Improving runoff prediction by data assimilation in HBV hydrological model for upper euphrates basin

Abstract

Gelişen teknoloji ve artan dünya nüfusu, doğal kaynakların kullanımının daha verimli hale gelmesi için geçerli sebepler oluşturmaktadır. Su kaynaklarının etkin yönetimine duyulan ihtiyaç hidroloji biliminin öne çıkması sağlamıştır. Modelleme ve tahmin çalışmalarındaki iyileştirmeler su yapılarının optimum işletilmesine, taşkın ve kuraklık risklerini azaltmaya ve hidrolektrik enerji üretiminin artmasına katkı sağlamaktadır. Bu çalışmada, Yukarı Fırat Havzasında bulunan Karasu Havzası pilot bölge olarak seçilmiştir. HBV hidrolojik modeli 2002-2008 ve 2009-2013 yılları için sırasıyla kalibre edilmiş ve doğrulanmıştır ve günlük akım verileri tahmin edilmiştir. Tahmin sisteminin iyileştirilmesi için son on yıldır atmosfer, meteoroloji ve hidroloji alanlarında yaygın bir kullanımı olan Veri Assimilasyonu (VA) tekniği kullanılmıştır. Çeşitli veri asimilasyonu algoritmaları arasından4-boyutlu değişken (4D-VAR) metotlarından birisi olan Moving Horizon Estimation (MHE) yöntemi seçilmiştir. Delft-FEWS platformuna uyarlanan HBV modeli, MHE ile beraber çalışacak şekilde düzenlenmiştir. Model girdileri ve durum değişkenleri VA'da kullanılan amaş fonksiyonunun değişkenleri olarak atanmıştır. Son zamanlarda gelişen uydu teknolojilerinin ürünlerinden MODIS, MSG-SEVIRI karla kaplı alan ve SSMI/S kar su eşdeğeri verileri, ön işlemden geçirilerek VA uygulamasında kullanılmıştır. Veri asimilasyonu ile başlangıç koşulları güncellenerek, 2009-2013 su yılları için mükemmel tahmin veri seti ile kısa ve orta dönemli (2 den 9 güne kadar) tahminler yapılmıştır. Ayrıca, 2015 su yılı erime döneminde, Sayısal Hava Tahmin verileri kullanılarak ve veri asimilasyonu uygulanarak gerçek zamanlı akım tahmini yapılmıştır. Sonuçlara göre, VA tekniği akım tahmini çalışmalarında önemli iyileştirmeler sağlamıştır. Ayrıca, uydu ürünlerinin kullanıldığı VA çalışmaları, içsel model kar değişkenleri tahminlerinin kar gözlem verilerine uyumluluğunu da arttırmıştır. Bu çalışma gerçek zamanlı akım tahmininde güncel kar uydu ürünleri kullanılarak veri asimilasyonunu içermesi ve ileriye dönük tahmin sonuçlarını iyileştirmesi nedenleriyle Türkiye'deki operasyonel hidroloji alanında öncü bir çalışmadır.