SU KÜLLİYESİTURKISH WATER FOUNDATION

WATER FACULTY

Coğrafi Bilgi Sisteminde Havzanın Tanımlanması

Sayı (Number): 6

Dilek Eren AKYÜZ

Şubat (February) 2018 İstanbul - Türkiye

SU BÜLTENİ : SAYI 6

-

Coğrafi Bilgi Sisteminde Havzanın Tanımlanması

Dilek Eren AKYÜZ

©2018 SU VAKFI

Tüm yayın hakları anlaşmalı olarak Su Vakfı’na aittir.Kaynak gösterilerek alıntı yapılabilir, izinsiz çoğaltılamaz, basılamaz.

Basıma Hazırlayan :Muhiddin YENİGÜN

SU VAKFI

Libadiye Cad. Doğanay Sokak No:6 Kat:4 Üsküdar İstanbulTel: (216) 412 3383 - Faks: (216) 412 3390suvakfi@suvakfi.org.tr - www.suvakfi.org.tr

SU VAKFI

1

Coğrafi Bilgi Sisteminde Havzanın Tanımlanması

Dilek Eren AKYÜZ

İstanbul Üniversitesi, İnşaat Müh. Bölümü, Hidrolik Anabilim Dalı, Avcılar 34320, İstanbul.

ÖZET

Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS); çeşitli bilgileri coğrafi konumları ile beraber saklayabilme, işleyebilme ve hesapları bu konum bilgisi ile beraber yapabilme yeteneğine sahip olmasın-dan dolayı hidrolik ve hidrolojik hesaplar için oldukça uygun bir ortam sağlamaktadır ve giderek artan bir ilgiye sahiptir. Bu çalışmada; hidrolojik hesapların temelini oluşturan hav-za ve akarsu tanımlamasının açık kaynak kodlu bir CBS programı aracılığı (QGIS) ile nasıl yapılacağı anlatılmaktadır. CBS’de hidrolojik bir çalışma yapmak için ihtiyaç duyulan temel verilerin nereden ve nasıl temin edileceği ve indirilen bu verilerin nasıl işleneceği detaylı şekilde anlatılmıştır. Ayrıca, yurtdışında yapılmış örnek çalışmalara da değinilerek, bu konu-da ülkemizde bulunan ihtiyaçlar vurgulanmıştır. Böylece bu makale ile, hem CBS ortamında, hidrolojik hesaba yeni başlayanlar için bir yol gösterici olmak, hem de hidrolojik hesaplarda kullanılan veri setlerinin ülkemizde de oluşturulmasına ve paylaşılmasına katkı sağlamak hedeflenmektedir.

2

1. GİRİŞ

Coğrafi bilgi sistemleri (CBS) bilgileri yüklemek, saklamak, sorgulamak, hesapla-mak, yönetmek ve tüm verileri coğrafi bil-gilerine göre görselleştirmek için kurulmuş bir sistemler bütünüdür. Bu sistem; harita-lardan, verilerden ve bunları işlemek için kullanılan bilgisayar programlarından oluş-maktadır. CBS yardımı ile coğrafi veya sayısal tüm bilgiler çeşitli haritalar üzerinde görselleştirilmekte böylece birçok veri se-tinin kısa sürede görülmesi ve anlaşılması sağlanmaktadır (Yomralıoğlu, 2000).

CBS riskin veya mevcut olayların hari-talanması, olayların tahmin edilmesi, yöne-tilmesi, iyileştirilmesi ve çeşitli programlar yardımı ile modellenmesi için kullanılmak-tadır. Bu olaylar taşkın (Celik, Aydin, Oz-turk, ve Dagci, 2006), kuraklık, erozyon (Yuksel, Gundogan, ve Akay, 2008), yeraltı-suyu veya yüzeysular ile ilgili doğal olayları içerebileceği gibi sulama suyu, şehirleşme, arazi kullanımının değişimi (Atasoy, 2010), baraj inşa edilmesi (Coskun et al., 2010) gibi insanların yaptığı veya yapmayı plan-ladıkları yapay olayları ve bu olayların etki-lerini de içermektedir. Bu olayların çeşitli-liğinin bir sonucu olarak CBS çok yaygın bir kullanım alanına sahiptir ve giderek daha da yaygınlaşmaktadır (Guler, 2013).

Hidroloji ise; suyun döngüsü ile ilgi-li tüm olaylar ile ilgilenmektedir. Bunlara yağışın oluşturduğu yüzeysel ve yeraltısuyu akımları, bu akımların değişimi ve oluştur-dukları su birikintileri üzerine yapılan tüm çalışmalar birer örnek oluşturmaktadır ki bu örnek olaylarda coğrafik konum ve özellik-leri önemli bir rol oynamaktadır. Örneğin yağan yağışın yüzeysel akışa geçmesi için yağış miktarı kadar zemin tipinin de ve hızı için zemin eğiminin de önemi vardır. Ayrıca hidrolojik olaylarda etkili olan; toprak tipi, zeminin geçirimsizliği (imperviousness), arazi kullanımı, bitki örtüsü, havza sınırı ve

akarsu ağı gibi diğer parametrelerde coğra-fik özellikler önemlidir ve bu parametreler konum ile büyük değişiklik gösterebilmekte-dir. Bu parametrelerin belirlenmesinde veya tanımlanmasında ve paylaşılmasında CBS büyük kolaylıklar sağlamaktadır (Sener, 2011). Bu yüzden CBS hidrolojik çalışma-larda etkili bir araç olarak kabul görmekte-dir.

