Kavramsal hidrolojik modellere uygun potansiyel evapotranspirasyon eşitliklerinin araştırılması

Abstract

Hidrolojik modellerin en önemli girdilerden biri de potansiyel evapotranspirasyonun (EPOT) tahminlendiği kısımdır. Modellemede diğer bir girdi olarak kullanılan yağış, istasyon ölçümleri sayesinde elde edilebilirken, potansiyel evapotranspirasyonu ölçmek ne yazık ki mümkün değildir. Bu nedenle EPOT tahmini için çeşitli yöntemler kullanılırken bu tahminlerin doğruluğu hidrolojik modelin performansına da büyük etki yapmaktadır. Özellikle kavramsal türden parametrik yağış-akış modellerinde, uygun bir EPOT eşitliği ile zemin neminin, yeraltısuyu depolamasının ve akış bileşenlerinin hesabı daha hassas gerçekleştirilebilmektedir. Hazırlanan çalışma, havza ölçeğinde kurulan bir yağış-akış modeline girdi niteliği teşkil edebilecek alternatif EPOT eşitliklerinin irdelenmesini konu almaktadır. Uluslararası literatürde, FAO-56 tarafından önerilen Penman-Monteith eşitliği, bahsi geçen konuya sıklıkla atfedilmesine karşın farklı eşitlikler de araştırmacılar tarafından ortaya konmuştur. Bu çalışmada Penman-Monteith eşitliğinin yanı sıra radyasyon ve sıcaklık tabanlı yirmi farklı eşitlikle EPOT hesaplanmış ve 5 parametreli bir aylık yağış-akış modeli örneğinde performans sınaması yapılmıştır. Uygulama Gediz Havzası'nda yer alan farklı akarsu kolları üzerinde gerçekleştirilmiştir. NS ve RSR gibi standart performans kriterleri ile birlikte sınıflandırma yöntemi olan dendrogram analizi de kullanılarak istatistiksel açıdan tatmin edici EPOT eşitlikleri ayıklanmıştır. Değerlendirme sonucunda, radyasyon tabanlı eşitlikler içinden biri olan McGuinness-Bordne eşitliğinin en makul sonucu sağladığı gözlemlenmiştir. Ancak ülkemizde radyasyon verilerinin kısıtlı olması nedeniyle, McGuinness-Bordne türünden yöntemleri uygularken ERA-Interim tarafından servis edilen reanaliz radyasyon tahminlerini kullanmak daha pratik bulunmuştur. Sıcaklık tabanlı eşitlikler içerisinden Hamon yönteminin de türdeşlerine kıyasla başarılı performans sergilediği görülmüştür. Çalışmada hali hazırda mevcut olan EPOT eşitliklerine ilaveten, sadece ortalama sıcaklık verisine ihtiyaç duyan yeni EPOT eşitlikleri de önerilmiştir. Hamon eşitliği üzerinde çeşitli kalibrasyonlar yapılarak geliştirilen bu yeni eşitliklerin yağış-akış ilişkisini belirlemede ve çeşitli hidroloji alanlarında alternatif olarak kullanılabileceği kanaati oluşmuştur.

One of the most essential inputs of hydrological models is the part in which potential evapotranspiration (EPOT) is predicted. Unfortunately, it is not feasible to measure EPOT values, while precipitation employed as another input in modeling can be attained by means of station observations. Thereof, when several methods are employed for EPOT prediction, the precision of these predictions has a great influence on the hydrological model performance as well. Especially in the conceptual based parametric rainfall-runoff models, soil moisture, groundwater storage and runoff components can be computed more precisely with an acceptable EPOT equation. The presented study is about exploring alternative EPOT equations that can be hold out to a rainfall-runoff model prepared in the basin scale. Though the usage of Penman-Monteith equation, which has been suggested by FAO-56, within the concept of the mentioned topic is often existed in international literature, different kind of EPOT equations have been brought out by researchers. In the study, a performance assessment was conducted on a monthly rainfall-runoff model having five parameters by using Penman-Monteith equation as well as twenty radiation and temperature-based EPOT equations. The implementation was performed on the different river branches over Gediz Basin. Statistically satisfying EPOT equations have been extracted using conventional performance indices like NS and RSR, as well as dendrogram analysis which is a classification technique. As a result of the evaluation, it was observed that one of the radiation-based equations, McGuinness-Bordne, provided the most consistent performance. However, due to the limited presence of radiation observations in Turkey, it is more practical to employ the reanalysis radiation predictions served by ERA-Interim when exerting the methods like McGuinness-Bordne. Among the other equations with the temperature basis, Hamon method has shown to be successful compared to its counterparts. In addition to the EPOT equations already used in the study, new EPOT equations that only require average temperature data has been proposed. It has been revealed that these original equations, which were improved by making some calibrations on Hamon equation, can help to designate the rainfall-runoff relationship and can be utilized as an alternative in diverse hydrological fields.