Yeşilırmak havzasındaki hidrolojik kuraklıkların Mann-Kendall ve Yenilikçi Şen yöntemi ile trend analizi

Year 2022, Volume: 12 Issue: 2, 422 - 442, 15.04.2022

Okan Mert Katipoğlu , Sefa Nur Yeşilyurt , Hüseyin Yildirim Dalkılıç

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.1026893

Cited By: 7

Abstract

Bu çalışmada Yeşilırmak havzasında bulunan 7 adet akım gözlem istasyonuna ait aylık ve yıllık zaman periyodundaki akım kuraklık indekslerinin (AKİ) trend analizi yapılmıştır. Kuraklık trendlerinin ortaya çıkarılmasında Mann-Kendall (MK), Yenilikçi Şen Yöntemi (YŞY) ve Thiel Şen Yaklaşımı (TŞY) kullanılmıştır. İçsel bağımlılığı bulunan AKİ serilerine MK testi uygulanmadan önce trend-free pre-whitening (ön arındırma) işlemi ile serisel bağımlılığın etkisi kaldırılmıştır. Trend analizleri istatistiksel açıdan %1 ve %5 anlamlılık seviyelerine göre değerlendirilmiştir. Sonuç olarak hidrolojik kuraklık trendlerinin değişimini istenilen aralıkta grafiksel olarak göstermesi ve daha hassas olarak trendleri ifade edebilmesi açısından YŞY’nin MK testine göre üstün olduğu belirlenmiştir. Ayrıca çalışma alanında aylık ve yıllık zaman periyotlarında artan hidrolojik kuraklık trendlerinin hâkim olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle kuraklık risklerinin yönetilmesi, kuraklığa karşı alınabilecek önlemler ve erken uyarı sistemleri gibi aksiyonların bütünleşik bir şekilde uygulanması gerekmektedir.

Keywords

Akım Kuraklık İndeksi (AKİ), Mann Kendall (MK), Serisel bağımlılık, Trend Analizi, Yenilikçi Şen Yöntemi (YŞY), Yeşilırmak havzası

Trend analysis of hydrological droughts in Yesilırmak basin by Mann Kendall and Sen Innovative Trend Analysis

Abstract

In this study, trend analysis of monthly and annual streamflow drought index (SDI) of 7 streamflow gauging stations in Yeşilırmak basin was performed. The Mann-Kendall (MK), Şen Innovative Trend Analysis (ITA) and Thiel Sen Approach (TSA) methods were used to reveal drought trends. Before applying the MK test, the effect of the lag-1 serial dependence of the SDI series was eliminated with the trend-free pre-whitening (TFPW) procedure. Trend analyzes were evaluated according to statistical significance levels of 1% and 5%. As a result, it has been revealed that ITA is superior to the MK test in terms of showing the change of hydrological drought trends graphically in the desired range and expressing the trends more precisely. In addition, it has been determined that hydrological drought trends, increase in monthly and annual time periods are dominant in the study area. For this reason, actions such as managing drought risks, measures against drought and early warning systems should be implemented in an integrated manner.

Keywords

Streamflow Drought Index (SDI), Mann-Kendall (MK), Serial dependence, Trend Analysis, Sen Innovative Trend Analysis (ITA), Yeşilırmak Basin