1.1 CBS Programları

CBS yazılımları ticari ve açık kaynak kodlu olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Ti-cari olanlardan ESRI–ArcGIS en fazla kul-lanılan programlardan biridir ve pahalıdır. Açık kaynak kodlu olanlardan ise Grass (URL 1) en başarılı olan program ve Quan-tum GIS (QGIS;URL 2) kendini en iyi gün-celleyen ve yaygın kullanılan programlardan biridir. Ücretsiz programların daha gelişme-si ve yaygınlaşmasını desteklediğim için bu yazıda ve ileriki yazılarımda da; QGIS programı üzerinden anlatım ve açıklamalar yapılacaktır. Ayrıca QGIS su havzalarının modellenmesinde daha basit bir bilgisayar ile de başarılı şekilde modelleme yapa-bilmektedir (Chen, Shams, Carmona-More-no, ve Leone, 2010).

QGIS programını kurmak için öncelikle Phyton ve sonra mevcut işletim sisteminize uygun olan QGIS programlarının *.exe do-syalarını (URL 3 ve 4) web sitelerinden in-dirilerek yüklenmesi gereklidir. “OSGeo4W Network Installer” olan tercih edilirse bazı programcıkların yüklenmesine gerek kal-mamaktadır. Yine de başka ek programların yüklenmesi istendiğinde; yapılacak işlem “Process -> Install and manage plugins” seçeneğinin işaretlenerek gelen kısımda yüklenecek olan programcığın seçilmesi ve yüklenmesi gerekmektedir (Şekil 1).

“QuickMap Service”, “Coordinate Cap-ture”, “Geocoding”, “Qgis2threejs” ve “Processing” pluginlerinin yüklenmesi hi-drolojik hesaplamalarda fayda sağlayacağı

3

için önerilmektedir. Bunlardan bazıları program yüklendiğinde otomatik olarak yüklenmektedir. Bu eklentilerin komutları “Processing -> Toolbox” tıklandığında sol tarafta liste halinde açılmaktadır.

Şekil 1: QGIS’te eklenti (plugin) yüklenmesi ve Çalıştırıl-

ması için .

En temel eklenmesi gereken program SAGA (System for Automated Geoscienti-fic Analyses) tek başına bir program olarak URL 5’de verilen web sitesinden indirile-rek kurulabilmektedir, tek başınada çalışan SAGA oldukça güzel analizleri yapmaya imkan veren açık kaynak kodlu bir pro-gramdır ve QGIS altında da çalışmaktadır.

1.2 CBS Veri Formatları

CBS girilen coğrafik veriler; vektör veri ve raster veri olmak üzere iki tiptir. Ras-ter verilerde data piksellerden oluşan grid formundaki alansal verilerdir ve her piksel bir değere sahiptir. Raster verilerine en iyi örnek olarak arazi kullanım ve yükseklik se-viyeleri verilebilir.

Veriler nokta (x, y), çizgi (en az iki nok-tadan oluşan doğru) ve poligon (kapalı bir alan oluşturan çizgiler) olarak saklanmak-tadır. Raster ve vektör veri tiplerinde nokta, çizgi ve poligon verilerinin nasıl saklandığı Tablo 1’de verilmiştir. Bu veriler CBS data

setlerini oluşturmakta, CBS programları ile bu verilere istenildiği zaman ulaşılarak ge-rekli olan analizler, sorgular yapılabilmekte ve sonuçlar harita veya grafik/tablo olarak istenildiği şekilde sunulabilmektedir.

Tablo 1: Vektör ve Raster Veriler

Veri tipi Vektör Raster

Nokta

Çizgi

Poligon

CBS’nin önemli avantajlarını saylayan özelliği; bu sözel veya sayısal verilerin ait oldukları yer bilgisi ile birlikte depo-layabiliyor olmasıdır. Böylece akarsu veya kanal ağları, meteorolojik veya hidrolojik istasyonların yerleri, havza veya althav-za alanları, arazi kullanımı, sayısal arazi yüksekliği gibi hidrolojik hesaplarda kul-lanılan farklı veriler aynı yer bilgisine göre ortak veya tek tek hesaba katılabilmektedir. CBS sayesinde veriler sadece ait oldukları yere göre depolanmazlar, aynı zamanda sorgulamalarla seçimlerin yapılabilmesine veya yeni hesapların yapılması ile yepyeni verilerin oluşturularak saklanması ve gör-selleştirilmesi de mümkündür. Bu özellik-lerinden dolayı hidroloji veya su kaynakları alanında çok önemli çalışmalar yapıla-bilmektedir. Bunun için bilinen modelleme programlarının hesap yöntemleri CBS sis-temine adapte edilmiştir. Bu işlemlerde ara-zinin sayısal haritalarının oluşturulması ilk temel adımdır. Bu konu ile ilgili olarak ülk-emizde Harita Genel Komutanlığı yetkilidir ve buradan belli bir ücret karşılı istenilen alanın yükseklik verilerini içeren dijital ha-ritalar temin edilebilmektedir (URL 6; Şekil 2).

