TMMOB COĞRAFĐ BĐLGĐ SĐSTEMLERĐ KONGRESĐ 2009 02-06 Kasım 2009, Đzmir CBS NĐN HAVZA YÖNETĐMĐ ÇALIŞMALARINDA UYGULANMASI D. Z. Şeker 1, A. Tanık 2, Đ. Öztürk 2 1 ĐTÜ, Đstanbul Teknik Üniversitesi, Geomatik Mühendisliği Bölümü, 34469 Maslak Đstanbul, seker@itu.edu.tr 2 ĐTÜ, Đstanbul Teknik Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, 34469 Maslak Đstanbul, tanika@itu.edu.tr; ozturkiz@itu.edu.tr ÖZET Bu çalışma, orta ve büyük ölçekteki bir havzanın geçmişteki ve günümüzdeki çevresel karakteristiklerinin CBS desteğiyle nasıl gerçekleştirileceğinin bir örneğini oluşturmaktadır. Çalışma bölgesi olarak seçilen Melen Havzası CBS ve Uzaktan Algılama teknikleri yardımıyla incelenmiştir. Bu kapsamda arazi kullanım dağılımı, idari sınırlar, havza sınırları, toprak, su, alt havzalar ve Sayısal Arazi Modeli (SAM) üretilmiş CBS katmanlarından bazılarıdır. Bunların yanında, havzanın akarsu ağı, drenaj ve alt havzalarına ilişkin haritalar oluşturulmuş ve SAM sunulmuştur. Bu haritalar, daha sonraki su kalitesi ve havza modeli çalışmalarına girdi olarak kullanılmak üzere üretilmişlerdir. Anahtar Sözcükler: Arazi Kullanımı / Arazi Örtüsü, Havza Yönetimi, Uzaktan Algılama, Su Kaynakları, Melen Havzası. ABSTRACT APPLICATION OF GIS FOR THE WATERSHED MANAGEMENT STUDIES This study forms an example of how medium and large scale watershed studies are coupled with Geographical Information Systems in the determination of the past and present environmental characteristics. In this study, Melen Watershed has been studied through the aid of GIS and Remote Sensing Technologies. Within this context, various thematic layers like land-use distribution, administrative boundaries, watershed boundaries, soil, water, sub-watersheds are produced. Besides maps showing the stream network, drainage, sub-watersheds, and Digital Elevation Model of the watershed are presented as examples. These maps are generated to be further used as input data in the modeling of both the watershed and the receiving water quality studies. Keywords: Land use/land cover, Watershed Management, Remote Sensing, Water Resources, Melen Watershed. 1. GĐRĐŞ Havzaların sürdürülebilir yönetiminin gerçekleştirilmesi için karar destek sistemlerinin alansal (continual) bir tabana göre oluşturulması gereklidir (Terwilliger ve Wolflin, 2005). Karar alma sürecinde kullanılan araçların arasında en önemlileri CBS, su kalitesi izleme ve modellemedir. Su kalitesi izleme, belirlenen parametrelerin ölçülmesi yardımıyla suyun mevcut kalitesi hakkında bilgi sağlar. Parametrelerin zamansal ve mekansal değişimleri CBS ve diğer modelleme araçları için temel veri kaynağını oluşturur. CBS, mekansal veriyi farklı alanlarda kullanabilen önemli bir araçtır (Seker vd., 2008; Tanik vd., 2008). CBS ürünleri ayrıca modelleme çalışmalarında girdi verisini oluştururken, modellemede elde edilen sonuçların görselleştirilmesinde de yaygın olarak kullanılmaktadır (Erturk vd., 2004; Erturk vd., 2006; Erturk vd., 2007). Türkiye de veri toplama aşamasında karşılaşılan temel problem aynı verilerin farklı kurumlar tarafından üretilmesi, farklı formatlarda toplanması ve saklanmasıdır. Çoğu zamanda gereksinim duyulan veriye ulaşılamamaktadır veya ulaşmak uzun süreler alabilmektedir. Bu noktada, çevresel verinin güvenilir bir sistematikte depolanması ve kullanıcıya güncellenmiş verinin sağlanması oldukça önem kazanmaktadır (UN-ESCAP, 1997). Bu bağlamda, Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS), planlama stratejilerinin belirlenmesi için gereksinimleri