535

6. UZAKTAN ALGILAMA-CBS SEMPOZYUMU (UZAL-CBS 2016), 5-7 Ekim 2016, Adana

[1034]

LANDSAT UYDU GÖRÜNTÜLERİ KULLANILARAK KURAKLIK

İZLENMESİ (AKŞEHİR GÖLÜ ÖRNEĞİ)

Gordana KAPLAN1, Uğur AVDAN

2, Zehra Y AVDAN

3, Nalan D YILDIZ

4

1Dr. Öğrencisi, Anadolu Üniversitesi, Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri ABD, Eskişehir g_jovanovska@anadolu.edu.tr

2Yard. Doç. Dr., Anadolu Üniversitesi, Yer ve Uzay Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir,uavdan@anadolu.edu.tr 3 Yard. Doç. Dr., Anadolu Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Eskişehir, zyigit@anadolu.edu.tr

4 Yard. Doç. Dr., Atatürk Üniversitesi, Mimarlık ve Tasarım Fakültesi, Peyzaj Mimarlığı Bölümü, Erzurum, nalandemircioglu25@hotmail.com

ÖZET

Ekolojik sistemdeki su döngüsünün önemli öğelerinden bir tanesi göllerdir. İklim değişikliği, aşırı su kullanımı, atık suların bilinçsiz deşarjı sonrasında göller kuraklık tehlikesi altına girmektedir. Sürdürülebilir su kaynakları yönetiminde kuraklığın izlenmesi göller gibi su kütleleri için oldukça önemlidir. Bu çalışmada, uzaktan algılama kullanılarak Akşehir Gölü’nde zamana bağlı kuraklık izlenmesi yapılmıştır. Bu amaç doğrultusunda, nisan ayında elde edilen farklı tarihlerdeki dört Landsat (iki Landsat TM, bir Landsat ETM+ ve bir Landsat TIRS) uydu görüntüsü kullanılmıştır. Analiz aşamasında, Normalleştirilmiş Fark Su İndeksi (Normalized Difference Water Index (NDWI)), Normalleştirilmiş Fark Bitki Örtüsü İndeksi (Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)) gibi indeksler kullanılarak kuraklık tespit edilmiştir. 1986’dan, 2016’ya kadar, elde edilen sonuçlar, Akşehir Gölü’nün su sınırının ve su kütlesinin önemli bir derecede azaldığını göstermiştir. Normalleştirilmiş Fark Su İndeksi

kullanılarak yapılan analizler sonucunda; 1986 yılında gölün sınırı 324.5 km2 iken, 2016 yılında gölün sınırı 99.7

km2 olarak tespit edilmiştir.

Anahtar Sözcükler: Akşehir Gölü, Kuraklık İzleme, Landsat, Normalleştirilmiş Fark Su İndeksi (NDWI), Uzaktan Algılama.

DROUGHT MONITORING USING LANDSAT SATELLITE IMAGES (CASE STUDY AKSEHIR LAKE)

ABSTRACT Water cycle represents curtail part of social and ecological system. Global climate change, excessive water use, and unconscious discharge of water waste, often disposes lakes to drought. Monitoring of drought is extremely important for sustainable water resource management bodies of water such as lakes. In this paper, remote sensed data have been used as a source for monitoring drought in the Aksehir Lake. For that purpose, over four Landsat satellite images, two from Landsat TM, one from Landsat ETM+ and one from Landsat TIRS, all of them collected in April, different vegetation indexes as Normalized Difference Water Index (NDWI), Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), etc. have been used. The analyses were made for period from 1987 to 2016. The results showed significant decreasing of the water area of Aksehir Lake. The results from the NDWI analyses revealed that

the water border in 1987 was determined to be 324.5 km2 while the water area in 2016 was determined to be 99.7

km2.

Keywords: Aksehir Lake, Drought Monitoring, Landsat, Normalized Difference Water Index (NDWI), Remote

Sensing.