4

Şekil 2: Harita Komutanlığından temin edilecek paftaların maliyeti (URL 7).

Bu sayısal haritalar Sayısal Yükseklik modellerinden (Digital Elevation Model; DEM) oluşan raster verilerdir ve piksel-ler ile ifade edilmektedir. Bu modeller za-man içerisinde ciddi gelişimler göstermiş-tir. 1980’lerde DMA 90 m çözünürlükte 102 piksel/km2 iken, 1990’larda USGS DEM 30 m çözünürlükte 103 piksel/km2 sonra 2000’lerde NED 10-30 m çözünürlükte 104 piksel/km2 ve 2010’larda LIDAR teknolojisi ile 1 m çözünürlüğe yani 106 piksel/km2 ka-dar ulaşmıştır. SRTM 90 metre çözünürlüklü sayısal yükseklik verilerini (ülkemizide içine alan) ücretsiz olarak indirilebilmekte-dir (URL 8).

Haritalar URL 9’da verilen web sitesin-den de indirilebilir, bunun için öncelikle çalışılacak bölge seçilir (Şekil 3) ve son-ra seçilen alana ait DEM verileri STRM 1 Arc kaynağından tiff uzantılı olarak indirilir (Şekil 4).

Kullanılan SYM’lerinde bazı durumlar-da bir piksellik çukurlar oluşmakta ve bu da yüzeysel akışın; o piksel ve çevre pikselleri-nin dahil olduğu küçük bir kuyu gibi davran-masını sağlayan hataları oluşturmaktadır. Bunu engellemek için (eğer böyle bir durum oluşursa) o tek piksel etrafındaki pikselle-rin yükseklik değerlerinin ortalamalarına eşitlenerek (doldurularak) problem çözüle-bilmektedir.

Şekil 3: Webden indirilecek verilerin seçilmesi

Şekil 4: Webden verilerin indirilmesi

Ayrıca SYM dosyaları çalışılacak bölge için ilgili web sayfasından tek parça ha-linde indirilemeyebilir (bu durumda mozaik yapılması gerekecektir, Şekil 5) veya tam tersi olarak çalışmak istenilen alandakin-den daha büyük bir alan indirilmesi (fazlalık kesilmesi gerekecektir, Şekil 6) gerekebilir. İki durumda da QGIS programı bunu Şekil 5 ve 6’da verilen komutlarla kısa sürede çözmektedir.

Bu indirilen raster verilerinin yeniden projeksiyonunun yapılıp yapılmayacağı QGIS programının en sağ alt kısımda pro-jeksiyon kısmında (EPSG:4326) parantez içinde OTF yazmaması veya aynı bölgede fare ile üzerinde durulduğunda OTF disabled yazıyor olması durumuna göre değişmekte-dir. Eğer yazılı ise bu durumda indirilen raster verilerinin projeksiyonunun yeniden yapması gerekmektedir. Yapıldıktan sonra kontrol için ise aynı yerde bu sefer parantez içinde “OTF” yazarken fare ile üzerinde bi-raz durulduğunda “enabled” olarak değişmiş olması gerekmektedir (Şekil 7).

5

Şekil 5: Build virtual raster birleştirmeye yarayan komutun kullanımı.

Şekil 6: Clipper kesmeye yarayan komutun kullanımı.

Eğer OTF kapalı ise bu durumda ön-celikle URL 10’da verilen web sitesinden search kısmına boylam derecesi ve pro-jeksiyon tipi (örnekte “utm 35N wgs 84”) yazıldığında en uygun olan reference siste-minin numarası (örnekte en altta) bulunur (Şekil 8). Bu bulunan projeksiyonun doğru olup olmadığına da bulunan sonuç (örnekte “EPSG: 32635: wgs 84”) tıklandığında ekra-na çıkan haritada çalışma alanına bakılarak kontrol edilir. Artık emin şekilde bulunan numara “32635” QGIS programında “Raster -> Projections->Warp (Reproject)“ komu-tu çalıştırılarak Target SRS kısmına yazılır (Şekil 9). Bu aşamada “no data values” ku-tucuğu işaretlenerek -9999 rakamı karşısına yazılarak, eğer veri yoksa o piksele -9999 sayısının atanması sağlanır (Şekil 9).

Şekil 7: Projeksiyonun yapmadan ve yaptıktan sonra OTF (on-the-fly) bilgisinin kontrolü.

Şekil 8: Projeksiyon için uygun sistemin bulunması ve hari-tadan kontrol edilmesi.

Veri paylaşımında; verilerin standart bir formatının belirlenmesi ve tüm verilerin bu standart sisteme göre depolanarak sorgula-malarda kullanılması ile birlikte sonuçların aynı formatta sunulabilmesi önemlidir. Hi-drolojik veriler OGC standartında belirtilen formatta kaydedilmektedir ki bu format 400’den fazla şirket ve devlet kurumları ta-rafından oldukça uzun sürede geliştirilmiş-

6

tir (URL 11). KML ve NetCDF formatları da birer OGC standartıdır ve yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu dataların analizinde de yine açık kaynak kodlu bir program olan R programında yazılmış “WaterML R Package” kullanılabilmektedir (URL 12). Ayrıca Matlab ve birçok modelleme pro-gramlarında da bu formatlar işlenebilmekte ve görselleştirilebilmektedir.

