TARIM B İLİMLER İ DERG İSİ 2009, 15 (3) 240-248 ANKARA ÜN İVERS İTES İ Z İRAAT FAKÜLTES İ
Trabzon İlinde Gözlenen Yıllık Maksimum Ya ğı ların Bölgesel Frekans Analizi
Alper Serdar ANLI 1 Halit APAYDIN 1 Fazlı ÖZTÜRK 1
Geli Tarihi: 20.11.2008 Kabul Tarihi: 10.11.2009
Öz: Do ğal afetlerin büyük bir kısmı iklim elemanlarına ba ğlı olarak ortaya çıkmakta ve en çok ta kın eklinde görülmektedir. Ülkemizin özellikle kıyı bölgelerinde meydana gelen ta kınlar, önemli derecede can ve mal kaybına neden olabilmektedir. Do ğal afetlerin yanı sıra ehir drenaj ebekelerinin, yol ve hidrolik yapıların tasarımında; meydana gelebilecek ta kınların kontrolü ve belirtilmesi açısından ekstrem ya ğı ların de ğerlendirilmesi oldukça önemlidir. Ülkemizde ekstrem ve uzun süreli ya ğı lar genelde Do ğu Karadeniz kıyılarında meydana gelmektedir. Bu çalı mada Trabzon ilinde ta kınlara etkili yıllık maksimum ya ğı ların bölgesel analizi gerçekle tirilmeye çalı ılmı tır. Bu amaçla Trabzon ilinde bulunan 10–78 yıl süreli, 10 ya ğı ölçe ğinden elde edilen yıllık maksimum ya ğı serilerinden yararlanılmı tır. Bölgesel analiz gerçekle tirilirken bu ilde bulunan istasyonlar tek bir bölge olarak kabul edilmi ve homojenlik testleri, uygunluk testleri ve bölgesel yinelenme miktarları bu kabule göre yapılmı tır. Olasılık da ğılım parametre tahmininde ve bölgesel analizde L- momentlere dayanan istatistiklerden yararlanılmı tır. Homojenlik testine göre Trabzon ilinde meydana gelen yıllık maksimum ya ğı lar hidrolojik olarak homojen oldu ğu saptanmı ve uygun bölgesel da ğılımlar olarak sırasıyla Genel Lojistik, Genel Ekstrem De ğer, Genel Normal ve Pearson tip 3 da ğılımları seçilmi tir. Bu da ğılımlara göre %1, %5, %10, %20, %25, %50, %80, %90, %96, %98 ve %99 yinelenme düzeylerinde meydana gelmesi olası ya ğı lar tahmin edilmi tir. Ayrıca Monte Carlo simülasyonu ile elde edilen fonksiyonlara göre her istasyonda noktasal ve bölgesel olarak Genel Lojistik ve Genel Ekstrem De ğer da ğılımları için bazı yinelenme olasılıklarında ta kın kontrol yapılarının ve ehir drenaj ebekelerinin tasarımında kullanılabilecek ya ğı lar tahmin edilmi tir.
Anahtar Kelimeler: Ta kın, ekstrem ya ğı , ya ğı ların bölgeselle tirilmesi, Trabzon.
Regional Frequency Analysis of the Annual Maximum Precipitation Observed In Trabzon Province
Abstract: Many parts of natural disaster have risen with climatologically and occur as flood. Floods, occurred in the coastal part of Turkey, may damage human life and property. As well as natural disaster, to design of urban drainage networks, transportation and hydraulic structures; it is very important to evaluate extreme precipitation for the management and estimation of probable floods. The extreme and longer duration rainfall amounts occur in the Eastern Black Sea coastal area. In this study, regional analysis of the annual maxima precipitation influenced on floods in Trabzon Province was tried to determine. For this purpose, annual maxima precipitation series of 10-78 years of 10 precipitation gauging stations over Trabzon province were used as a material. The stations in the Province have been assumed one region for the regional analysis and homogeneity tests, goodness-of-fit tests and regional quantile amounts were carried out in this way. Probability parameter estimation and regional analysis were used based on L-moments statistics. Annual maximum precipitation data were obtained as a hydrological homogeneous and the suitable regional distributions were selected Generalized Logistics, Generalized Extreme Value, Generalized Normal and Pearson type 3, respectively. Probable precipitation amounts were estimated for 1%, 5%, 10%, 20%, 25%, 50%, 80%, 90%, 96%, 98% and 99% recurrence probabilities. In addition, some quantile functions were obtained through Monte Carlo simulation techniques. So, for flood management and the design of urban drainage networks, useful precipitation values were estimated for some quantile probabilities of the at-site and regional analysis for the Generalized Logistics and Generalized Extreme Value distributions obtained from simulation.