1. GİRİŞ Hava ve uzaydan uzaktan algılama sistemlerinden alınan dijital verilerin kullanılabilirliği 1960'ların sonu ve 1970'li

yılların başından bu yana, nehirler, göller ve sulak alanlar ile ilgili birçok araştırma yapılmıştır (Ustin, 2004). Su

kaynaklarını izleme; planlama, sürdürülebilir kalkınma ve değişim analizleri açısından büyük önem taşımaktadır.

Uzaktan algılama ve coğrafi bilgi sistemleri (CBS) açısından doğru ve güncel veri çok önemli bir parametredir.

Uzaktan algılama ile çalışan bilim insanlarına veri kaynağı olarak en önemli katkı hiç şüphesiz Landsat programıdır.

Landsat programı, uzaktan algılamanın bir bilim dalı olarak büyüme ve kabul edilmesi için önemli bir katkı

olmuştur (Sabin, 1987). Landsat uydu görüntüleri; tarım, haritacılık, jeoloji, ormancılık, bölgesel planlama, eğitim

ve daha birçok küresel değişim araştırma ve uygulama için önemli bir kaynaktır. Landsat verileri “EarthExplorer”

web sitesinden ücretsiz olarak indirilebilmektedir (www.earthexplorer.com). Uzaktan algılamada kullanılan

matematiksel birçok indeks (Gao 1995, McFeeters 1996, Xu 2006) Landsat uydu görüntüleri kullanarak elde edilmiş

536

6. UZAKTAN ALGILAMA-CBS SEMPOZYUMU (UZAL-CBS 2016), 5-7 Ekim 2016, Adana

ve farklı alanlarda kullanılmaktadır (McFeeters, 1996; Chen, 2003). Su alanlarının değişim analizinde kullanılan

NDWI kuraklık izlenmesi için kullanılabilir bir indeksdir. Su kuraklık izleme için kullanılan diğer endekslerin yanı

sıra (Omute ve Corner, 2012; Gao ve ark. 2011) NDWI kayıp su alanlarının hesaplanması için de

kullanılabilmektedir. Meydana gelen iklim değişikliklerinin neden olduğu kuraklık sorunu, su kaynaklarının etkin

yönetiminin sağlanmasını zorunlu hale getirmiştir. Bu etkin kullanımın gerçekleşmesi için, bilgilerin klasik

yöntemlerden ziyade hızlı, ekonomik ve yüksek doğrulukta su yönetim planlama ve politikalarına aktarılması

gerekmektedir. Farklı kullanımların etkisine ve ani değişimlere açık olan su kaynaklarının da, değişim izleme

çalışmalarında kullanılması, hızlı ve doğru plan kararlarının alınmasında önemli rol oynamaktadır. Sayler vd.

(1996), Tahoa Gölü, Erbek vd. (2000), Büyükçekmece Gölü, Dinç ve ark. (1995), Göksu Deltası, Orr (1997)

Michigan gölü, Wolter vd. (2006) Great Gölü, Efe ve Demir (2007) Tuz gölü, Tağıl (2007), Uluabat Gölü, Wasige

vd. (2013) Victoria gölü, Were vd. (2013) Nakuru Gölü, Avdan ve ark. (2013) Akşehir Gölü örneklerinde benzer

çalışmalar yürütmüşlerdir.

Sonuç olarak Akşehir Gölü’ndeki su seviyesinin ekonomik ve hızlı tespit edilmesi, su kaynaklarının etkin

yönetilmesine katkı sağlayacaktır. Bu çalışmada; Türkiye’nin Orta Anadolu bölgesinde yer alan Akşehir Gölü’nü izlemek için 1987, 2000, 2011 ve 2016 yıllarına ait Landsat uydu görüntüleri indirilmiş ve analiz edilmiştir. Su

değişiminin izlenmesi için McFeeters (1996)’in NDWI indeksi, göl çevresinde bitki örtüsü değişiklikleri için NDVI analizi kullanılmıştır.

2. MATERYAL VE YÖNTEM

2.1.Materyal Çalışma alanı olarak İç Anadolu Bölgesi’nde bulunan Akşehir Gölü seçilmiştir (Şekil 1). Göl, Konya ve Afyonkarahisar illerinin sınırları içerisinde yer almaktadır. Akşehir Göl’ü kapalı bir havuzda bulunduğundan dolayı dışarıya akıntısı olmayan ve bu sebeple küresel iklim değişikliklerinden oldukça fazla etkilenen Türkiye’nin beşinci

büyük gölü konumundadır (Anonim, 2013).

