Havza taşkın pik debilerinin belirlenmesinde HEC-HMS modelinin kullanılması: Bursa-Kestel Narlıdere Havzası uygulaması

Abstract

Bu çalışmada, ülkemizde son yıllarda büyük taşkınlara neden olan ekstrem yağışların oluşturduğu olay (event) taşkınların belirlenmesinde, HEC-HMS modelinin ve yazılımının hidrolojik simülasyona yönelik olarak uygulamasının yapılması ve havza simülasyon performans başarı derecelerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, 2017 yılında Bursa İli, Kestel İlçesi, Narlıdere Havzasının güneydoğusunda bulunan Gürsu meteoroloji gözlem istasyonundan son yıllarda günlük toplam bazda ölçülen en yüksek yağışın gerçekleştiği Aralık ayına ve aynı yılın yağışların yoğun sıklıkta gözlemlendiği Ocak ayına ilişkin olay (event) hidrolojik modelleme uygulamaları gerçekleştirilmiştir. D03A133 numaralı akım gözlem istasyonunun (AGİ) yağış alanı olan Narlıdere Havzasında, HEC-HMS yazılımının 4.10sürümü hidrolojik simülasyona yönelik olarak uygulanmış ve havza simülasyon performans başarı dereceleri belirlenmiştir. Simülasyon kayıp hesaplamalarında kullanılmak üzere uygulama havzasına ait Hidrolojik Toprak Grubu (HTG), Eğri Numarası (Curve Number) ve Örtü (Canopy) bilgilerine ihtiyaç duyulmuştur. ArcGIS10.7 CBS yazılımı kullanılarak ihtiyaç duyulan söz konusu veriler; havzaya ait Büyük Toprak Grubu (BTG) haritaları, Eğim Derinlik Kombinasyonu Tablosu ve Arazi Kullanım Haritaları ile yapılan karşılaştırma ve kombinasyonlar sonucunda belirlenmiştir. Simülasyona önce otomatik kalibrasyon ardından manuel kalibrasyon uygulanarak model parametreleri optimize edilmiştir. Çalışmanın performans değerlendirmesinde Nash-Sutcliffe Effiency (NSE), Percent Bias (PBİAS) ve Root Mean Square Error (RMSE) olmak üzere üç ölçek kullanılmıştır. Simülasyonun çıktı değerleri, model performans değerlendirme kriterleri esas alınarak incelenmiş ve sonuç olarak çalışmanın, havza temsil kabiliyeti yüksek başarılı bir modelleme olduğu görülmüştür. Modelin, havza akış değerlerini başarılı bir şekilde tahmin etme kabiliyeti; uygulama havzasına ait hidrolojik süreçlerin anlaşılması ve daha etkili çözümlerin üretilmesi için sağlam bir temel oluşturacağı değerlendirilmektedir.

In this study, the aim is to apply the HEC-HMS model and software for hydrological simulation to identify the events of extreme precipitation that have led to significant floods in our country in recent years, and to determine the levels of performance success in basin simulation. In line with this objective, in the year 2017, event-based hydrological modeling applications were conducted for the December, which witnessed the highest daily total precipitation measured from the Gürsu meteorological observation station located to the southeast of the Narlıdere Basin in the Kestel District of Bursa Province, and for the January of the same year, during which precipitation was observed with high frequency. The hydrological simulation was performed using the HEC-HMS software version 4.10 for the Narlıdere Basin, which is the catchment area of the flow gauge station numbered D03A133. The performance and success levels of the basin simulation were determined. In order to calculate simulation losses, information on Hydrological Soil Group (HSG), Curve Number (CN), and Canopy were required for the study basin. These necessary data for the application basin were determined through comparisons and combinations of Soil Group maps, Slope-Depth Combination Table, and Land Use Maps using ArcGIS 10.7 GIS software. Model parameters were optimized through automated calibration followed by manual calibration for the simulation. Three evaluation criteria, namely Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE), Percent Bias (PBIAS), and Root Mean Square Error (RMSE), were used in the performance evaluation of the study. The output values of the simulation were examined based on model performance evaluation criteria, and as a result, it is observed that the study constitutes a highly capable and successful modeling in terms of basin representation. The capability of the model to accurately predict watershed flow values is being assessed as a robust foundation for comprehending the hydrological processes specific to the application basin and for generating more efficacious solutions.