Key Words: Flood, extreme precipitation, regionalization of precipitation, Trabzon.
Giri önemlidir. Ancak ekstrem olaylar bir çok etkene ba ğlı Maksimum ya ğı ların tahmin edilmesi, ta kınların olarak meydana geldi ğinden, bu olayların gelecekteki önlenmesinde kullanılan mühendislik yapılarında miktarlarının tahmini zor olmaktadır. Bu nedenle, ve ehir drenaj ebekelerinin tasarımında oldukça
1Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü-Ankara, Türkiye
ANLI, A. S., H. APAYDIN ve F. ÖZTÜRK. “Trabzon ilinde gözlenen yıllık maksimum yağı ların bölgesel frekans analizi” 241
hidrolojik olayların gelecekteki miktarlarının tahmininde yoluyla, parametre tahmin yöntemlerinden L-moment istatistiksel analizlerden yararlanılmaktadır. Bu tekni ği kullanılarak bölgesel analizi gerçekle tirilmi tir. bakımdan; ta kın kontrol yapılarının proje kriterlerinin Çalı ma iki a amada yapılmı tır. İlk a amada belirlenmesinde göz önüne alınan hidrolojik de ği kenin düzensizlik, heterojenlik ve uygunluk ölçüsü testlerine çe itli tekrarlanma sürelerinde beklenen miktarlarının göre bölgeselle tirme yapılmı , ikinci a amada ise saptanması önemlidir. İlgili proje kriterinin altında ya da Monte Carlo simülasyon tekni ği ile tasarım ya ğı ları üstünde bir miktarın seçilmesi durumunda, yapı tahmin edilmi tir. kendinden beklenen faydayı sa ğlayamamakla birlikte, maliyet de önemli oranda etkilenecektir. Sözü edilen yapıların yanlı tasarımı, do ğal kaynakların önemli Materyal ve Yöntem derecede israfına sebep olmaktadır. Dolayısıyla, hidrolik yapıların tasarımı için gerçekle tirilen frekans Bu çalı mada materyal olarak Trabzon ilinde analizi, maliyet ve stratejik öneme göre seçilen bulunan ve Devlet Meteoroloji İ leri Genel Müdürlü ğü tekrarlanma periyodu açısından gerekli olmaktadır (DM İ) tarafından i letilen 10 ya ğı gözlem (Tonkaz 2007). istasyonundan elde edilen ve süreleri 10 ile 78 yıl arasında de ği en yıllık maksimum ya ğı dizileri Ya ğı verisinin frekans analizi için yeterli kullanılmı tır. Yıllık maksimum ya ğı lar söz konusu ilde uzunlukta olması gereklidir. Ancak ülkemizde uzun meydana gelebilecek ta kınlara do ğrudan etkili gözlem süresine sahip ya ğı ölçeklerinin sayısı azdır. olaca ğından, tasarım ya ğı larının yinelenme yıllarının Hatta bunların bazılarında da önemli ekstrem tahmininde göz önüne alınmı tır. Çizelge 1 de çalı ma sa ğanaklar kaydedilememi tir. Bu tip problemleri için elde edilen ya ğı miktarlarının ölçüldü ğü önleyebilmek için kom u istasyonlarda ölçülmü istasyonlar ve bunların bazı karakteristikleri, ekil 1 de benzer özelliklere sahip ya ğı verisi kullanılabilmekte ise bu ilde bulunan ya ğı gözlem istasyonlarının ve bunların güvenilirli ği artırılabilmektedir. Bölgesel da ğılımı verilmi tir. frekans analizi olarak adlandırılan bu kavram, farklı ölçüm istasyonlarındaki verilerin benzer özelliklere L- moment tekni ği: Hosking (1990) tarafından sahip oldu ğu durumlarda uygulanması anlamına tanımlanan, L-moment