Taşkın modelleri bir havzanın drenaj ağının ne kadarını kapsamalıdır?

İklim değişikliğinin aşırı yağış ve su baskınlarıyla ilişkili riskleri artırması beklendiğinden, taşkınların yönetimi baraj ve rezervuarlar gibi geleneksel altyapıların ötesinde yaklaşımlar gerektiriyor.

Bunu kabul eden Japonya Arazi, Altyapı, Ulaştırma ve Turizm Bakanlığı, tüm nehir havzasında taşkın yönetimine kapsamlı bir yaklaşım getiren “Nehir Havzası Afetlerine Dayanıklılık ve Herkes Tarafından Sürdürülebilirlik” (RBDRSA) projesini başlattı.

Bu havza çapındaki yaklaşımın uygulanması, havza boyunca su hareketinin doğru şekilde modellenmesini gerektirir. Küçük drenaj kanalları yağmur suyunu daha büyük nehirlere taşıyabilir, ancak dağlık ve ormanlık alanlardaki rolleri tam olarak anlaşılamamıştır. Bu bölgelerde, drenaj ağları yukarı yönde çok uzağa uzanabilir, bu da güvenilir tahminler için ağın ne kadar yukarı yönde temsil edilmesi gerektiğinin belirlenmesini önemli kılar.

Bu ağların doğru bir şekilde temsil edilmesi, sel simülasyonlarını geliştirebilir ve daha güvenilir sel tahminlerine katkıda bulunarak tahliye kararlarını destekleyecek faydalı bilgiler sağlayabilir. Ancak bu çalışma erken uyarı sistemlerini veya tahliye kararlarını doğrudan değerlendirmemiştir.

Yukarı akış drenaj ağlarının test edilmesi

Bu soruyu yanıtlamak için Japonya’nın Tokyo Bilim Üniversitesi (TUS) İnşaat Mühendisliği Bölümü’nden profesör Yasuo Nihei liderliğindeki araştırmacılar, drenaj kanallarının dağlık alanlara uzandığı Ichinomiya Nehri Havzasındaki gerçek bir selden elde edilen verileri kullandı. Ekipte, 2025 yılında yüksek lisansını tamamlayan TUS mezunu Ryutaro Otsuka ve yüksek lisans ikinci sınıf öğrencisi Kengo Ohno da vardı.

Farklı drenaj kanalı konfigürasyonları altında yağış akışını, nehir akışını ve taşkınları simüle ettiler ve bu konfigürasyonların su seviyelerini, deşarjı ve havzanın genel su dengesini nasıl etkilediğini değerlendirdiler.

Bu makale şu tarihte yayımlanmıştır: Hidroloji Dergisi: Bölgesel Çalışmalar.

Nihei, “Tipik büyük ölçekli taşkın analizlerinde, nehirler öncelikli olarak açıkça modellenirken, daha küçük kanalların ve yukarı akıştaki drenaj yollarının etkisi genellikle dolaylı olarak akış parametreleri aracılığıyla temsil edilir. Bununla birlikte, kanallar yağmur suyunun nehirlere boşaltılmasında çok önemli bir rol oynadığından, bunları doğrudan modele yansıtmanın, parametre ayarlamalarına olan bağımlılığı azaltırken havza içindeki su hareketini gerçek dünya koşullarına daha yakın bir şekilde yeniden üretmemize olanak sağlayacağına inandık” diyor.

Ichinomiya Nehri Havzası, Japonya’nın Chiba Eyaleti’nde tayfun kaynaklı su baskını yaşayan 203 km²’lik (78 mil kare) bir havzadır. 2019 yılında Bualoi Tayfunu’nun neden olduğu şiddetli su baskınlarının ardından, RBDRSA projesi kapsamında havza için taşkın yönetimi önlemleri geliştirildi. 2023 yılında, bu önlemler halen uygulanırken, Yun-yeung Tayfunu’nun neden olduğu bir başka su baskını havzada yaşandı.