karşılaması yanında oldukça yararlı bir yönetim aracı olarak ta karşımıza çıkmaktadır. Su kalitesinin konumsal değerlendirilmesine yönelik olarak yapılan birçok çalışmada, CBS farklı kaynaklardan elde edilen verileri entegre etmede, işlemede ve konumsal ilişkiyi anlamada oldukça yararlı olacak yeni haritalar üretmede sağladığı avantajlarla önemli bir araç olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, modelcilere özellikle yayılı kirletici kaynakların uzun dönemli etkilerini belirlemede kullanacakları havza modellerinde gereksinim duydukları girdi verisini de sağlamaktadır. Elde edilen sonuçlar farklı tematik haritalar, grafikler ve raporlar şeklinde sunulabilmektedir. Entegre Havza Yönetimi (EHY); havza içerisindeki sosyal, politik, ekonomik ve kurumsal faktörlerin varlığını da hesaba katarak havzadaki doğal kaynakların sürdürülebilir kullanımını sağlamak amacı ile her türlü faaliyetin koordineli olarak planlanması, yönetimi ve uygulanması işlemidir. Dolayısıyla, EHY sayesinde, havzaların sürdürülebilir kullanımı ve korunması amaçlı etkili ve düzenli koordinasyon sağlanmış olur. EHY de havza koruma eylem planlarının yapılması esastır. Havza Koruma Eylem Planlarının başlıca unsurları; havzanın karakterizasyonu, insan aktivitelerinin önemli baskı ve etkilerinin özeti, koruma alanlarının belirlenmesi, havza haritalarının oluşturulması, çıktılara göre koruma eylem planının belirlenmesi, kamuoyunun bilgilendirilmesi, kurumsal paydaşlarla iletişimin sağlanması, fikir alışverişinin ve bilgi paylaşımının sonuçlarını da içeren biçimde eylem planının hazırlanmasıdır.
CBS nin Havza Yönetimi Çalışmalarında Uygulanması Noktasal kirletici kaynaklar gibi belirli bir noktadan deşarjı olmayan yayılı kirlilik kaynakları ise; kentsel ve kırsal alanlardaki tüm arazi kullanım faaliyetleri, atmosferdeki kirletici emisyonlar, alıcı ortama iklimsel ve meteorolojik koşullar (yağmur ve karların erimesi) ile coğrafi ve jeolojik koşullara bağlı olarak zamana göre kesikli şekilde ulaşan, çeşitli ortamlar (hava, su, toprak) boyunca karmaşık taşınım ve dönüşüm reaksiyonları sayesinde havza boyunca yayılan kirliliklerdir. Bunlar arasında ülkemizde önemli yer tutan yayılı kirletici kaynaklarına örnek olarak; tarımsal alanlardan kaynaklanan artık yapay ve tabii gübreler ile yanlış ve zamansız pestisit uygulamaları, park ve bahçe sulama, etrafı çevrilmemiş hayvan meraları ve otlak arazileri ile hayvan çiftlikleri, ormancılık faaliyetleri (ağaç kesme, tomruk çekme, yol açma, vb.), kanalizasyon sistemine sahip olmayan kentsel alanlar, inşaat faaliyetleri, kırsal alanlardaki fosseptik sistemlerden gelen sızıntı suları, ıslak (asit yağmurları) ve kuru atmosferik birikim (trafik emisyonları, evsel ve endüstriyel emisyonlar), terk edilmiş veya halen faaliyette olan madencilik alanları, düzensiz katı atık depolama alanları, kentsel yüzeysel akış, kırsal yüzeysel akış ve doğal afetler (toprak ve rüzgâr erozyonları, sel, vb.) gösterilebilir. Bu çalışmada, CBS desteğiyle yönetim çalışmalarında kullanılmak üzere havza karakteristiklerinin belirlenmesi, Melen Havzası örneğinde ele alınmıştır. Melen gibi orta ölçekteki bir havzada CBS kullanımı uzaktan algılama desteğiyle daha verimli bir hale gelecektir. Büyük Melen Irmağı ndan 2008 yılı itibarıyla Đstanbul a ek içme suyu taşınma işlemine (8,5 m 3 /sn) başlanmıştır. Havzalar arası su taşınımı Türkiye de ilk kez gerçekleştirilen bir çalışmadır ve taşıma kanallarının uzunluğu yaklaşık olarak 180 km dir. Bu çalışma, Melen Havzasının Bütünleşik Su Yönetimi ve Korunması Projesi kapsamında ortaya çıkan sonuçları içermektedir. Proje, Büyük Đstanbul Su Sağlama Projesi 2. Adım Melen Sistemi nin alt bileşeni olarak gerçekleştirilmiş olup 2008 yılında tamamlanmıştır (Havza Koruma Planı, 2008). Bu çalışmada, CBS ve Uzaktan Algılama teknikleri yardımıyla havza üzerindeki yayılı kirletici kaynaklar belirlenmiş ve her bir kaynağın alansal bazdaki getirdiği yükler tahmin edilmiştir. 