Şekil 1. Akşehir Gölü (1987 Landsat (4, 2, 3 Bant kombinasyonu))

2.2.Yöntem

Bu çalışmada, farklı tarihlerde alınan dört adet uydu görüntüsü kullanılmıştır (Çizelge 1). Görüntüler ücretsiz olarak Earthexplorer (http://www.earthexplorer.usgs.gov) web sitesinden indirilmiştir. Çalışmada kullanılan görüntüler

mevsimsel değişimlerden etkilenmemek için bulutsuz ve açık bir ay olan Nisan ayından seçilmiştir. Bu çalışmada kullanılan NDWI indeksini hesaplamak için McFeeters (1996)’in, yeşil bant ve yakın kızılötesi bant kullanılmıştır. Sıfırdan büyük değerler Landsat 5 ve Landsat 8 için su alanı olarak kabul edilmiştir, Landsat 7’de ise

0.3’ten büyük değerler su olarak belirlenmiştir.

NDWI =

Green − NIR

(1) Green+ NIR

537

6. UZAKTAN ALGILAMA-CBS SEMPOZYUMU (UZAL-CBS 2016), 5-7 Ekim 2016, Adana

Çizelge 1. Çalışmada kullanılan uydu görüntüleri

Bulutluk Görüntü Path/Row

Sensor Gün Ay Yıl oranı kalitesi

Landsat 5 20 4 1987 0.00 9 178/33

Landsat 7 15 4 2000 5.00 9 178/33

Landsat 5 22 4 2011 20.00 9 178/33

Landsat 8 19 4 2016 0.32 9 178/33

Farklı tarihlerden elde edilen uydu görüntülerinden NDWI analizi yapıldıktan sonra su alanı hesaplanmış ve yıl

bazındaki değişimleri karşılaştırılmıştır. NDVI analizinde, su değişimi ile alansal değişimin belirlenmesi sağlanmıştır.

3. BULGULAR

Çalışmada farklı yıllara ait (1987, 2000, 2011, 2016) uydu görüntüleri kullanılarak Akşehir Gölü’nün su alanında

meydana gelen değişikliklerin belirlenmesi hedeflenmiştir. Görüntü seçiminde mevsimsel değişimlerden

etkilenmemek için bütün görüntüler nisan ayından seçilmiştir. Görüntülere uygulanan NDWI analizi sonucuna göre;

Akşehir Gölü'nün su alanı 1987 yılından 2016 yılına kadar büyük ölçüde azalmıştır (Şekil 2). Göldeki su ile kaplı

alan 1987 yılında yaklaşık 324 km2 iken, 2016 yılında 100 km

2’ye düşmüştür.

Şekil 2. 1987 yılından 2016 yılına kadar gölde meydana gelen değişim

Çalışmada yapılan NDWI sonuçlarından elde edilen su alanı değişimlerinin yaklaşık her yıl aynı hızla azaldığını göstermektedir (Şekil 3). Şekil 3 incelendiğinde, su alanı yılda yaklaşık % 4 azalmaktadır.

538

6. UZAKTAN ALGILAMA-CBS SEMPOZYUMU (UZAL-CBS 2016), 5-7 Ekim 2016, Adana

NDWI sonuçları

300 ) 250

2

(km

200

Gö

l Ala

nı

150

100

50

R² = 0.9926

0

1987

19

88

1989

19

90

1991

19

92

1993

19

94

1995

19

96

1997

19

98

1999

20

00

2001

20

02

2003

20

04

2005

20

06

2007

20

08

2009

20

10

2011

20

12

2013

20

14

2015

2 0 1 6

Yıllar

Şekil 3. Farklı yıllara ait NDWI sonuçları Şekil 3’de göl alanındaki değişimin yıllara bağlı ilişkisinden 0.9926 gibi yüksek bir karesel ortalama elde edilmiştir.