Şekil 9: Projeksiyon için uygun sistemin bulunması ve hari-tadan kontrol edilmesi.

Şekil 10: Projeksiyon için wrap komutu çalıştırılmalıdır.

1.3. CBS - Hidroloji Web Siteleri

Amerikan üniversitelerinin CBS ve hi-drolojik bilgileri/verileri paylaşmak için kurdukları “CUAHSI Hydrologic Informa-tion System (HIS)” bulunmaktadır (URL 13). Böyle bir web veri depolama, paylaşma sitesinin ülkemizde de kurulması çok fay-dalı olacaktır. Bu sitenin verilerini indirmek için farklı bir web sitesi vardır (URL 14) ve sitedeki pek çok veri setleri ya doğrudan ya da izin alınarak indirilebilmektedir. Ayrıca hidrolojik bilgileri meslektaşlar arasında paylaşmak için bir başka uygulama da URL 15’de verilen web sitesidir.

Ülkemizde bilgileri görüntüleme örneği olarak DSI tarafından yapılan web sitesi ve-rilebilir (URL 16). Oldukça başarılı bir Geo-data uygulaması olan bu site özellikle veri paylaşımına imkân vermesi konusunda ken-disini geliştirmesi gerekmektedir. Örneğin üye olan her kullanıcıya temel katman-ları indirmesi için izin verilmelidir. Havza sınırı, il sınırları gibi gizli bilgi olmayan ve tüm kullanıcıların aynı verileri kullanmasını sağlayamaya yarayacak olan katmanların paylaşılması faydalı olacaktır.

Eskiden modellemede kullanılan hidro-lojik veya meteorolojik verilerin her biri farklı organizasyon veya devlet dairelerinde bulunmakta ve modelleme yapacak kişi ta-rafından bu veriler tek tek toplanmaktaydı. Sonra model yapacak kişi bu verileri kendi bilgisayarına kopyalayarak o bilgisayarda model çalıştırmakta ve modelleme çalış-malarını tamamlamakta iken günümüzde giderek bu veriler tek bir organizasyon ta-rafından depolanmakta ve modelleme yapa-cak kişi bu organizasyondan tek bir seferde her türlü veriyi indirebilmektedir. Bu site-ler sadece verilerin teminini sağlamamakta aynı zamanda web sunucuları üzerinde de istenilen modeli kurma, çalıştırma, sonu-cunu alma ve yayınlama olanağı vermekte-dir. Böylece şahsi bilgisayarlarda bir şey

7

çalıştırmaya gerek kalmamaktadır. Öyle gözükmektedir ki cep telefonları bile bu iş-leri yapar hale gelebilmiştir. Çünkü; ihtiyaç duyulan dataları sunuculardan alarak başka bir web sunucu üzerindeki CBS uygulama-ları üzerinden gereken çalışmaları yapmak ve yine web sunucuları üzerinden sonuçları yayınlamak mümkün olmaktadır. Buna bir örnek olarak web tabanlı SWAT modelinin web sunucularda kurularak, güçlü makina-larda çalıştırılması ve elde edilen sonuçların yayınlanması için hazırlanan swatshare web sitesi verilebilir (URL 17).

CBS web sunucuları sayesinde tekrar-lı şekilde kullanılabilen veriler indirile-bilmekte ve bu veriler yapılan çalışmalarda altlık olarak kullanılabilmektedir. Örneğin CIA World DataBank II veri seti yani dünya veya kıta /bir bölge için vektör formatında tanımlanmış, ülke, il, ilçe sınırları, nehirler, kara, deniz ve demir yolları gibi tabakaları içeren ve ücretsiz indirilebilen bir veri seti-dir (URL 18).

2. CBS’de Hidrolojinin Tanımlanması

Hidrolojik veriler hem zamansal hem de konuma göre değişiklik gösterdiği için CBS sistemi hesaplamalar /modellemeler için önemli bir ortam yaratmaktadır (Goodall ve Maidment, 2009).

Hidrolojinin CBS modellerinde; kay-nak-çıkış modeli (source to sink routing model) kullanılmaktadır. Burada kaynak; yüzeysel biriktirme sistemine su girişinin olduğu birim parça ve çıkış ise; yüzeysel biriktirme sisteminden su çıkışının olduğu birim parça olarak tanımlanmaktadır. Çıkış noktası her alt havza için genelde en az bir tanedir. Bir drenaj alanında bulunan tüm kaynakların etkilerinin toplanması ile çıkış noktasındaki hidrograf hesaplanmaktadır. Modellenecek alan ise grid yani dikdört-gen ve ortasında tek bir değerle ifade edilen veya köşe noktalarında değerlerle ifade edilen üçgen parçalar halinde olmak üzere

iki tip tanımlanabilmektedir. Grid olduğun-da genelde aynı büyüklükte olmaları bekle-nir iken üçgenler farklı büyüklükte de ola-bilmektedir (Maidment ve Djokic, 2000).

