Ekstrem Ya lar n iddet-süre-tekerrür Analizi: Melbourne Örne i

Transkript

1 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon Ekstrem Yalarn iddet-süre-tekerrür Analizi: Melbourne Örnei Dr. Abdullah Gökhan Ylmaz Victoria University, College of Engineering and Science, VIC, Melbourne, Australia, E-posta: abdullah.yilmaz@vu.edu.au, Tel: Özet Küresel snma ile ilgili en önemli problem kuraklk ve taknlara sebep olan ekstrem yalar balamnda karmza çkmaktadr. Ekstrem yalarn sklk ve iddetindeki artlar birçok farkl ülkede ortalama ya trendlerine bal olmakszn gözlenmektedir. Altyap ve takn önleme projeleri dizaynnda sklkla kullanlan mevcut ekstrem ya iddet-süre-tekerrür (SST) erilerinin geçerlilii iklim deiiklii sebebiyle sorgulanr hale gelmitir. klim deiiklii ve iklim modlar SST erilerinde deiiklie sebep olabilmekte ve altyap ve takn projeleri için yanl dizayn yalarnn kullanmn sonuç vermektedir. Bu durum en iyi ihtimalle ciddi ekonomik kayplara neden olmaktadr. Bu çalmada Avustralya nn Melbourne ehri örneinde ekstrem ya SST erilerinin zamanla deiimi incelenmitir yllarn kapsayan mevcut ya datas yaklak 30 yllk dört zaman dilimine bölünmütür ve her bir zaman dilimi için SST erileri oluturulmutur. SST erilerinin oluturulmasnda Yllk Maksimum Ya (YMY) ve Genelletirilmi Ekstrem Deer (GED) dalm metotlar kullanlmtr. Özellikle dakika zaman ölçeindeki ekstrem ya analizinde (6, 12, 18 ve 30 dakika), ilk ve son 30 yllk zaman dilimlerine ait SST erilerinde oldukça önemli deiimler (son zaman dilimi yönünde artlar) gözlenmitir. Saatlik (1 saat ile 12 saat) ekstrem ya analizi de dakikalk analize benzer sonuçlar vermekle beraber ilk ve son zaman dilimleri arasndaki artlar daha az iddette gözlenmitir. Bu çalma küresel snma ve iklim modlarnn mevcut SST erileri ve bu erilerden elde edilen proje dizayn yalarn deitirme potansiyelini göstermekte ve SST erilerinin belirli aralklarla güncellenmesinin gerekliliini ortaya koymaktadr. Anahtar Kelimeler: klim deiiklii, ekstrem yalar, iddet-süre-tekerrür erileri Intensity-Frequency-Duration Analysis of Extreme Rainfalls: A Case Study of Melbourne Abstract The main concern in the content of global warming is related to extreme rainfalls leading droughts and floods. Several studies reported increases in frequency and magnitude of extreme rainfalls over the world, and it has happened even at locations in which mean rainfalls showed decreasing trends. Global warming questions the validity of currently used Intensity-Frequency-Duration (IFD) curves, which are used in design of infrastructure projects and flood protection works. Climate change and climate modes have a potential to change IFD relationship (curves) and the design rainfalls, which is an important parameter in infrastructure and flood protection projects. The wrong design rainfall selection for infrastructure projects causes at least significant economic losses. This study investigates the time varying character of IFD curves in Melbourne, Australia. Extreme rainfall data set,