2437 km 2 olan Melen Havzası nın en büyük akarsuyu olan Büyük Melen Nehri den 2010 yılından itibaren Türkiye nin en kalabalık yerleşimi olan Đstanbul a taşınacak olan su, gereksinimin %52 sini karşılayacağı beklenmektedir. Havzanın arazi kullanım dağılımı CBS destekli olarak belirlenmiştir ve bu dağılımdan yararlanılarak Melen Havzası nın su kalitesini arttırmak ve geliştirmek üzere bütünleşik bir yönetim sistemi projelendirilmiştir. Bir havzadaki kirletici kaynakların tanımlanması ve belirlenmesi sistemi anlamak için oldukça önemli bir aşamadır. Melen Havzası nda ortaya çıkan alansal bazlı yayılı kaynaklardan gelen yükler arazi kullanımı sınıflarına bağlı olarak hesaplanmışlardır. Burada alansal baz, uydu görüntüsünden hesaplanan arazi kullanım sınıflarıdır. Uydu görüntüsünün sınıflandırılması sonucu bulunan genelleştirilmiş arazi kullanım sınıfları orman, mera, su, yerleşim, kırsal alan, boş alan ve tarım alanı olarak belirlenmiştir. Alansal büyüklükleri yine sınıflandırılmış alanlar bazında hesaplanan bu sınıflar üzerinden hesaplamalar yapılmıştır. Çalışmada, havzaya ilişkin güncel arazi kullanım verisi 2006 yılına ait olan LANDSAT uydu görüntüsünün sınıflandırılması ile belirlenmiştir. Uydu görüntüsünün yanında birçok farklı kaynaktan daha veri toplanmıştır. Bunlar arasında en önemlileri; sayısal olarak alınan 1: 25000 ölçekli toprak haritası ve basılı kopya olarak alınan ve sayısallaştırılan 1: 25000 ölçekli standart topografik haritadır. Kullanılan veriler CBS ortamında önce aynı koordinat sistemine getirilmişlerdir. Oluşturulan katmanlardan bazıları; yönetimsel sınırlar, havza sınırı, alt havza sınırları, topoğrafya, toprak sınıfları, arazi kullanımı/örtüsü, Sayısal Arazi Modeli (SAM), akarsular ve göller, numune alma istasyonları, arıtma tesisleri ve çöp toplama alanlarının yerleri olarak sayılabilir. CBS ve Uzaktan Algılama gibi modern araçların birlikte kullanımının, orta ve büyük ölçekli havzalarda baskın olan aktivitelerin vurgulanmasındaki önemi açıktır. Buradan elde edilen veriler öncelikle yayılı kirletici kaynakların belirlenmesinde ve hesaplanmasındaki ilk aşamadır ve daha sonra elde edilen veriler modelleme çalışmalarına giriş verisi olarak aktarılabilinirler. 2. ÇALIŞMA ALANI Melen Havzası nın konumu Şekil 1 de verilmektedir. Havzanın yaklaşık %80 i Düzce Đli sınırları içerisinde kalmaktadır. Bu nedenle de bu ilin büyük ölçekte havzayı karekterize ettiği varsayılmıştır. Havzanın geri kalan küçük bir bölümü komşu iller olan Sakarya, Bolu ve Zonguldak sınırları içindedir. 3. VERĐ VE YÖNTEM Melen Havzası ve havzaya ilişkin arazi kullanım bilgileri CBS yardımıyla belirlenmiştir. Diğer havzalarla kıyaslandığında, buradaki arazi kullanım değişikliğinin belirlenmesi oldukça büyük önem kazanmaktadır. Tasarlanan CBS veri tabanında yer alan başlıca katmanlar idari sınırlar, havza sınırı, alt havzaların sınırları, topoğrafya, toprak karakteristikleri ve arazi kullanımıdır. Bunların yanında, akarsular, göller, örnek istasyonlar, endüstriyel yapılar, çöp toplama alanları, atıksu arıtma tesislerinin konumları ve özellikleri de ayrı katmanlar olarak çalışmada ele alınmıştır. Çalışmada ayrıca 1: 25000 ölçekli toprak haritası ve bölgeye ilişkin Sayısal Arazi Modeli kullanılmıştır. Arazi kullanımın belirlenmesi ve yıllar boyunca değişikliğe uğrayan dağılımı göstermek amacıyla çalışma bölgesine ait 1987 ve 2006 yıllarına ait 2 farklı LANDSAT uydu görüntüsü kullanılmıştır. Çalışma sırasında her aşamada toplanan veriler