QGIS programında sol tarafta bulunan

ikonu ile indirilmiş olan eş yükselti ha-

ritaları projeye eklenebilir. Bu arada kayde-derken dosyaların ve direktörülerin isim-lerinde Türkçe harfler kullanılmamalıdır. Ayrıca mümkün ise tüm dosyalarınızı belli bir klasör içine kaydetmeniz tavsiye edilir, bunun en önemli sebebi tek bir GIS dosyası olarak düşünülen veri kaydettiğinizde bir-den fazla dosyaya (farklı uzantılardaki do-syalara) kaydediliyor olabilmesidir. Eğer kaydettiğinizde başka bir yere taşıyacak-sanız özellikle buna dikkat edilmesi gerek-mektedir. Aksi halde dosyayı bulamadığını bildiren bir hata mesajı alabilirsiniz.

2.1. Akım Yönünün Tespiti

CBS’de hidrolojik hesaplara başlamadan önce ilk yapılması gereken indirilmiş olan yükseklik veri setlerinde çukurlarının olup olmadığı kontrol edilmektedir. Eğer çukur var ise ilk adım onu doldurmaktır. Şekil 11’de örnek bir 4x4’lük raster veri sistemde yükseklik değerleri verilmiştir, bu sistemde akım bir noktada depolanıyor ve iletilemiyor bu durumda bu noktanın doldurulması gerek-mektedir, aksi halde bu tip kuyu gibi davra-nan noktalar olacak ve yüzeysel akış miktarı az olacaktır. Bu işlem QGIS programında Processing toolbar’da SAGA->Terrain Ana-lysis->Fill Sinks (Wang &Liu) komutu çift tıklanarak yapılmaktadır.

Akım yönleri; 8 ana akım yönleri için sa-bit sayılar ile kodlanarak tanımlanmaktadır. Şekil 12’de her akım yönüne verilen sabit sayılar ve akım yönleri görülmektedir.

8

12 15 18 19

13 8 3 11

12 9 8 6

15 11 9 5

12 15 18 19

13 8 7 11

12 9 8 6

15 11 9 5

Şekil 11: Çukurların doldurulması.

32 64 128

16 1

8 4 2

Şekil 12: Sekiz akım yönününü temsil eden sabit sayılar.

Bu akım yönlerini belirlemek için önce-likle Raster veri olan yükseklik değerleri bilinmelidir. Şekil 13.a’da örnek olarak 4x4 piksellik bir alana ait yükseklik değerleri verilmiştir.

12 15 18 19

13 8 7 11

12 9 8 6

15 11 9 5

2 2 4 8

1 1 2 4

128 128 2 4

128 128 1 4

Şekil 13: Yükseklikleri verilmiş bir raster veri setinde akım yönünün belirlenmesi (En üstte yükseklik değerleri,

ortada akım yönü okları, en altta ise akım yönünün sayı ile kodlanması).

Buna göre o pikseli çevreleyen tüm piksellerin yükseklik değerlerine bakıla-rak hangi taraftaki yükseklik en düşük ise akımın o yöne gideceği anlaşılabilmektedir. Sol üstten başlayarak tüm alanda bu şekilde bir toplanma noktası belirlenmektedir (Şekil 13.a). Daha sonra bu yönler Şekil 13.b’de belirlendikten sonra Şekil 12’de verilen akım yönlerine göre atanan sabit sayılara göre bu ok işaretleri birer sayıya yani bil-gisayarın işlem ve saklama yapabileceği şekilde ifade edilmektedir.

Akımda önemli rol oynayan yükseklik değerleri ve akım yönleri aynı zamanda eği-min hesabında da önemlidir. Pikselin boyu-tu; 90 m çözünürlükte 102 piksel/km2 olduğu bilindiğine göre her bir piksel 100m x 100m olacaktır. Bu durumda eğer akım yönü 1, 4, 16 veya 64 değerine eşit olduğu durumda uzunluk 100m eşit iken 2, 8, 32 veya 128 değerine eşit olduğu zamanlarda suyun kat etmesi gereken uzunluk 100√2 olacaktır.

9

Eğimin hesabı bu durumda Şekil 13.a’da verilen en üsteki ve en soldaki piksel için (12-8) / 100√2 = 0.0283 eşit olur iken hemen altındaki piksel için (13-8)/100 = 0.050 ola-rak hesaplanmaktadır.

Tüm bu hesaplar otomatik olarak basit bir if döngüsü ile yapılabildiği için Şekil 13’de gösterilen 4x4 lük bir piksel grubunda değil, çok daha büyük sayılardan oluşan pikselle-rin oluşturduğu alanlarda hesaplar büyük bir doğrulukla ve hızla yapılabilmektedir.

2.2. Akarsu Kollarının Derecelendirilmesi

Oluşturulan akarsuyun kollarının bir-leşme sayılarına göre akarsu kollarının de-recelendirilmesi yapılmaktadır.

Bunun en yaygın şekilde kullanılan üç yöntemi vardır; i) başlangıç koluna 1 ve-rilerek birleşen kolların değerleri toplanır (Shreve), ii) başlangıç koluna 1 verilerek, aynı derecedeki iki kol birleştiği zaman sayı bir artırılır (Strahler), iii) başlangıç koluna 1 verilerek aynı derecede iki kol birleştiği zaman sayı bir artırılır ve en son kollardaki maksimum değerler membaya doğru yayılır, yani değeri verilir (Horton). Strahler metho-dundaki gibi hesap yapılır ve sonra Horton methodunda bu mansaptaki büyük değer örneğin üç elde edildi ise; membaya doğru iletilmektedir (Şekil 14). Hack, topoğrafik methodlar gibi başka farklı methodlarda bu-lunmakla beraber sık kullanılmadığı için bu-rada değinilmemiştir.