2 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon covering the period of , was divided into four time slices consisting of approximately 30 years of data and IFD curves were constructed for each time slice. Annual Maximum Series (AMS) and Generalized Extreme Value (GEV) distribution were used to construct IFD curves. Significant extreme rainfall intensity differences in particular between first and last time slices were detected for the sub-hourly storm durations (6, 12, 18 and 30 minutes). Extreme rainfall analysis of hourly storm durations gave similar but less significant results with respect to sub-hourly storm durations. This study showed the potential of climate change and variability to vary currently used IFD curves and the design rainfalls derived through IFD curves. It also showed the necessity of updating current IFD curves over the progress of time. Keywords: Climate change, extreme rainfalls, intensity-frequency-duration curves 1. GR klim deiiklii her geçen gün yer küreyi daha ciddi bir ekilde tehdit etmektedir. Geçen yüzylda sadece doal etkenlerle açklanamayacak bir ekilde yaklak 0.75 C küresel snma tespit edilmitir (Trenberth vd. 2007). Küresel snmann asl sebebi youn bir ekilde sera gazi salnmna sebep olan insan aktiviteleridir. klim ve hidroloji arasndaki kuvvetli iliki sebebiyle küresel snmann en iddetli ekilde etkiledii alanlardan biri yamur, szma, yüzey ak ve yeralt suyu gibi hidrolojik döngü bileenleridir. Scaklk yükselmeleri dünyann birçok yerinde yalari etkilemekte ve deien scaklk, ya ve evapotranspirasyon sebebiyle akis rejimlerinde deiiklikler gözlenmektedir (Dankers ve Feyen 2008). Küresel snma ile ilgili en önemli problemler ekstrem ya olaylaryla (kuraklk ve takn) ilikilidir. Ekstrem ya olaylarnn iddet ve frekanslarndaki artlar birçok ülkenin ya kaytlarnda gözlenmitir. Birçok çalma ekstrem ya olaylarnn faili olarak küresel snmay göstermektedir (IPCC 2007). Bu sebeple küresel snma ile ekstrem ya olaylar arasndaki ilikinin incelenmesi büyük önem tamaktadr. klim deiiklii etkisiyle iddeti artan yalar özellikle ehirlerde ani taknlara sebep olmakta, hidrolik yaplar ve ehir altyaps olumsuz bir ekilde etkilenmektedir. Sk ve iddetli taknlar yol, köprü ve drenaj sistemleri gibi yaplarn servis ömrünü azaltmakta, ekonomik kayplara sebep olmakta, hatta can kayplarna sebebiyet vermektedir. Bu nedenle bu yaplarn proje ve dizaynnda iklim deiiklii etkisini göz önünde bulundurmak önem ifade etmektedir. Dizayn yalar altyap ve hidrolik proje hesaplarnda oldukça önemli bir parametredir. Dizayn yalar genel olarak ya iddet-sklk-tekerrür (SST) analizi (erileri) kullanlarak elde edilmekte ve proje/dizayn hesaplarnda kullanlmaktadr. Bu çalma Avustralya nn Melbourne ehrinde ekstrem ya SST ilikisinin zaman içindeki deiimlerini incelemekte ve tespit edilen deiimlerde iklim deiikliinin izlerini aratrmaktadr. 2. YÖNTEM VE DATA Çalmada kullanlan ya datas Avustralya nn Melbourne ehrinde bulunan ve Avustralya Meteoroloji Bürosuna ait Melbourne Bölgesel Ofis ya istasyonundan elde edilmitir. Çalma için Meteoroloji Bürosundan iki tip data alnmtr: günlük ve 6 dakikalk ya datas. 6 dakikalk ya datas kullanlarak 12, 18, 30 dakikalk, 1, 2, 3, 6, 12 saatlik ya datalar oluturulmutur. Günlük data kullanlarak 2 ve 3 günlük (48 ve 72 saatlik) ya datalar oluturulmutur. Sonuç olarak çalma için kullanlan ya süreleri 6, 12, 18, 30 dakika, 1, 2, 3, 6, 12, 24, 48 ve 72 saattir. Çalma yöntemi iki ana ksmdan olumaktadr: (1) data snflandrlmas ve ilenmesi, (2) frekans analizi ve SST erilerinin oluturulmas.