Şeker vd. veritabanına alınmış, farklı kaynaklardan gelen verilerin aynı ölçek ve aynı koordinat sistemi getirilme işlemleri tamamlanmıştır. Daha sonraki aşamalarda ilgili katmana ait sosyo-ekonomik veriler, gübre kullanımı ve hidrolojik veriler toplanmış ve sisteme eklenmiştir. Daha sonraki aşamada grafik ve grafik olmayan veriler arasındaki ilişki kurulmuştur. Şekil 1. Melen Havzasının konumu Uydu görüntülerini diğer mekansal verilerle aynı koordinat sistemine getirme işlemi olarak ta tanımlanabilen Geokodalma işlemi tamamlandıktan sonra gerekli düzeltmeler yapılmış ve sınıflandırma işlemi gerçekleştirilmiştir. ISODATA kontrolsüz sınıflandırma yöntemi kullanılarak 100 sınıflı yapılan sınıflandırma işleminden sonra sınıflar su, otlak ve mera, tarım, orman, yerleşim, kırsal alan ve kum olarak 7 ana sınıfa genelleştirilmiştir. Şekil 2 de 1987 yılına ait olan uydu görüntüsünün, Şekil 3 te ise 2006 yılına ait uydu görüntüsünün sınıflandırma sonuçları verilmektedir. Her iki şekilde de elde edilen arazi kullanım sınıfları idari sınırlarla ve alt havzalarla çakıştırılmıştır. Yine havzadaki önemli su yapıları (akarsular, göller ve barajlar) bu şekiller üzerinde görülmektedir. 2006 yılına ait arazi kullanım sınıfları Tablo 1 de verilmiştir. Şekil 2. 1987 yılı arazi kullanımı
CBS nin Havza Yönetimi Çalışmalarında Uygulanması Şekil 3. 2006 yılı arazi kullanımı Elde edilen arazi kullanım sınıfları alt havzalarla çakıştırılarak her bir alt havzadaki arazi kullanım dağılımı belirlenmiştir. Arazi kullanım sınıfları ve alt havzaların çakıştırılması sonucunda arazi kullanımına bağlı olarak modelleme çalışmasına girdi olarak kullanılacak olan her bir alt havzadaki kirlilik yükleri hesaplanmıştır. Havzaya ilişkin verilerin yönetim birimleri bazında toplanabilmiş olması nedeniyle ve verinin daha doğru temsil edilebilmesi için alt havza bazında hesaplanan bazı değerler yönetim birimleri bazında değerlendirilmişlerdir. Tablo 1. Havzadaki arazi kullanımı Arazi Kullanımı Dağılım (%) Tarım 17.6 Orman 51.9 Otlak ve Mera 25.7 Su 0.3 Yerleşim 2.0 Kırsal 0.1 Kum 2.5 Toplam 100 9% 11% Melen Havzası'nda Yayılı Kaynaklardan Gelen Azot Yükleri 0% 1% 5% 25% 2% 4% 43% Tarım Hayvancılık Orman Çayır, mera ve otlak Kentsel yüzeysel akış Kırsal yüzeysel akış Atmosferik Birikim Katı atık depo alanları sızıntı suları Fosseptik çıkış suları 5% 5% 2% Melen Havzası'nda Yayılı Kaynaklardan Gelen Fosfor Yükleri 1% 0% 0% 14% 4% 69% Tarım Hayvancılık Orman Çayır, mera ve otlak Kentsel yüzeysel akış Kırsal yüzeysel akış Atmosferik Birikim Katı atık depo alanları sızıntı suları Fosseptik çıkış suları Şekil 4. Melen Havzası nda yayılı kaynaklardan gelen yükler