1 2 3

2 2 1

3 2

3

1 1 1

2 1 1

2 2

3

1 1 1

2 1 1

3 2

5

Şekil 14: Akarsuyun derecelendirilmesi (soldan sağa sırasıyla Strahler, Shreve ve Horton methodu).

Bu işlem ise QGIS programında Pro-cessing toolbar’da SAGA->Terrain Analy-sis->Channels ->Strahler order komutu çift tıklanarak yapılmaktadır.

2.3. Akım Ağının Belirlenmesi

Eşyükseltileri verilen bir arazinin akım yönleri belirlendikten sonra akım ağlarının tanımlanması gerekmektedir. Bunun için Şekil 13’de verilen değerler kullanıla-rak Şekil 14’de verildiği gibi her piksel için kaç pikselin o piksele akım ilettiğinin belirlenmesi ve toplam aktarılan piksel sayısının da tanımlanan bir sınır değerden yüksek olması durumunda da o pikselin bir nehrin parçası olarak kabul edilmesi ile akım ağları elde edilmektedir.

Tanımlanan toplam akım aktaran piksel sayısının limit değerinin büyük olması akım ağının kollarının sayısını azalmasına veya küçük olması da artmasına yol açar. Yapıl-ması planlanan işin amacına göre toplam akım aktaran piksel sayısının limit değeri değişebilmektedir. Bu değer akarsu ağlarının yapısını değiştirebildiği içinde önemlidir.

Bir başka yöntem ise Strahler Order ko-mutu ile tüm akarsular sıralanarak bu sıra-lamada sınır değeri belirleyerek akım ağı oluşturmaktır. Şekil 15’de verilen örnek üzerinde strahler order limit değeri 2’den büyük ise akarsu olarak tanımlandığında elde edilen akım ağı Şekil 16’da en üste ve-rilmiştir. Eğer bu limit değeri 3’den büyük ise akarsu olarak tanımlanması durumunda ise elde edilen akım ağı Şekil 16’da en al-tta verilmiştir. Böylece akım ağı belirlenen limit değerine göre çayları da içeren veya ana akarsu kollarını içeren şekilde akım ağı tanımlanabilmektedir.

10

0 0 0 0

0 2 2 0

0 1 1 3

0 0 0 3

Şekil 15: Eş yükseltileri verilmiş bir raster veri setinde akım ağının belirlenmesi.

Bu akım ağının belirlenmesinde yapıla-cak olan çalışma alanı ve hedef önemlidir. Eğer ince detaylı bir çalışma yapılacak ise bu değer küçük seçilebilir iken büyük bir alan daha genel bir çözüm hedeflenmesi ha-linde bu değer daha büyük seçilebilir. Akar-sular için strahler order değerinin 12-13’den büyük olması düşük bir ihtimaldir ve ge-nel olarak bu sınır sekiz ve civarında kabul edilebilir.

Yükseklik değerleri verilmiş olan bir alanda akımın yönü, akımda geçerli olan eğim, herhangi bir yağış olduğunda akımın hangi pikselde toplanacağı, akımın ağı ve akımın çıkış noktası belirlenmiş olmaktadır.

Bu işlem için Raster->calculater çalıştırılarak, mevcut strahler order kat-manındaki değer 2 veya 3’den büyük ise akarsu olarak seç işaretlendiğinde otomatik olarak akım ağı belirlenmiş olmaktadır.

0 0 0 0

0 22

0

0 1 13

0 0 03

0 0 0 0

0 2 2 0

0 1 13

0 0 03

Şekil 16: Eş yükseltileri verilmiş bir raster veri setinde akım ağının belirlenmesi (üstekinde toplam akım aktaran

limit değeri 2, alttakinde ise 3 olarak seçilmiştir).

2.4. Havza ve alt havza sınırlarının çizilmesi

Bir sonraki aşama ise havza veya alt havza sınırlarının çizilmesidir. SYM’den yükselti değerlerini kullanarak hesaplanan akım yönleri (Şekil 12) ve aktarılan piksel sayıları (Şekil 13) kullanılarak havza sınır-ları çizilmektedir. Toplam su aktaran piksel sayısı sıfıra eşit olan kısımlar birer havza sınırı olmaktadır. Ayrıca en yüksek su ak-tarılan piksel ise havza çıkış noktası olmak-tadır. Pek çok sistemde havza çıkışı ellede tanımlanabilmektedir. Eğer istenilir ise oto-matik olarak çizilen havza sınırları katman düzenlemeyi etkinleştirerek elle de değişti-rilebilmektedir.

Bunu QGIS programında “SAGA->Ter-rain Analysis-> Channel Network and drai-nage basins” komutu çalıştırılarak hatta daha önceki işlemlerle havza sınırı da dahil olmak üzere otomatik olarak yapılabilmektedir.

QGIS’te yukarıda anlatılan komutların dışında tüm bu işlemler ve havza sınırları belirlenebilir, “Processing Toolbox-> Grass Commands-> Raster-> r.watershed” ile tüm işlemler bir komut ile kolaylıkla yapılabilir.

