LEE- Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 21
-
ÖgeGünlük ve saatlik yağış verilerinin yeni ters mesafe ağırlıklı model ile tahmin edilmesi(İTÜ Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025)Meteorolojik verilerin eksiksiz ve güvenilir şekilde elde edilmesi, özellikle iklim değişikliği, taşkın ve kuraklık gibi doğal afetlerin yönetimi açısından büyük önem taşımaktadır. Mevcut meteoroloji istasyonu sayısının yetersizliğine ek olarak, cihaz arızaları, veri iletim problemleri ve çevresel etkiler gibi nedenlerle gözlem istasyonlarından elde edilen yağış verilerinde eksiklikler oluşabilmektedir. Bu çalışmada, eksik kalan yağış verilerinin tamamlanması için farklı modelleme yöntemleri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir ve yeni bir yaklaşım önerilmiştir. İstanbul'daki Sarıyer/İTÜ Maslak meteoroloji istasyonu hedef istasyon olarak seçilirken 2014–2017 yılları arasındaki saatlik ve günlük yağış verilerindeki eksiklikler ele alınmıştır. Tahminlerde kullanılmak üzere istasyona yakın beş meteoroloji istasyonu olan Sarıyer, Eyüp, Beykoz, Şişli ve Üsküdar istasyonları referans alınmıştır. Çalışmada hem geleneksel hem de modern yöntemler birlikte incelenmiştir. Böylece farklı mekânsal ve zamansal yapıların tahmin başarısına etkisi analiz edilmiştir. Uygulanan yöntemler arasında; mesafeye dayalı klasik modeller olan Ters Mesafe Ağırlıklı Yöntem (IDW), Modifiye IDW Modelleri (MIDW1 ve MIDW2), Ters Üstel Ağırlıklı Yöntem (IEWM), Karekök Mesafeye Dayalı Modifiye Normal Oran Yöntemi (MNR-T) ve yapay zekâ tabanlı Uyarlanabilir Sinirsel Bulanık Çıkarım Sistemi (ANFIS) yer almaktadır. Ayrıca bu çalışmada Yeni Ters Mesafe Modeli (Yeni IDW) önerilmiştir ve performansı diğer yöntemlerle karşılaştırılmıştır. Bu yeni model, hedef istasyon ile komşu istasyonlar arasındaki mesafeyi dikkate alarak, mekânsal ağırlıkları daha etkili bir şekilde hesaplamayı hedeflemektedir. Tüm yöntemler, farklı eğitim/test veri oranları (60/40, 70/30, 80/20) ve farklı sayıda istasyon girdisi (2, 3, 4, 5) kullanılarak test edilmiştir ve modellerin hata oranları karşılaştırılmıştır. Saatlik ve günlük verilerin 7 farklı yöntem ve 3 farklı eğitim/test oranları ile değerlendirilmesi sonucunda en düşük hatayı veren 3 yöntem olan; Yeni IDW, IDW ve MNR-T yöntemleri kullanılarak eksik veriler tamamlanmıştır. Bu tez çalışmasıyla, eksik yağış verilerinin tamamlanmasına yönelik farklı yöntemler değerlendirilmiştir ve yeni geliştirilen modelin alternatif bir çözüm olarak uygulanabilirliği ortaya konmuştur. Elde edilen sonuçlar ile eksik veriye sahip meteoroloji istasyonları için daha doğru ve güvenilir tahminlerin yapılabileceği dolayısıyla veri sürekliliğinin sağlanabileceği gösterilmiştir.