Bu sonuclar ile geleceğe yönelik bir tahmin yapıldığında, 2026 yılında su alanının 66 km2'ye düşeceği ve 2050’ye

kadar tamamen kaybolacağı değerlendirilmektedir. Her yıla ait detaylar Şekil 4’de gösterilmiştir.

300

) 250

2

(km

200

tah

min

i

150

Su A

lan

ı

100

50

0 1987 1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 2011 2014 2017 2020 2023 2026

Yıllar

Şekil 4. Akşehir Gölü’nün gelecek yıllarda su alanında meydana gelecek olan değişim tahmini Yıllara bağlı olarak su alanında gerçekleşecek değişimlerin çevreye ve bitki alanına etkisinin belirlenmesi

için NDVI analizi yapılmıştır. NDVI sonuçlarını daha iyi yorumlayabilmek için; 0’dan küçük değerler su

alanı olarak, 0 ve 0.2 arasında değerler çıplak toprak, 0.2 ve 0.5 değerler arasında bitki ve çıplak toprak

karışımı ve 0.5’ten büyük değerler ise bitki dokusu olarak yeniden sınıflandırılmıştır (Sobrino and

Raissouni 2000). Analizlere göre alansal olarak kaybolan suyun yerini çıplak toprak ve tarım alanları

oluşturmaktadır. Yıllara bağlı olarak NDVI değişim sonuçları Şekil 5 ve Çizelge 2’de gösterilmektedir.

539

6. UZAKTAN ALGILAMA-CBS SEMPOZYUMU (UZAL-CBS 2016), 5-7 Ekim 2016, Adana

Çizelge 2. NDVI sonuçları

Yıl/m2

Çıplak Toprak Tarım Alanı Yeşil Alan

1987 261.3 37.3 0.2

2000 248.7 131.6 29.8

2011 242.2 189.5 69.0

2016 328.1 193.2 4.3

4. SONUÇ VE TARTIŞMALAR

Su kaynaklarında yapılacak değişim izleme çalışmaları hem çevresel değişimlerin belirlenebilmesi hem de

geleceğe dönük planlamalara kaynak veri oluşturulması açısından önemli çalışmalardır. Ekolojik planlama

çalışmalarının, özellikle uydu görüntüsünden elde edilen bilgilerle desteklenmesinin planlama kararlarının

doğruluğunu, güncelliğini ve güvenilirliğini olumlu yönde etkilemektedir.

Çalışmada 1987, 2000, 2011, 2016 yıllarına ait uydu görüntüleri kullanılarak, Akşehir Gölü’nün su alanında

meydana gelen değişikliklerin belirlenmesi hedeflenmiştir. Akşehir Gölü'nün su alanı 1987 yılından 2016 yılına

kadar büyük ölçüde azaldığı belirlenmiştir. Göldeki su ile kaplı alan 1987 yılında yaklaşık 324 km2 iken, 2016

yılında 100 km2’ye düşmüştür. Bu zamansal değişim içerisinde çıplak alanlar ve tarım alanları büyük oranda artış

göstermiştir. Dünyadaki en önemli su kullanılan alanların başında tarım alanları gelmektedir. Fakat nüfus artışıyla

birlikte bu tarım alanların artması beklenen bir durumdur. Burada yerel yönetimlerin tarımsal sulamada, su

kontrolü sağlayacak yöntemleri uzmanlar ile belirlemesi ve denetiminin yapılması gerekmektedir.

Doğal kaynaklarda ve iklimde meydana gelen kontrolsüz değişim, geri kazanımı olmayan kayıpların oluşmasına

sebebiyet verebilmektedir. Bu nedenle, plansız gelişimi önlemek ve izleyebilmek amacıyla zamansal değişim tespit

edilmeli ve gerekli planlamalar yapılmalıdır.