References

• Ahmed, M. O., & Ogedengbe, K. (2021). Trend analysis of evaporation and solar radiation using innovative trend analysis method. Journal of Fundamental and Applied Sciences, 13(2), 1030-1055. http://dx.doi.org/10.43 14/jfas.v13i2.22
• Alifujiang, Y., Abuduwaili, J., Maihemuti, B., Emin, B., & Groll, M. (2020). Innovative trend analysis of precipitation in the Lake Issyk-Kul Basin, Kyrgyzstan. Atmosphere, 11(4), 332. https://doi.org/10.3390/atmos11040332.
• Berkün, M., Aras, E., & Koç, T. (2008). Barajların ve hidroelektrik santrallerin nehir ekolojisi üzerinde oluşturduğu etkiler. Türkiye Mühendislik Haberleri, 452: 41-48
• Boustani, A., & Ulke, A. (2020). Investigation of meteorological drought indices for environmental assessment of Yesilirmak Region. Journal of Environmental Treatment Techniques, 8(1), 374-81
• Caloiero, T., Coscarelli, R., & Ferrari, E. (2018). Application of the innovative trend analysis method for the trend analysis of rainfall anomalies in southern Italy. Water Resources Management, 32(15), 4971-4983, doi: 10.1007/s11269-018-2117-z
• Charbeneau, R. J. (1978). Comparison of the two and three parameter log normal distributions used in streamflow synthesis. Water Resources Research, 14(1), 149-150. https://doi.org/10.1029/WR014i001p00149.
• Doğan, E., Çeribaşı, G., & Akkaya, U. (2016). Barajların nehir akımı rejimine olan etkilerinin trend analizi yöntemi ile araştırılması: Sakarya Nehri örneği. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, 6(1), 50-55, doi: 10.7212/zkufbd.v6i1.223
• Esmaeilpour, M., Ghasemi, A. R., Khoramabadi, F., & Rashedi, S. (2021). Spatiotemporal variability of trend in extreme precipitations using fuzzy clustering over Northwest Iran. Earth Science Informatics, 14(4), 2123-2132. https://doi.org/10.1007/s12145-021-00680-9
• Fischer, T., Gemmer, M., Su, B., & Scholten, T. (2013). Hydrological long-term dry and wet periods in the Xijiang River basin, South China. Hydrology and Earth System Sciences, 17(1), 135-148. https://doi.org/10.5194/hess-17-135-2013, 2013.
• Gumus, V., Simsek, O., Avsaroglu, Y., & Agun, B. (2021). Spatio temporal trend analysis of drought in the GAP Region, Turkey. Natural Hazards, 109(2), 1759-1776. https://doi.org/10.1007/s11069-021-04897-1
• Gümüş, V., Dinsever, L. D., & Şimşek, O. (2021). Diyarbakır İstasyonunda 1929–2016 Boyunca Tarihsel Kuraklığın Yenilikçi Şen Yöntemi ile Trend Analizi. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 7(2), 362-373. https://doi.org/10.21324/dacd.884682
• Gümüş, V., Yıldız, M. S., & Şimşek, O. (2018). Hidrolojik Kuraklık Değerlendirmesi: Murat Nehri-Palu Örneği. Harran Üniversitesi Mühendislik Dergisi, 3(3), 297-301
• Harms, A. A., & Campbell, T. H. (1967). An extension to the Thomas Fiering Model for the sequential generation of streamflow. Water Resources Research, 3(3), 653-661. https://doi.org/10.1029/WR003i003p00653
• Hong, X., Guo, S., Zhou, Y., & Xıong, L. (2014). Uncertainties in Assessing Hydrological Drought Using Streamflow Drought Index for The Upper Yangtze River Basin. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 29(4), 1235–1247. https://doi.org/10.1007/s00477-014-0949-5
• Jahangir, M. H., & Yarahmadi, Y. (2020). Hydrological drought analyzing and monitoring by using Streamflow Drought Index (SDI) (case study: Lorestan, Iran). Arabian Journal of Geosciences, 13(3), 1-12. https://doi.org/10.1007/s12517-020-5059-8
• Katipoğlu, O. M., & Acar, R. (2021). Fırat Havzası’ndaki Meteorolojik ve Hidrolojik Kuraklık Haritalarının Çeşitli Enterpolasyon Metotları ile Belirlenmesi. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 7(2), 298-317. https://doi.org/10.21324/dacd.853893
• Kurunç, A., Yürekli, K., & Cevik, O. (2005). Performance of two stochastic approaches for forecasting water quality and streamflow data from Yeşilιrmak River, Turkey. Environmental Modelling & Software, 20(9), 1195-1200. doi:10.1016/j.envsoft.2004.11.001