-
ÖgePractical approaches to streamflow prediction: a comparative study of lumped models, regression methods, and machine learning(Graduate School, 2025-06-30)Estimating streamflow in basins with limited discharge data remains a key challenge in water resources planning. This study evaluates three practical approaches for streamflow extrapolation: lumped conceptual models (TUW, GR4J), classical regression methods, and machine learning algorithms (Random Forest, MARS). Two basins were selected: the data-scarce Kürtün Basin in Türkiye, and the Murr Basin in Germany, a sub-basin of the well-instrumented Neckar system. All models were calibrated using ERA5-Land reanalysis data and observed discharge records from 2016 to 2022, then validated for 2011–2014. Simulations were performed daily, but evaluation was based on monthly aggregated flows in line with DSİ's planning practice. Among all methods, Random Forest achieved the best results, particularly when using discharge data from two auxiliary stations. Polynomial regression (second-degree) also showed strong performance and is well-suited to rapid planning scenarios due to its simplicity and low data requirements. TUW performed reasonably well in monthly simulations but showed limited daily accuracy in Kürtün, likely due to data limitations and parameter transferability. GR4J showed lower overall performance. The findings emphasize the need for context-aware model selection: machine learning offers high accuracy when multi-source inputs exist, regression methods are useful for flexibility, and conceptual models remain valuable for representing long-term hydrological behavior. A three-tiered selection strategy is proposed to guide practical implementation. The results contribute to the development of robust modeling strategies for planning institutions like Türkiye's State Hydraulic Works (DSİ), particularly in basins where discharge observations are limited or newly established.
-
ÖgeEge ve Batı Akdeniz Bölgesi'nde düşük akımların analizi ve mevsimselliğinin belirlenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023)Akarsuların rejimleri üzerinde klimatolojik, hidrojeolojik, morfolojik, morfometrik ve insan unsuruna bağlı etkenler vardır. Bu etkenler sonucunda akarsuda çeşitli bilimsel tanımları olan düşük akımlar meydana gelebilir. Düşük akımlar; hidroelektrik tesislerini, atıkların arıtılmasını, şehirlere su sağlanmasını, sulama sistemlerini, akarsu ulaşımını ve su kaynakları sistemlerinin işletilmesini etkiler. Düşük akım dönemlerinde akarsudaki debi, hız, derinliğin azalması ve bu dönemde suyun ne şekilde kullanılacağına karar verilmesinin güçleşmesi düşük akımlar hakkında bilgi edinilmesini oldukça önemli kılar. Bu çalışmada Gediz, Küçük Menderes, Büyük Menderes ve Batı Akdeniz Havzalarında düşük akımlar incelenerek düşük akımların mevsimselliği araştırılmıştır. Öncelikle Gediz Havzası'na ait 8, Küçük Menderes Havzası'na ait 1, Büyük Menderes Havzası'na ait 7 ve Batı Akdeniz Havzası'na ait 5 istasyon olmak üzere toplamda 21 adet istasyona ait veriler DSİ'nin internet sayfasından elde edilmiştir. Veriler 1981-2011 yılları arasındaki günlük debi verileridir. Bu veriler su yılı dikkate alınarak işlenmiştir. Karışıklığı önlemek adına 1 Ekim'de başlayan su yılında yılın değiştiği kabul edilmiştir. Örneğin 1981 yılının verileri 1 Ekim 1980'den başlamaktadır.1982 yılının verileri 1 Ekim 1981'den devam etmektedir. Eksik olan birkaç yılın verisi regresyon analizi ile tamamlanmıştır. Çalışılan 21 istasyon için 1981'den 2011 yılına kadar olan günlük debi değerleri ile akım grafikleri oluşturulmuş ve bazı