Şeker vd. Arazi kullanım sınıflarının belirlenmesi sırasında mümkün olabildiğince tarım amaçlı kullanımın ayrıca sınıflandırılması oldukça yararlı olacaktır. Çünkü farklı tarım faaliyetlerinden farklı oranlarda yayılı kirlilik ortaya çıkmaktadır. Melen Havzası ndaki yayılı kaynaklardan gelen yükler ise Şekil 4 te verilmiştir (Havza Koruma Planı, 2008). Artık bakanlık düzeyinde mevcut olmayan eski Köy Đşleri ve Tarım Bakanlığı Etüt Đdaresi Đşleri tarafından hazırlanan ve çalışmada da ana veri kaynaklarından birisi olarak kullanılan 1:25000 ölçekli toprak haritasından CBS yardımıyla üretilen ve Şekil 5 te verilen haritada havzanın farklı tarım aktiviteleri gösterilmektedir. Şekil 5. Melen Havzasındaki farklı tarım aktiviteleri Şekil 6 da CBS desteğiyle üretilen ve modellemede kullanılan havzaya ilişkin akarsu ağı, drenaj ağı, alt havzalar ve Sayısal Arazi Modeli verilmektedir. Şekil 6. Havzaya ilişkin drenaj ağı, akarsu ağı, alt havzalar ve Sayısal Arazi Modeli
CBS nin Havza Yönetimi Çalışmalarında Uygulanması 4. SONUÇLAR Bu çalışmada gerçekleştirildiği gibi, yeryüzündeki birçok özellikli çevre problemine disiplinler arası çalışmalar yardımıyla çözüm bulabilmek mümkün olmaktadır. Hızlı endüstrileşmenin ve şehirleşmenin etkisiyle çevre, şimdiye kadar olduğundan daha fazla kirlenmektedir. Arazi çalışmalarıyla tamamının gezilmesinin ve incelenmesinin pekte olası olmadığı orta ve büyük ölçekli havzalar göz önüne alındığında, CBS ve Uzaktan Algılama gibi araçların kullanılması kaçınılmazdır. Ayrıca bu araçlar yardımıyla çalışmalar daha da hız kazanmakta ve buna karşılıkta maliyetleri azalmaktadır. Melen Havzası bazında yapılan bu çalışma ile, karar destek sisteminin temelini oluşturan havza ve su kalitesi modelleme çalışmaları için gereksinim duyulan havza karakteristiklerinin belirlenmesinde CBS tekniğinin nasıl yararlı ve kullanılabilir olduğu gösterilmiştir. Havza çalışmalarında özellikle havzaya ilişkin farklı senaryolara ilişkin farklı tematik haritaların CBS yardımıyla üretilmesi ve bunların karar vericilerle paylaşılması son derece önemlidir. 4. KAYNAKLAR Erturk, A., Ekdal, A., Gurel, M., Yuceil, K., Tanik, A., 2004. Use of mathematical models to estimate the effect of nutrient loadings on small streams, Fresenius Environmental Bulletin, 13 (11b), 1350-1359. Erturk, A., Gurel, M., Baloch, M.A., Dikerler, T., Seker, D.Z., Tanik, A., 2006. Application of Watershed Modelling System (WMS) for integrated management in Turkey, Journal of Environmental Science and Health, Part A: Toxic/Hazardous Substances Environmental Engineering, 41, 2045-2056. Erturk, A., Gurel, M., Varol, E., Ekdal, A., Baloch, M., Dikerler, T., Seker, D.Z., Tanik, A., 2007. Analysis and modelling of land-based nutrient pollution by watershed models coupled with GIS- A case study from Turkey, Water Science and Technology, 55 (3), 115-122. Havza Koruma Planı, 2008. Büyük Melen Havzası Bütünleşik Koruma ve Su Yönetimi Master Planı, Istanbul Teknik Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Istanbul, Ocak 2008. Seker, D.Z., Tanik, A., Ozturk, I., 2008. Data Analyses for Rehabilitation of a Dried Lake Using GIS and RS, 29 th Asian Conference on Remote Sensing, ACRS 2008, Proceedings in CD-ROM, 10-14 November 2008, Colombo, Sri Lanka. UN-ESCAP, 1997. United Nations, Guidelines and manual on land-use planning and practices in watershed management and disaster reduction, Economic and Social Commission for Asia and the Pacific. Tanık, A., Şeker, D.Z., Öztürk, Đ., Tavşan, Ç., 2008. GIS Based Sectoral Conflict Analysis in a Coastal District of Turkey, XX1 Congress, ISPRS, International Society for Photogrammetry and Remote Sensing, Proceedings in CD- ROM, Volume XXXVII, p. 665-668, 03-11 July 2008, Beijing China. Terwilliger, K. ve Wolflin, J.P., 2005. Decision Making for Sustainable Use and Development (Chapter 8), In: Coastal Lagoons: Ecosystem Processes, and Modeling for Sustainable Use and Development, Eds: Gonenc, I.E., Wolflin, J., CRC Press, Boca Raton, USA.