3 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon Data Snflandrlmas ve lenmesi Bu çalma için kullanlan data yllar arasndaki zaman araln kapsamaktadr. Mevcut data yaklak 30 yllk 4 zaman dilimine bölünerek SST ilikisinin bu zaman dilimleri arasndaki deiimi incelenmitir. Çalmada kullanlan zaman dilimleri: Zaman dilimi 1 (ZD1): : 29 Yl (1895 ylna ait data mevcut deildir) Zaman dilimi 2 (ZD2): : 28 Yl ( yllar arasndaki data mevcut deildir) Zaman dilimi 3 (ZD3): : 30 Yl Zaman dilimi 4 (ZD4): : 31 Yl 2.2. Frekans Analizi ve SST Erilerinin Oluturulmas Literatürde ekstrem ya datasnn oluturulmas için iki ana yöntem önerilmektedir: (1) yllk maksimum seriler (YMS), (2) ksmi zaman serileri (KZS) (Begueria 2005). YMS metodunda göz önünde bulundurulan ya süresi için her yla ait yllk maksimum ya deerleri seçilerek ekstrem ya datas oluturulur. KZS metodunda ise göz önüne alnan ya süresi için belirlenen eik deerinin üzerindeki yalar seçilerek ekstrem data seti oluturulmaktadr (Birikundavyi ve Rousselle 1997). Uygulama kolayl ve ekstrem data setindeki verilerin birbirinden bamszl artna daha uygun olmas nedeniyle literatürde genelde YMS metodu kullanlmaktadr. Ekstrem ya data serisinin oluturulmasndan sonra yaplmas gereken ilem frekans analizinin gerçekletirilmesi için uygun bir istatistiki dalmn seçilmesidir. Bir çok çalma ekstrem data setinin YMS metodu ile edilmesi durumunda Genelletirilmi Ekstrem Deer (GED) dalmnn kullanlmasn önermektedir (Sugahara vd. 2009; Park vd. 2011). GED dalm hakknda detayl bilgi Park vd. (2011) de bulunabilir. GED dalmnn parametrelerinin hesabi için L-moment metodundan yararlanlmtr. L-moment metodunun detaylar Yurekli vd. (2009) da görülebilir. 3. SONUÇLAR VE ÖNERLER ekil 1 dört farkl zaman dilimi için oluturulan SST erilerini göstermektedir. Zaman dilimleri arasnda pozitif veya negatif deiimler görülmekle beraber, ZD1 ve ZD4 arasndaki deiime dikkat etmek gerekmektedir. Özellikle ZD1 ve ZD4 arasnda dakikalk ya iddetlerinde görülen farkllklar oldukça önemlidir. Bununla birlikte dier zaman dilimleri arasnda kayda deer deiimler gözlenmemitir. ZD1 ve ZD4 arasnda 6, 12 ve 18 dakikalk ya iddetleri arasndaki farklar srasyla %30-72, ve aralnda deimektedir (2, 5, 10, 20, 50 ve 100 yllk farkl tekerrür süreleri için). 30 dakikalk ya iddetindeki deiim %18-27 aralnda gözlenmitir. 12, 18 ve 30 dakikalk ya iddetlerindeki ortalama (bütün tekerrür sürelerinin ortalamas) art %25 ve 30 olarak belirlenmitir. Dier taraftan 6 dakikalk ya iddetinde %49 luk hzl bir ortalama art tespit edilmitir. Saatlik ya iddetleri incelendiinde, ZD1 ve ZD4 arasnda dakikalk ya iddetlerine göre daha az öneme sahip ama düzenli artlar (%2-6) tespit edilmitir. ZD1 ve ZD4 arasndaki günlük ortalama ya iddeti art %9 olarak tespit edilmitir. 2 ve 3 günlük ya iddetlerinde ZD1 ve ZD4 arasnda srasyla %10 ve 18 azalmalar gözlenmitir. ekil 2 ya iddetlerinin zaman dilimleri arasndaki deiimlerini her bir ya süresi için ayr ayr göstermektedir. 20 yln üstündeki tekerrür süreleri için (50 ve 100 yl) bütün dakikalk ya iddetleri ZD1 ile ZD2 arasnda art göstermektedir. Bu art ZD2 ile ZD3 arasnda hafif bir düü takip etmektedir. Saatlik ve günlük ya iddetleri ZD3 e kadar genel bir art göstermi olmasna ramen ZD3 ile ZD4 arasnda ayni ya süreleri için ya iddetlerinde azalmalar görülmütür.

4 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon ekil 1. Seçilen ya ve tekerrür süreleri için farkl zaman dilimlerine ait SST erileri (Yilmaz vd den üretilmitir) ekil 3 seçilen tekerrür süreleri için (2, 5, 10, 20, 50 ve 100 yl) ya iddetlerinin dört zaman dilimi için karlatrlmasn göstermektedir. ZD3, 2 yl dndaki bütün tekerrür süreleri için saatlik ve günlük yalarda en yüksek ya iddeti deerlerini vermektedir. Dier taraftan ZD4 düük tekerrür süreleri için (10 yla kadar) dakikalk yalarda en yüksek ya iddetlerini göstermitir.