yıllarda akımlardaki düşüşün diğer istasyonlarla paralellik gösterdiği görülmüştür. Çalışılan her istasyon için, düşük akım karakteristiklerini iyi ifade eden ve genellikle düşey eksende debi yatay eksende aşılma yüzdesi olacak şekilde debi-süreklilik çizgileri çizildi. Ayrıca istasyonların debi-süreklilik çizgilerinin karşılaştırılabilmesi için istasyon akım debilerinin alana bölünmesi ile elde edilen birim debi kullanılarak her havza için bir grafik üzerinde debi-süreklilik çizgileri çizilmiştir. Düşük akımların daha iyi tanımlanması için yapılan bu çalışmada, düşük akımları karakterize edebilmemizi sağlayan indeksler içinde, debi süreklilik çizgisinden de okunabilen zamanın %95'inde akarsuda aşılan debi olan Q_95 ve bu değerin havza alanına bölünmesi ile elde edilen q_95 debi değerleri seçilmiştir. Bu çalışmada kış debi serisi 1 Ekim-29 Şubat aralığını kapsarken, yaz debi serisi 1 Mart-30 Eylül aralığını kapsamaktadır. Her istasyon için yaz veya kış düşük akım baskınlığını gösteren mevsimsellik oranı (SR) sayısı bulunmuş ve istasyonların büyük bir kısmının yaz düşük akım etkisinde bulunduğu görülmüştür Q_95 debi değerine eşit veya altında olduğu gözlemlerle hesaplanılan θ ve r parametrelerine dayanan mevsimsellik indeksi (SI) ile her istasyon için her yılın ortalama düşük akım günü (ODAG) ve mevsimselliğin derecesini anlamak adına her yılın ortalama r parametresi hesaplanmıştır. Her istasyonun 31 yıllık ortalama düşük akım günleri ve istasyonların ortalama r parametrelerinin de ortalaması hesaplanarak havzalara ait birim çember üzerinde gösterilmiştir. Çalışılan 4 havzadan her biri için, 1981-2011 yılları boyunca Q_95'den küçük debiye sahip günlerin sayısı en fazla olan 4 istasyon seçilmiştir. Bu istasyonlarda çalışılan her yıl için Q_95'den küçük günlerin hangi ayda olduğu sayılmış ve bu günlerin aylık yüzdelikleri bulunarak mevsimsellik histogramları (SH'ları) çizilmiştir. Böylelikle düşük akım olarak varsaydığımız, Q_95'den küçük debiye sahip günlerin herhangi bir yılda hangi aylarda yoğunlaştığı görülebilmektedir. Çalışılan 21 istasyonda 1981-2011 yılları boyunca Q_95'den küçük günler her ay için sayılarak toplanmış ve istasyonların 31 yıllık düşük akım günleri tablosu oluşturulmuştur. Aylara göre sayılmış bu günlerin aylara göre yüzdelikleri bulunarak düşük akım günlerinin dağılımı pasta grafiği şeklinde gösterilmiştir. Bu grafikler incelendiğinde çoğu istasyonda düşük akım günlerinin Ağustos ve Eylül aylarında daha büyük yüzdeliklere sahip olduğu görülse de Ekim, Kasım ve Aralık aylarında da görülen büyük yüzdelikler, önemli bir kış düşük akım bilgisine ulaşıldığının göstergesidir. Bütün istasyonlarda çalışılan her yıl için bulunan q_95 değerlerine, her yılın yaz serisinin q_95'i ile kış serisinin q_95'i ve bütün istasyonların yıllık q_95'lerine bölgesel olacak şekilde trend analizi yapılarak Mann Kendall testiyle trend olup olmadığı araştırılmıştır. Trend bulunanlarda azalan trend bulunmuş ve iç bağımlılığın etkisinin giderilmesi sonucu var olan trendler kaybolmuştur. Mann Kendall testinde iç bağımlılığın etkisinin önemi anlaşılmıştır. Bu çalışma ile Ege Bölgesi'ndeki 4 havzada düşük akımlar, düşük akımların mevsimselliği incelenmiş ve önemli bir düşük akım indeksi olan q_95 değerlerinde trend araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre Akdeniz ikliminin görüldüğü bölgede bilinen yaz kuraklığını yanı sıra kış kuraklığının görülme oranının yüksekliği oldukça dikkat çekicidir. Ülke genelindeki havzalarda, son yılların da verileri elde edinilerek düşük akımların araştırılması ve özellikle kış kuraklığının incelenmesi faydalı olacaktır.