• Li, J., Zhou, Q., & Yeh, W. W. G. (2020). A Bayesian hierarchical model for estimating the statistical parameters in a three-parameter log-normal distribution for monthly average streamflows. Journal of Hydrology, 591, 125265. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.125265
• Malik, A., Kumar, A., Pham, Q. B., Zhu, S., Linh, N. T. T., & Tri, D. Q. (2020). Identification of EDI trend using Mann-Kendall and Şen-innovative trend methods (Uttarakhand, India). Arabian Journal of Geosciences, 13(18), 1-15, 10.1007/s12517-020-05926-2
• Myronidis, D., Ioannou, K., Fotakis, D., & Dörflinger, G. (2018). Streamflow and hydrological drought trend analysis and forecasting in Cyprus. Water Resources Management, 32(5), 1759-1776. https://doi.org/10.1007/s11269-018-1902-z
• Nalbantis, I. (2008). Evaluation of a hydrological drought index. European Water, 23(24), 67-77 Özfidaner, M., Şapolyo, D., & Topaloğlu, F. (2018). Seyhan havzası akım verilerinin hidrolojik kuraklık analizi. Toprak Su Dergisi, 7(1), 57-64
• Partal, T., & Yavuz, E. (2020). Batı Karadeniz Bölgesinde Kuraklık İndisleri Üzerine Trend Analizi Uygulanması. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 6(2), 345-353. https://doi.org/10.21324/dacd.643161
• Pathak A. A, Channaveerappa., & Dodamani B. M. (2016) Comparison of two hydrological drought indices. Perspectives in science, 8(Supplement C):626–628. https://doi.org/10.1016/j.pisc.2016.06.039
• Şen Z. (2012). Innovative Trend Analysis Methodology, Journal of Hydrologic Engineering, 17, 1042-1046. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000556
• Şen, Z. (2017). Innovative trend significance test and applications. Theoretical and applied climatology, 127(3-4), 939-947,doi: 10.1007/s00704-015-1681-x
• Tigkas, D., Vangelis, H., & Tsakiris, G. (2012) Drought and climatic change impact on streamflow in small watersheds. Science of the Total Environment, 440:33–41. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.08.035
• Tigkas, D., Vangelis, H., & Tsakiris, G. (2015). DrinC: a software for drought analysis based on drought indices. Earth Science Informatics, 8(3), 697-709. https://doi.org/10.1007/s12145-014-0178-y
• Tosunoglu, F. & Kisi, O. (2017). Trend Analysis of Maximum Hydrologic Drought Variables Using Mann–Kendall and Şen's Innovative Trend Method. River Research and Applications, 33: 597– 610. https://doi.org/10.1002/rra.3106
• Gümüş, V. (2017). Akım Kuraklık İndeksi ile Asi Havzasının Hidrolojik Kuraklık Analizi. Gazi University Journal of Science Part C: Design and Technology, 5 (1), 65-73. https://dergipark.org.tr/en/pub/gujsc/issue/28467/303415.
• Yeh, C. F., Wang, J., Yeh, H. F., & Lee, C. H. (2015). SDI and Markov chains for regional drought characteristics. Sustainability, 7(8), 10789-10808. https://doi.org/10.3390/su70810789
• Yıldız, M. S. (2019). Akım kuraklık indeksi yöntemi ile fırat havzasının hidrolojik kuraklık analizi [Yüksek Lisans Tezi, Harran Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü]
• Yılmaz, M. U., Özgür, E., & Koçak, K. (2016). Monthly Streamflow Prediction of Yesilirmak Basin by Using Chaotic Approach. International Journal of Agricultural and Natural Sciences, 9(2), 18-22
• Yilmaz, B. (2019). Analysis of hydrological drought trends in the gap region (southeastern Turkey) by Mann-Kendall test and innovative sen method. Applied Ecology and Environmental Research, 17(2), 3325-3342, doi: 10.15666/aeer/1702_33253342
• Yue, Sh., Pilon, P., Phinney, B., & Cavadias, G. (2002) The influence of autocorrelation on the ability to detect trend in hydrological series. Hydrological Processes, 16(9):1807–1829. https://doi.org/10.1002/hyp.1095
• Zhang, Q., Li, J., Singh, V. P., & Bai, Y. (2012) SPI-based evaluation of drought events in Xinjiang, China. Natural Hazards, 64:481–492. https://doi.org/10.1007/s11069-012-0251-0