HEC HMS hydrological model application using SCS Curve Number and Soil Moisture Accounting: Case study of Alaşehir Basin

Abstract

Water is known as source of life throughout mankind’s history. According to first records of written history; Sumerians and Akkadians used water for their inland transportation and irrigation systems. With first settlements, mankind’s dependency to water has been increased and became one of the most substantial natural resource in our modern age. Importance of this resource even more solidifies when we consider its property of being limited. With realization of global climate change in early 19th century; treat to this limited resource has been revealed. Approximately 68% of the freshwater on earth reserved in glaciers and icecaps and 30% is reserved in groundwater systems according to United States Geological Survey’s (USGS) studies. Owing to the quantity and less compromised to contaminants nature, majority of our freshwater needs met from groundwater. Although the importance of groundwater, its management have always been a challenge due to hard to quantify volumetric changings in aquifers. This study focused on creating a hydrological basin model to investigate volumetric recharge changings in groundwater system. Under scope of this study in an attempt to acquire groundwater recharge amounts; practicality of HEC-HMS hydrological modeling software has been investigated. A SCS Curve Number and Soil Moisture Accounting (SMA) loss methods has been chosen for HEC-HMS modeling application due to availability and accessibility of data that required for loss methods. After data collection from meteorological stations, core drill samples; both methods have been used in HEC-HMS simulation environment and their predictions have been compared. In the comparisons, it was determined that the SCS Curve Number method predicts higher flow potentials and groundwater infiltration amounts compared to the SMA method. Models foresee an average of 33.4 % of precipitation infiltrates into groundwater system.

Su insanlık tarihi boyunca yaşamın kaynağı olarak bilinmiştir. Tarihin ilk yazılı kaynaklarına göre Sümerliler ve Akadlılar suyu ulaşım ve sulama amaçlı olarak kullanmışlardır. İlk yerleşim yerleriyle beraber insanoğlunun suya olan bağlılığı artıp modern çağın en önemli doğal kaynağı halini almıştır. Suyun sınırlı bir doğal kaynak olduğunu düşündüğümüzde bu önem dahada pekişmektedir. 19. yüzyılın başlarında küresel iklim değişikliğinin keşfi ile bu sınırlı doğal kayağa olan tehdit gözler önüne serilmiştir. Amerika Birleşik Devletleri Jeoloji Araştırmaları Kurumu’nun araştırmalarına göre dünya üzerindeki tatlı suyun yaklaşık %68’lik bir kısmı buzullarda ve buzul örtülerinde saklanmakta olup %30’luk bir kısmı yeraltı suyu sistemlerinde depolanmıştır. Miktarı ve dış kirleticilere daha az açık olması sebebiyle dünya tatlı su ihtiyacının büyük bölümünü yeraltı sularından karşılamaktadır. Yeraltı suyunun önemine karşın, yönetimi akifer içerisindeki hacimsel değişimlerin tespitindeki güçlükler sebebiyle oldukça zordur. Bu çalışma yeraltı suyuna olan girdisel değişikliklerin hidrolojik modelleme aracılığıyla tespitine odaklanmıştır. Çalışmada HEC-HMS hidrolojik modelleme yazılımının yeraltı suyu beslenim miktarlarının tespitinde uygulanabilirliği araştırılmıştır. Kayıp metotları için gerekli verilerin mevcudiyeti ve erişilebilirliği sebepleriyle SCS Eğri Numarası (Curve Number) ve Toprak Nem Hesabı (Soil Moisture Accounting, SMA) kayıp metotları HEC-HMS modelleme uygulaması için seçilmiştir. Meteoroloji istasyonlarından ve karot numenelerinden sağlanan verilerin yardımı ile HEC-HMS simülasyon ortamında modeler hazırlanmış ve tahminleri karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırmalarda SCS Eğri Numarası metodunun, SMA metoduna görece daha yüksek akış potansiyelleri ve yeraltı suyu beslenim miktarları öngördüğü tespit edilmiştir. Hazırlanan modeler senelik bazda ortalama % 33.4’ lük bir yeraltı suyu beslenimi öngörmektedir.