2.5. Farklı Raster Verilerinin birlikte Kullanılması

Toprak tipleri, jeolojisi, arazi kullanımı (orman, tarım gibi), iklim özellikleri gibi bir çok faktör hidrolojik hesaplarda etkili pa-

11

rametrelerdir ve bunlar bölgesel dağılımları birbirlerinden farklıdır. Bu yüzden bütün özelliklerinin aynı değere sahip olan eşit piksel grupları oluşturulmaktadır.

Şekil 17: 6x6 piksel grubunda iki farklı tabakanın bera-ber değerlendirilmesi ile elde edilen yeni homojen piksel

grupları.

Şekil 17’de 6x6 piksel yapısına sahip olan bir alanda A, B, C ve D ile ifade edilen bir özellik (örneğin toprak tipi) ile 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ve 9 ile ifade edilen başka bir özellik (örneğin arazi kullanımı) verilmiş-tir. Bu iki özelliğin birleşiminden homogen piksel grupların elde edilerek bu elde edilen homojen piksel gruplarının her biri için tek tek hesap yapılmaktadır. Bu şekilde oluştu-rulan homojen piksel grupları SWAT mo-delinde de olduğu gibi bir hidrolojik cevap birimi (Hydrologic Response Units; HRUs) olarak adlandırılır ve etkiyen parametrelerin değerleri eşit olduğu için grup halinde he-saplamalar yapılarak zamandan kazanılmak-tadır.

2.6. Veri Kaynakları

Uydu fotoğraflarının indirilebildiği site-lerden çalışılacak bölgenin görüntüsü indi-rilebilmektedir (URL 19; Şekil 18).

Şekil 18: Uydu fotoğraflarının indirilmesi

Bu uydu fotoğrafları yapılacak olan çalış-mada altlık olarak kullanılacağı gibi, bu uydu fotoğrafları işlenerek daha fazla bilgi de elde edilebilmektedir.

Ayrıca arazinin kullanımı (land cover) hazır haritalarının indirilmesi de mümkün-dür (URL 20; Şekil 19).

Şekil 19: Arazi kullanımının indirilmesi

Toprak özelliklerinin de indirilebildiği siteden veri ücretsiz olarak indirilebilmekte-dir (URL 21; Şekil 19). Toprak tipi ve ara-zi kullanımı Şekil 17’deki gibi beraberce değerlendirilmektedir.

Ayrıca sadece Amerika için toprak tipi ile arazi kullanımının birlikte değerlendirildiği Groenendyk ve diğerleri tarafından yapılan çalışmaya ek olarak sunulan Qgis eklenti-si makalenin yayınlandığı web sitesinden (URL 22; QGIS Classification Visualization Plugin) indirilerek kullanılabilir (Groenen-dyk, Ferre, Thorp, ve Rice, 2015). Benzer şekilde nehir ağını ve havza sınırlarını de-taylı olarak indirilebildiği NHDPlus datase-ti (URL 23) de hazırlanmıştır (David et al., 2011). Bu tip data setlerinin ülkemiz içinde hazırlanması ve kullanıma sunulması bu ko-nudaki çalışmaları hızlandıracağı ve pek çok konuda fikir birliği sağlayacağı için önemli-dir.

Şekil 20: Toprak tipinin indirilmesi

12

Ayrıca açık kaynak kodlu QGIS üze-rinde SWAT modeli de kullanılabilmektedir (Dile, Daggupati, George, Srinivasan, ve Arnold, 2016). QSWAT olarak adlandırılan model yardımı ile SWAT ücretsiz programı yine ücretsiz bir program üzerinde çalışa-bilmekte ve havza modeli yapmaktadır. Bu ise özellikle model ücretinden kurtulmamızı sağlamakta ve faydalı modellemelerin yayıl-masını sağlamaktadır.

Sonuç olarak; ülkemizde de bu tip altlık olarak kullanılan verilerin hazırlanması ve ücretsiz olarak web sayfalarından indirilebi-lir hale gelmesi büyük önem arz etmektedir. Resmi kurum ve üniversitelerin bu tip setleri hazırlamaları veya bu konuda projeler yap-maları oldukça faydalı olacaktır.

Kaynaklar

Atasoy, M. (2010). Monitoring land use changes in tourism centers with GIS: Uzungol case study. Scientific Re-search and Essays, 5(8), 790-798.

Celik, H. E., Aydin, A., Ozturk, T., ve Dagci, M. (2006). Causes of the 1998 Bartin river flood in Western Black Sea re-gion of Turkey. Journal of Environ-mental Biology, 27(2), 341-348.

Chen, D. Y., Shams, S., Carmona-Moreno, C., ve Leone, A. (2010). Assessment of open source GIS software for water resources management in developing countries. Journal of Hydro-Environ-ment Research, 4(3), 253-264.

Coskun, H. G., Alganci, U., Eris, E., Agi-ralioglu, N., Cigizoglu, H. K., Yilmaz, L., ve Toprak, Z. F. (2010). Remote Sensing and GIS Innovation with Hy-drologic Modelling for Hydroelectric Power Plant (HPP) in Poorly Gauged Basins. Water Resources Management, 24(14), 3757-3772.

David, C. H., Maidment, D. R., Niu, G. Y., Yang, Z. L., Habets, F., ve Eijkhout, V.