istatistikleri, gözlem verisinin gelmektedir. Böylelikle, her bir ölçüm istasyonunda ve karesinin ve küpünün alınmadan elde edilen do ğrusal aynı zamanda uygun bir ekilde tarif edilen bir bölge bile enleridir. Olasılık da ğılımların ekillerini tarif eden içinde bölgesel karakteristikler kullanılarak daha do ğru bir sistem olan L-momentler, uzun süreli veride normal sonuçlara ula ılmı olunmaktadır (Hosking ve Wallis çarpım momentlerine göre daha az duyarlılı ğa sahiptir. 1997). Son zamanlarda çevre bilimleri ile u ğra an Bir X verisinin L-momenti olasılık a ğırlıklı momentlerin ara tırmacılar, bölgesel frekans analizinde Hosking fonksiyonu olarak ifade edilmi ve buradan sıralanmı (1990) tarafından geli tirilen L-moment yakla ımını gözlemlerden X(j:n ) elde edilen olasılık a ğırlıklı parametre tahmininde yaygın ekilde kullanmaktadır. momentlerin tarafsız örnek tahmini olarak Greenwood ve ark. (1979) tarafından e itlik 1 deki gibi Su kaynaklarının planlanması ve yönetiminde, tanımlanmı tır; uygun proje kriterlerinin belirlenmesi için gerekli ekstrem ya ğı ların yeterli olmadı ğı ya da hiç olmadı ğı n ( j − )(1 j − 2)...( j − r) yerlerde, amaca uygun proje kriterinin tahmini zor −1 br = n ∑ x j:n . (1) olmaktadır (Durrans ve Kirkby 2004). Lee ve Maeng j=1 (n − )(1 n − 2)...( n − r) (2003) de Güney Kore’de 38 ya ğı istasyonundan her yıl için elde etti ği maksimum ya ğı verisini kullanarak Daha sonra br de ğerlerinin ilk dördü ( r= 0, 1, 2, L-moment tekni ği ile proje ya ğı miktarını genel 3) olasılık a ğırlıklı momentler ( b0, b1, b2 ve b3) ekstrem de ğer ve genel lojistik da ğılımlarına göre l belirlemi lerdir. Naghavi ve Yu (1995), genel ekstrem bulunduktan sonra, herhangi bir da ğılım için r+1 ile de ğer da ğılımının parametrelerini hesaplarken ekstrem sembolize edilen L-moment istatistikleri, e itlik 2 de ya ğı verisi için indis ta kın yöntemi ve L-moment verilen ili kilerden saptanır; tekniklerini kullanmı lardır. Vogel ve ark. (1993) L - momentleri parametre tahmininde, tahmin aralıklarında l 1 = b0 , ve hipotez testlerinde kullanmı lardır. Anli ve ark. l (2007) L-moment yakla ımını kullanarak yaptıkları 2 = 2b1 − b0 , (2) bölgesel ta kın frekans analizinde en uygun da ğılım l = 6b − 6b + b , olarak genel ekstrem de ğer da ğılımını seçmi lerdir. 3 2 1 0 l 4 = 20 b3 − 30 b2 +12 b1 − b0 . Bu çalı mada, Trabzon ilinde ta kınlara etkili yıllık maksimum ya ğı ların indis ta kın yöntemi
242 TARIM B İLİMLER İ DERG İSİ 2009, Cilt 15, Sayı 3
Çizelge 1. Çalı mada yararlanılan ya ğı gözlem istasyonları ve bazı özellikleri
İstasyon Gözlem Yükseklik Enlem Boylam Sıra No o o Adı Süresi (yıl) (m) ( ) ( ) 1 Vakfıkebir 15 5 41.03 39.17 2 Arsin 10 10 40.58 39.55 3 Araklı 13 10 40.56 40.04 4 Of 26 10 40.57 40.17 5 Tonya 19 900 40.53 39.18 6 Düzköy 15 850 40.52 39.26 7 Maçka 31 300 40.47 39.37 8 Trabzon 78 30 41.00 39.43 9 Akçaabat 47 6 41.01 39.35 10 Uzungöl 20 1450 40.37 40.17
Ya ğı gözlem istasyonu İl sınırı
K