-
ÖgeThe influence of hydro-meteorological factors on the bosphorus flow(Graduate School, 2025-01-28)Straits are essential elements of coastal ecosystems, which not only host diverse kinds of species, but also serve the urban landscape offering recreational hotspots for the inhabitants. The hydraulics of straits are delicate and often complex, controlled by many meteorological and oceanographical factors such as tides, winds, waves, river runoffs and precipitation. Understanding the influence of each factor on the hydrodynamics of straits are vital for managing and protecting them, and also successfully adapting to the climate change scenarios. In this study, the flow dynamics in a strait, the Bosphorus, is studied under the influence of various hydro-meteorological flow drivers. Hydrodynamics of the Bosphorus is mainly characterized by the water level difference and density difference between the Black Sea and the Marmara Sea. Although the hydrodynamics of the Bosphorus has been studied by different researchers in the literature, the specific influence of each individual hydro-meteorological factors, especially wind blowing over the fetch of the Bosphorus, has not been investigated parametrically in detail. With this motivation, the present study focuses on the influence of hydro-meteorological flow drivers on the Bosphorus separately. The flow drivers, in general, are: (1) the water level difference between the North and South ends of Bosphorus (2) the density (specific gravity) difference between the North and South ends of Bosphorus (3) river runoffs into the Black Sea, (4) precipitation at Black Sea basin (5) the wind (velocity and direction) that blows over the fetch of the Bosphorus, (6) the wind that blows over the fetch of the Black Sea, (7) the wind that blows over the fetch of the Marmara Sea, (8) the atmospheric pressure differential over the Bosphorus, (9) tidal variations in the Marmara and Black Sea. In the first part of the study, the hydro-meteorological data time series, and the relationship/correlation between different variables are studied. The correlation and physical dependence between these variables are determined. In the second part of the study, a numerical model of the Bosphorus set in TELEMAC 3D is utilized to parametrically study the influence of the major ones of these hydro-meteorological drivers. Results on the timeseries analysis showed that there is a meaningful correlation between the water level difference (between the North and South ends of Bosphorus) and the wind characteristics, as expected. The parametric study indicated that most influential variable on the upper- and lower-layer hydrodynamics of the Bosphorus is the water level difference between the North and South ends of Bosphorus, which inherently includes all of the above-mentioned factors, except the density difference and the wind that blows over the fetch of the Bosphorus. The influence of wind that blows over the fetch of the Bosphorus is limited, and wind-generated water level difference in general is mostly inherited from the correlation between the wind and the water level difference (between the North and South ends of Bosphorus) variables.
-
ÖgeHigh flow, low flow and drought characteristics of Küçük Menderes river basin(Graduate School, 2022)Water plays an important role in all living life. The importance of water in many areas such as the ecosystem, agriculture, livestock or industrial production has not changed from the past to the present, despite technological advances. Unfortunately, climate change, which is a natural occurrence in the world, and its consequences have accelerated due to anthropogenic activities, which has led to stress on water resources. Today, climate change and the resulting water deficit pose a great risk to societies, especially to those living in arid and semi-arid regions. In addition, due to the rapid growth of the world's population, the available water for human consumption is decreasing both in terms of resources and quality. According to the United Nations World Bank High Level Panel on Water (HLPW) final report, it is predicted that half of the world's population will be affected by the stress caused by water scarcity as of 2050, and 700 million people will be displaced by 2030 due to water scarcity. In light of all these considerations, climate change, drought, changes in river regimes and the consequences of drought on the ecosystem have been investigated under various disciplines. The increasing risks of water scarcity have also led to the development of new research methods and an increasing number of research papers. This study aims to examine critical dry periods and determine the high- and low-flow characteristics of the Küçük Menderes River Basin in western Turkey by using a variety of tools such as the Standardized Precipitation Index (SPI), flow duration curves, percentiles obtained from the flow duration curves, and the D-day low flows. In addition, the study uses frequency