Araştırmacılar, bir sel modelinde memba drenaj kanallarının ne kadar temsil edilmesi gerektiğini araştırmak için 2023 selini modellediler. Yağmur suyunun havzada nasıl hareket ettiğini simüle etmek için havzayı arazi yüzeyini temsil eden çeşitli hücrelere, küçük drenaj kanallarına ve daha büyük nehirlere böldüler.

Drenaj kanallarını, modelde havzanın hangi kısımlarının drenaj kanalları olarak temsil edildiğini belirleyen bir eşik olan minimum memba drenaj alanını (Amin) kullanarak tanımladılar. Modeli, 1,00 ila 0,025 km² arasında değişen Amin değerlerini kullanarak, modele giderek daha küçük drenaj kanalları ekleyen daha düşük değerlerle yedi farklı drenaj ağı konfigürasyonuyla çalıştırdılar.

Küçük kanallar taşkın zamanlamasını değiştiriyor

Drenaj ağının havzadaki su hareketi üzerinde güçlü bir etkisi olmuştur. Daha küçük kanalların (aşağı Amin) eklenmesi, yağmur suyunun nehirlere ulaşması için ek yollar sağlayarak yamaçlarda tutulan suyu ve su basmış alanlardaki su baskını derinliğini azalttı. Ayrıca drenaj kanalları ve nehirlerdeki su hacmini arttırdı ve taşkın başlangıç ​​aşamasında nehir su seviyelerinin ve deşarjının daha erken artmasına neden oldu.

Bu sonuçlar, drenaj kanalı konfigürasyonlarının yalnızca simüle edilen taşkın büyüklüğünün değil aynı zamanda nehir su seviyesindeki artışların zamanlamasının belirlenmesindeki önemini vurgulamaktadır.

Havzaya özgü bir eşik değeri için daha geniş testlere ihtiyaç vardır

Yedi konfigürasyondan 0,1 km²’lik bir Amin, ana drenaj kanallarını yeniden oluşturmak için yeterliyken, 0,1 ile 0,2 km² arasındaki değerler nehir suyu seviyelerinin yeniden oluşturulması için iyi bir doğruluk sağladı. Bu eşik aralığı, Ichinomiya Nehri Havzası ve Eylül 2023’teki sel olayı için belirlendi; uygun değerler havza topoğrafyasına, drenaj kanalı özelliklerine ve modelleme koşullarına bağlı olarak farklılık gösterebilir. Daha küçük kanalların dahil edilmesi, modeli her zaman iyileştirmedi ve gerçekte var olmayan kanalları temsil ederek doğruluğunu azaltabilir.

Araştırmacılara göre, özellikle havzanın topoğrafik özellikleri önemli olduğunda, memba kanallarının ne kadar uzakta temsil edilmesi gerektiğini belirlemek için eşik memba drenaj alanı, geleneksel drenaj yoğunluğundan daha uygun bir ölçüm olabilir. Ancak uygun değer, havzanın özelliklerine bağlıdır ve farklı nehir havzaları ve taşkın olayları için daha fazla doğrulama yapılması gerekmektedir.

“A’sı_dk. Bu çalışmada sunulan su yolu ağlarını tasarlama yöntemi, yağış akışını, nehir akışını ve tüm bir havzadaki taşkınları kapsamlı bir şekilde değerlendiren modelleri geliştirmek için kullanılabilir” diyor Nihei.

Bu bulgular, RBDRSA projesinin taşkın yönetimi tedbirlerinin değerlendirilmesini iyileştirmesine yardımcı olabilir. Drenaj ağlarının daha doğru temsil edilmesi, daha güvenilir taşkın risk değerlendirmelerine katkıda bulunabilir ve havza çapında taşkın yönetimi önlemlerinin niceliksel değerlendirmesini destekleyebilir.

Diğer havzalarda ve farklı taşkın koşulları altında daha fazla doğrulama yapılması, gelecekteki iklim değişikliği altındaki etkinliklerinin daha niceliksel değerlendirmelerini destekleyebilir. Ancak bu çalışma gelecekteki iklim değişikliği senaryolarını doğrudan simüle etmedi.