540

6. UZAKTAN ALGILAMA-CBS SEMPOZYUMU (UZAL-CBS 2016), 5-7 Ekim 2016, Adana

KAYNAKLAR Anonim, 2013, http://www.turkiyesulakalanlari.com/aksehir-ve-eber-golleri/(14-05-2013) Chen, D.Y., vd.,2003. Estimation of vegetation water content for corn and Soybeans with a Normalized Difference

Water Index (NDWI) using Landsat Thematic Mapper data. Igarss 2003: Ieee International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Vols I - Vii, Proceedings, 2003: p. 2853-2856. Dinç U, S. Şenol, İ. Yeğingil, M. A. Çullu.,1995. Göksu Deltası Arazi Kullanım Haritasının SPOT Uydu Verileri Kullanılarak Hazırlanması. İlhan Akalan Toprak ve Çevre Sempozyumu. Cilt 1. 1995 Efe, R., ve Demir, S., 2007. Tuz gölü (Karataş) Çevresinde Arazi Kullanımı Değişiminin Kumullara Etkisi, Türk

Coğrafya Dergisi, Sayı,48, s. 59-72 Erberk, F.S., Maktav, D., Taberner, M., Akgün, H., 2000. Monitoring The Changes At The Büyükçekmece Lake, İstanbul, Using Multitemporal Satellite, 2nd ICGESA International Conferrence on GIS for Earth Science Applications, 11-14 September 2000, Menemen-İzmir, Turkey. Gao, Z.Q., W. Gao, and N.B.2011. Chang, Integrating temperature vegetation dryness index (TVDI) and regional water stress index (RWSI) for drought assessment with the aid of LANDSAT TM/ETM plus images. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2011. 13(3): p. 495-503. McFeeters, S.K.,1996. The use of the normalized difference water index (NDWI) in the delineation of open water

features. International Journal of Remote Sensing, 1996. 17(7): p. 1425-1432. Omute, P., R. Corner, and J.L. Awange, 2012.The use of NDVI and its Derivatives for Monitoring Lake

Victoria's Water Level and Drought Conditions. Water Resources Management, 2012. 26(6): p. 1591-1613. Orr, B. 1997. Land Use Change on Michigan's Lake Superior Shoreline: Integrating Land Tenure and Land Cover Type Data, Journal of Great Lakes Research, 23(3): 328-338 Sabins, F., F., 1987. Remote Sensing: Principles and Interpretation. San Francisco: WH Freeman & Company

Sayler, K., Dwyer, J., and Zylstra, G. 1996. Landsat Pathfinder Data Sets For Landscape Change Analysis.

Proceedings of International Geoscience And Remote Sensing Symposium. Lincoln, Nebraska, May 27-31, 1996. Tağıl, Ş., 2007. “Quantifying The Change Detection Of The Uluabat Wetland, Turkey, By Use Of Landsat Images (Landsat Görüntüleri Kullanarak Uluabat Sulak Alanında Değişimin Yönünü Ölçme)” Ekoloji Dergisi, Sayı 16-64, s. 9-20. Ustin, S., 2004. Manual of Remote Sensing: Remote sensing for natural resource management and environmental monitoring. 2004: Wiley Hoboken, NJ, USA. Wasige J. E., T. A. Groen, E. Smaling, V. Jetten, 2013.Monitoring basin-scale land cover changes in Kagera

Basin of Lake Victoria using ancillary data and remote sensing International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 21:32-42 Were K.O., Ø.B. Dick, B.R. Singh, 2013. Remotely sensing the spatial and temporal land cover changes in Eastern

Mau forest reserve and Lake Nakuru drainage basin, Kenya Applied Geography, 41:75-86 Wolter P. T., C. A. Johnston, G. J. Niemi, 2006. Land Use Land Cover Change in the U.S. Great Lakes Basin 1992 to 2001, Journal of Great Lakes Research,32 (3):607-628 Gao, B. C. (1995). "A normalized difference water index for remote sensing of vegetation liquid water from space."

Imaging Spectrometry 2480: 225-236. McFeeters, S. K. (1996). "The use of the normalized difference water index (NDWI) in the delineation of open

water features." International Journal of Remote Sensing 17(7): 1425-1432. Sobrino, J. A. and N. Raissouni (2000). "Toward remote sensing methods for land cover dynamic monitoring: application to Morocco." International Journal of Remote Sensing 21(2): 353-366.