5 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon ekil 2. Her bir ya süresi için ya iddetinin zaman dilimleri arasndaki deiimi (Yilmaz vd den üretilmitir)

6 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon ekil 3. Her bir tekerrür süresi için ya iddetinin zaman dilimleri arasndaki deiimi (Yilmaz vd den üretilmitir) Yukarda açklanan ya iddetlerindeki (dizayn yalarndaki) deiimler iki ana sebep ile açklanabilmektedir: (1) iklim deiiklii, (2) doal iklim modlarnn ya üzerindeki etkileri. Bu yaynda detaylar verilmeyen ileri analizler saatlik ve günlük ya iddetlerindeki deiimlerin doal iklim modlar ile açklanabileceini göstermitir. Bununla birlikte dakikalk ya sürelerine ait ya iddetlerindeki deiimler (genellikle kayda deer artlar) doal iklim modlaryla açklanamam ve sebep olarak iklim deiikliine iaret etmitir. Mevcut çalma sadece bir ya istasyonundan elde edilen data ile gerçekletirilmitir. Dolaysyla bu çalmada elde edilen bulgular genelletirmek gerçekçi olmayacaktr. Bununla birlikte çalma ileride uygulanacak havza bazndaki (birçok ya istasyonu datas kullanlarak) çalmalar için metodolojiyi ortaya koymas açsndan önemlidir.

7 Takn ve Heyelan Sempozyumu / Ekim 2013, Trabzon Bu çalma altnda Avustralya nn Melbourne ehrinde (her ne kadar uniform bir deiim gözlenmese de) spesifik tekerrür süreleri için ya iddetlerinin (dizayn yalarnn) deitiini söylemek mümkündür. Bu sebeple gelecek altyap ve hidrolik proje hesaplarnda dizayn yalarnda görülmesi muhtemel deiimlerin hesaba katlmas ekonomik kayplarn ve daha önemlisi can kayplarnn azaltlmasna ciddi faydalar salayacaktr. Özellikle küresel ve bölgesel iklim modellerinin deiik sera gazi salnm senaryolar altnda çaltrlmasyla elde edilen gelecek ya tahminlerinin analizi ile oluturulan ya iddet-süre-tekerrür erileri (ve dizayn yalarna) ihtiyaç vardr. Son olarak mevcut çalmada özet olarak bahsedilen yöntem kullanlarak Türkiye nin takna hassas bölgelerinde gerçekletirilecek çalmalar, bölgesel ya iddet-süre-tekerrür ilikisinin zamanla deiimini ve iklim deiikliinin ekstrem yalar üzerine etkilerini daha iyi anlamaya yardmc olacaktr. KAYNAKLAR Beguería, S (2005), Uncertainties in partial duration series modelling of extremes related to the choice of the threshold value, Journal of Hydrology, Vol. 303, Issue 1-4, pp Birikundavyi, S & Rousselle, J (1997), Use of partial duration series for single-station and regional analysis of floods, Journal of Hydrologic Engineering, Vol. 2, pp Dankers, R & Feyen, L (2008), Climate change impact on flood hazard in Europe: an assessment based on high-resolution climate simulations, Journal of Geophysical Research, 113:D doi: /2007JD IPCC (2007). Climate Change 2007: The Physical Science Basis, Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. edited by:solomon, S., Qin, D., Manning, M., Chen, Z., Marquis, M., Averyt, K. B., Tignor, M., and Miller, H. L., Cambridge, United Kingdom and New York, USA, 996 pp., Park, J-S, Kang, H-S, Lee, YS & Kim, M-K (2011), Changes in the extreme daily rainfall in South Korea, International Journal of Climatology, Vol. 31, pp Sugahara, S, da Rocha, RP & Silveira, R (2009), Non-stationary frequency analysis of extreme daily rainfall in Sao Paulo, Brazil, International Journal of Climatology, Vol. 29, pp Trenberth, K.E et al. (2007). Observations: surface and atmospheric climate change. In: S. Solomon et al., eds. Climate change 2007: The physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press. Yilmaz, AG, Safaet, H, Huang, F & Perera (2013), Time-Varying Character of Storm Intensity Frequency and Duration Curves, Australian Journal of Water Resources, Under Review. Yurekli, K, Modarres, R & Ozturk, F (2009), Regional daily maximum rainfall estimation for Cekerek Watershed by L-moments, Meteorological Applications, Vol. 16, pp