analysis to derive frequency curves for the percentiles and the D-day low flows. In the study, precipitation and streamflow data obtained from 13 meteorological stations and 5 gauging stations, respectively, were analyzed. Also, the Mann-Kendall trend test was applied on the SPI, percentiles, and D-day low flow time series to check the existence of a trend. Drought analysis was carried out using the SPI time series obtained from 13 meteorological stations in the river basin and its surroundings. SPI was calculated for k = 1, 3, 6, 9, 12, and 24-month time scales, and the calculated SPIk time series were visualized in graphs. To make the graphs easier to interpret, the thresholds at the levels of the moderate, severe, and extreme drought were plotted on the graphs. In addition, the longest dry periods were determined for each station and time scale. It was found that the determined dry periods were compatible between stations. Since the SPI values at the 12- and 24-month time scales represent hydrological drought, the informations obtained by SPI12 and SPI24 were also used to interpret the results of the streamflow analysis. The Mann-Kendall trend test was used on each time scale of SPI series to determine their trends. However, due to the differences in the record periods of the meteorological stations, both positive and negative trends were seen as a result of the Mann-Kendall trend test in the river basin. It is thought that the reason for this situation is the noncommon recording period of the gauges. The indices calculated using the streamflow or the precipitation data with common record periods demonstrate the same direction of a trend. This helped us to interpret the flow indices despite the limited length of the data. For the flow analysis, annual flow duration curves (FDC) were obtained from the daily streamflow data of 5 gauging stations. FDCs are practical tool to visualize the characteristics of rivers such as the relationship between the magnitude and frequency of streamflow discharges, the high- and low-flow values, or to understand morphometric characteristics of the region. Q1, Q5, Q10, Q50 Q90, Q95, and Q99 percentiles corresponding to the 1%, 5%, 10%, 50%, 90%, 95% and 99% exceedance percentages of time, respectively, were determined from FDCs, and the time series for each percentiles were obtained. The best-fit probabilty distribution functions among the Generalized Extreme Value (GEV), Log-Pearson Type III (LP3), 2-and 3-parameter Gamma (G2, G3), 2-and 3-parameter log-normal (LN2, LN3), 2-parameter Weibull (W2), and Gumbel (G) were choosen by using the Anderson-Darling test for the frequency analysis to calculate 2, 5, 10, 25, 50, and 100-year return period of each percentile. Some low-flow percentiles series such as Q90, Q95, and Q99 contain zero values. Frequency analysis was carried out for these series according to the total probability theorem by discarding zero values but taking their presence into account. It was seen that the LP3 was the most common probability distribution function that best-fit the data. After the calculation of the return periods, the percentiles-frequency curves were derived. By the consideration of the percentiles-frequency curves, the risks that may occur due to high- or low-flow can be predicted in the river basin and measures to be taken can be decided. Low-flow analysis has a substantial importance in water resources management, especially in a region where agricultural activities are important and water reserves are limited. Due to the complexity of drought effects on low flows, this study examined low flow analysis using the D-day low flow method in addition to the low-flow percentiles. Low-flow time series were derived for D = 1, 7, 14, 30, 90, and 273-day minimum discharges, and frequency analysis was performed for the minimum of the D-day average discharges. Since the low-flow time series contain many zero flows, the total probabilty theorem was applied for the frequency analysis. Using the Anderson-Darling method, LP3 was found the most common best-fit distribution function to the D-day low flow disharges. The Mann-Kendall trend test was applied to the percentiles and minimum of the D-day low flow discharges to examine whether the data tend to increase or decrease over time. According to the results obtained, in 2 stations, downward trends were observed in both the percentiles and the minimum of the D-day average discharges. In addition, a positive trend was observed in one station at high-flow percentiles. Since the record periods of this station and some meteorological stations are similar, the positive trends of the high-flow indices, and SPI12 and SPI24 were evaluated together, and it is thought that the reason for the positive trend was related to the length of the record period. It was concluded that the Küçük Menderes River Basin is moving towards a drier climatological character for which precautionary measures should be taken.
- 1 (current)
- 2
- 3
- 4
- 5