One-Dimensional Hydrodynamic Flood Modeling of Doğantepe Stream (Sakarya, Türkiye) Using HEC-RAS and GIS

Abstract

In recent years, climate changes due to global warming have led to a deterioration in the hydrological balance worldwide, and sudden and irregular rainfall has increased the frequency and severity of flood disasters. In countries with topographical diversity and different climatic zones such as Turkey, this situation poses serious risks to settlements and agricultural lands. In order to manage floods effectively, it is of great importance to identify potential flood areas and model the risk levels of these areas. Today, numerical modeling techniques, geographic information systems and hydraulic simulation software are widely used for this purpose. In this study, a 1-dimensional (1D) hydrodynamic flood model was created for Doğantepe Stream located in Geyve district of Sakarya province. Firstly, the flood flows corresponding to 2-500 year recurrence periods of the region were calculated using Log-Pearson Type III distribution. Then, a digital terrain model (DEM) was created in ArcGIS environment and maps of flood spreading areas, water depth and velocity distribution along the stream were produced with the help of HEC-RAS software. Stream bed geometry and roughness coefficient were determined by Cowan method and model parameters were supported by satellite images and on-site observations. According to the results of the analysis, as the flow increases, the flood propagation area expands and agricultural lands and residential areas, especially along the left bank, are under significant risk. The developed model can be used as a decision support tool for the section between Doğantepe settlement and Karaçay confluence point and provides guiding data for regional planning and disaster management.

Keywords

• Climate Change
• Flood Modelling
• 1D Hydrodynamic Analysis
• HEC-RAS
• Doğantepe Stream

Doğantepe Deresi’nin 1 Boyutlu Hidrodinamik Taşkın Modellemesi: HEC-RAS ve CBS Tabanlı Bir Yaklaşım

Öz

Son yıllarda küresel ısınmaya bağlı iklim değişiklikleri, dünya genelinde hidrolojik dengenin bozulmasına neden olmuş; özellikle ani ve düzensiz yağışlar taşkın afetlerinin sıklığını ve şiddetini artırmıştır. Türkiye gibi topoğrafik çeşitliliğe ve farklı iklim kuşaklarına sahip ülkelerde bu durum, yerleşim alanları ve tarım arazileri üzerinde ciddi riskler oluşturmaktadır. Taşkınların etkili bir şekilde yönetilebilmesi için, potansiyel taşkın alanlarının belirlenmesi ve bu alanların risk düzeylerinin modellenmesi büyük önem taşımaktadır. Günümüzde bu amaçla sayısal modelleme teknikleri, coğrafi bilgi sistemleri ve hidrolik simülasyon yazılımları yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, Sakarya ili Geyve ilçesinde yer alan Doğantepe Deresi için 1 boyutlu (1B) hidrodinamik taşkın modeli oluşturulmuştur. Çalışmada ilk olarak, bölgeye ait 2–500 yıllık tekerrür sürelerine karşılık gelen taşkın debileri, Log-Pearson Tip III dağılımı kullanılarak hesaplanmıştır. Ardından ArcGIS ortamında sayısal arazi modeli (DEM) oluşturulmuş ve HEC-RAS yazılımı yardımıyla dere boyunca taşkın yayılım alanları, su derinliği ve hız dağılımı haritaları üretilmiştir. Dere yatağı geometrisi ve pürüzlülük katsayısı Cowan yöntemiyle belirlenmiş, model parametreleri uydu görüntüleri ve yerinde gözlemlerle desteklenmiştir. Analiz sonuçlarına göre, debi arttıkça taşkın yayılım alanı genişlemekte ve özellikle sol yaka boyunca tarım arazileri ile yerleşim alanları önemli risk altına girmektedir. Geliştirilen model, Doğantepe yerleşimi ile Karaçay birleşim noktası arasındaki kesim için karar destek aracı olarak kullanılabilecek nitelikte olup, bölgesel planlama ve afet yönetimi açısından yol gösterici veri sunmaktadır

