood Risk Based on the Integration of Spatio-Temporal GIS and Hydrodynamic Models. ISPRS International Journal of Geo-Information, 8(11), 520. https://doi.org/10.3390/ijgi8110520
21. Xiong, J., & Yang, Y. (2024). Climate Change and Hydrological Extremes. Current Climate Change Reports, 11(1), 1.