(2011). River Network Routing on the NHDPlus Dataset. Journal of Hydro-meteorology, 12(5), 913-934.

Dile, Y. T., Daggupati, P., George, C., Sri-nivasan, R., ve Arnold, J. (2016). In-troducing a new open source GIS user interface for the SWAT model. Envi-ronmental Modelling ve Software, 85, 129-138.

Goodall, J. L., ve Maidment, D. R. (2009). A spatiotemporal data model for river basin-scale hydrologic systems. Inter-national Journal of Geographical In-formation Science, 23(2), 233-247.

Groenendyk, D. G., Ferre, T. P. A., Thorp, K. R., ve Rice, A. K. (2015). Hydrolo-gic-Process-Based Soil Texture Classi-fications for Improved Visualization of Landscape Function. Plos One, 10(6).

Guler, M. (2013). Stream network creation and watershed definition by using di-gital elevation model for Samsun, Tur-key. Journal of Food Agriculture ve Environment, 11(2), 1315-1320.

Maidment, D. R. ve Djokic, D. (2000). Hy-drologic and Hydraulic Modeling Sup-port with Geographic Information Sys-tems. Esri Yayınları, 216 sayfa.

Sener, M. (2011). Determination of Basin Characteristics by Using Geographical Information Systems (Gis). Journal of Environmental Protection and Ecolo-gy, 12(4), 1941-1947.

URL 1: https://grass.osgeo.org/ URL 2: http://www.qgis.org/ URL 3: https://www.python.org/downloads/ URL4:http://www.qgis.org/tr/site/forusers/

download.htmlURL 5: http://www.saga-gis.org/en/index.

html URL 6: www.hgk.msb.gov.tr/ URL7:http://webapp.hgk.msb.gov.tr/topo/

Default.aspx

13

URL 8: http://srtm.csi.cgiar.org URL 9: https://earthexplorer.usgs.gov/ URL 10: http://spatialreference.org/ URL11:http://www.opengeospatial.org/

standards/waterml URL12:https://cran.r-project.org/web/pac-

kages/WaterML/ URL 13: https://www.cuahsi.org URL 14: http://data.cuahsi.org/ URL 15: https://www.hydroshare.org/ URL 16: http://geodata.ormansu.gov.tr URL17:https://mygeohub.org/groups/wa-

ter-hub/swatshare_landing URL 18: https://www.evl.uic.edu/pape/data/

WDB/ URL 19: http://glovis.usgs.gov/next/ URL20:h t tp : / /due .es r in .esa . in t /page_

globcover.php URL21:http://webarchive.iiasa.ac.at/Re-

search/LUC/External-World-soil-da-t a b a s e / H T M L / H W S D _ D a t a . h t -ml?sb=4

URL22:http://journals.plos.org/plosone/a r t i c l e ? i d = 1 0 . 1 3 7 1 / j o u r n a l . p o -ne.0131299#sec009

URL23:http://www.horizon-systems.com/nhdplus/

Yuksel, A., Gundogan, R., ve Akay, A. E. (2008). Using the remote sensing and GIS technology for erosion risk map-ping of Kartalkaya Dam Watershed in Kahramanmaras, Turkey. Sensors, 8(8), 4851-4865.

Yomralıoğlu, Tahsin, 2000. Coğrafi Bilgi Sistemleri, Temel Kavramlar ve Uygu-lamalar. 479 sayfa.

SU VAKFI SU KÜLLİYESİNDEDAHA ÖNCE YAYINLANAN BÜLTENLER

SAYI 5Evolution De La Pluviométrie Dans Le Bassin Versant De La Macta

Macta Su Toplama Havzasında Yağışların GidişiAbdelkader Elouissi, Mohammed Habi, Boumedienne Benaricha

2017 Eylül (September)

FRANSIZCA

SAYI 4 ةيبرعلا ةكلمملا برغ ميض يداو يف ةيئاملا دراوملل ةلماكتم ةرادإ وحن1 - مسق :ةيدوعسلا

Bütünleşik Su Kaynakları Yönetimine Doğru: Deem Su Toplama Havzası, Suudi Arabistan : 1. Kısım

Mazen Mustafa Abo-Abdullah هللادبع وبأ ىفطصم نزامAbdurrahman Mutab Az-zahrani ينارهزلا بعتم نمحرلادبع

Esam Abeed Al-Wagdani ينادقولا ديبع ماصع

2017 Nisan (April)

ARAPÇA

SAYI 3

Əlicançay Hövzəsində Yeraltı Suların Bərpa Olunması Üçün Tədbırlərın Hazırlanması2017 Şubat (February)

AZERİCE

SAYI 2

Baraj İşletimi Yazılımı ve Esasları(BARAJ 2.0 Kullanma Kılavuzu)2017 Ocak (January)

TÜRKÇE

SAYI 1 Global Warming and Trans-Boundary Water Managementin The Tigris-Euphrates-Basin

Küresel Isınma ve Dı̇cle-Fırat Havzası Sınıraşan Suları Yönetı̇miZekâi Şen

2016 Aralık (December)

İNGİLİZCE

Libadiye Cad. Doğanay Sokak No:6 Kat:4 Üsküdar İstanbulTel: (216) 412 3383 - Faks: (216) 412 3390suvakfi@suvakfi.org.tr - www.suvakfi.org.tr

SU VAKFI