Anahtar Kelimeler

• İklim Değişikliği
• Taşkın Modellemesi
• HEC-RAS
• 1 Boyutlu Hidrolik Simülasyon
• Doğantepe Deresi

Kaynakça

1. Analysis Techniques: Flood Frequency Analysis, 2002. [Online]. Available: https://streamflow.engr.oregonstate.edu/analysis/floodfreq/. [Accessed 05 10 2025].
2. İstatistik Veri Portalı, TUİK, [Online]. Available: https://biruni.tuik.gov.tr/medas/?kn=95&locale=tr. [Accessed 05 10 2025].
3. Public EM-DATA, 22 Mart 2025. [Online]. Available: https://public.emdat.be/data
4. G. Bilgen, E. Balcı and Y. M. kalça, "KASTAMONU BOZKURT İLÇESİNDE 11.08.2021 TARİHİNDE," FBU-DAE 2022, 8 Kasım 2021.
5. Taşkın Yönetimi, Ankara: T.C. Orman ve Su İşleri Bakanlığı Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, 2017.
6. O. Ozcan, "Sakarya Nehri Alt Havzası'nın Taşkın Risk Analizinin Uzaktan Algılama ve CBS ile Belirlenmesi," ResearchGate, 2008.
7. G. Çeribaşı and A. I. Ceyhunlu, "Generation of 1D and 2D flood maps of Sakarya river passing," Natural Hazards, pp. 631-642, 2021.
8. F. Demir and O. Sönmez, "Aşağı Sakarya Nehri Adapazarı Kesimi Taşkın Risk Tayini," Akademik Platform, pp. 785-794, 2015.

9. Geyve Doğantepe köyü havadan böyle görüntülendi, 08 01 2020. [Online]. Available: https://www.geyve.com/video/geyve-dogantepe-koyu-havadan-boyle-goruntulendi/1/. [Accessed 15 06 2025].
10. J. J. Neal, G. J. P. Schumann and P. D. Bates, "A subgrid channel model for simulating river hydraulics and floodplain inundation over large and data scarce areas," Water Resources Research, p. 48 (11), 2012.
11. S. B. Patel, D. J. Mehta and S. M. Yadav, "One Dımensional Hydrodynamic Flood Modelıng For Ambica River, South Gujarat," Jetir, pp. Volume 5, Issue 4 (ISSN-2349-5162) , 04 2018.
12. M. Sönmez, "Nehirlerde Taşkın Tekerrür Debisi Hesabı ve Taşkın Risk Değerlendirmesi," El-Cezerî Journal of Science and Engineering, pp. ol: 9, No: 2, 2022 (532-541) , 01 03 2022.
13. A. Bulu and E. Yılmaz, "Serbest Yüzeyli Akımlarda Pürüzlülük Katsayısının Belirlenmesi," TMH - Türkiye Mühendislik Haberleri Sayı 420-421-422 / 2002/4-5-6, 2016.
14. A. Bulu and E. Yılmaz, "Serbest Yüzeyli Akımlarda Pürüzlülük Katsayısının Belirlenmesi," TMH - Türkiye Mühendislik Haberleri Sayı 420-421-422 / 2002/4-5-6, 2016.
15. M. S. Horritt and P. D. Bates, "Evaluation of 1D and 2D numerical models for predicting river flood inundation," Journal of Hydrology, pp. 268(1–4), 87-99, 22 5 2002.
16. Doğan, E., Temiz, T., & Sümer, M. (2024). Kamara deresi taşkın risk yayılımının incelenmesi. Journal of Innovative Engineering and Natural Science, 3(1), 13-26.
17. Damla, Y., Temiz, T., & Keskin, E. (2020). YAPAY SİNİR AĞI KULLANILARAK SU SEVİYESİNİN TAHMİN EDİLMESİ: YALOVA GÖKÇE BARAJI ÖRNEĞİ. Kırklareli Üniversitesi Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 6(1), 32-49.
18. Opan, M., Temiz, T., & Öner, A. (2011). Effect of irrigation water benefit on energy production in a multiple reservoir system: the Munzur River Basin in Turkey. Water and Environment Journal, 25(1), 129-137.