Vaka çalışması incelemesi

Bamako (Mali) Erken Sel Uyarı Sisteminin Değerlendirilmesi: Mayıs 2019 Selinden Çıkarılan Dersler

Batı Afrika ülkelerindeki hızlı kentsel gelişim, yetersiz veya tıkanmış drenaj şebekeleri ve iklim değişikliğinin tetiklediği yoğun tropikal yağışlar, şehirleri ani sel afetlerine karşı son derece savunmasız hale getirmektedir.

Makalenin anahtar kelimeleri

Yazar: Nanée Chahinian, Matias Alcoba, Ndji dit Jacques Dembélé, Fréderic Cazenave, Christophe Bouvier
Yayın: Journal of Flood Risk Management
Tarih: 2023-03-19
DOI: 10.1111/jfr3.12878

Makalenin Kapsamı ve Akademik İçeriği

Batı Afrika kentsel alanları, kontrolsüz nüfus artışı, altyapı yetersizlikleri ve tıkanmış drenaj hatları gibi antropojenik faktörlerin yanı sıra iklim değişikliğinin tetiklediği şiddetli yağışlar nedeniyle kronik sel riskleriyle karşı karşıyadır. Özellikle Bamako gibi hızlı büyüyen Sahra Altı şehirlerinde, ani sel olaylarının çok kısa sürelerde gelişmesi can kayıplarını ve ekonomik zararları artırmaktadır. Bu bölgelerde erken sel uyarı sistemlerinin kurulması hayati önem taşımakta, ancak güvenilir meteorolojik ve hidrolojik verilerin eksikliği bu sistemlerin tasarımını ve operasyonel verimliliğini ciddi şekilde kısıtlamaktadır. Alan yazındaki mevcut tartışmalar, küresel tahmin modellerinin yerel ölçekteki ani konvektif fırtınaları yakalamadaki yetersizliği ve kentsel havzalardaki karmaşık akış süreçlerinin modellenmesi üzerinde yoğunlaşmaktadır.

Bu çalışma, 16 Mayıs 2019 tarihinde Bamako'da meydana gelen ve büyük yıkıma yol açan ani sel felaketi üzerinden, geliştirilen Raincell App erken sel uyarı sistemi demonstratörünün tahmin kapasitesini ampirik olarak değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Araştırmada yöntem olarak, 10 metre çözünürlüğe sahip dijital yükseklik modeli (DEM) tabanlı ve mekansal olarak dağıtılı bir yağış-akış modeli (ATHYS platformu) kullanılmıştır. Havza, 10 hektarlık kentsel arazi kullanım eşiğine göre 1033 hidrolojik birime ayrılmış ve üç deneysel izleme havzasından (Bolibana, Cité Niger, Faladié) elde edilen 2 yıllık ampirik verilerle kalibre edilmiştir. Modelin ürettiği taşkın simülasyonları, selin hemen ardından sahada yürütülen ve yerel toplulukların katılımıyla oluşturulan CBS tabanlı deneyim geri bildirimi haritalama sonuçlarıyla karşılaştırılarak doğrulanmıştır.

Araştırmanın ampirik bulguları, küresel ölçekli hava tahmin sistemlerinin (IMERG ve ERA5) Bamako'daki kısa ömürlü Mezölçekli Konvektif Sistemi (MCS) ve bunun sonuçunda oluşan aşırı yağışı (bazı istasyonlarda 138 mm) tespit etmede tamamen başarısız olduğunu ortaya koymuştur. Buna karşılık, Raincell App bünyesindeki yerel tele-iletimli yağış ölçer ağına dayalı hidrolojik model, Niger Nehri'nin sol yakasındaki taşkın alanlarının ve kanal taşmalarının meydana geldiği kritik bölgelerin büyük kısmını geriye dönük simülasyonlarda doğru bir şekilde tanımlamıştır. Bununla birlikte, sağ yakada yer alan bazı taşkın noktalarının model tarafından kaçırıldığı gözlenmiştir. Bu durumun, kentsel drenaj kanallarındaki katı atık tıkanmaları, dere yataklarındaki düzensiz yapılaşmalar ve modelin tek boyutlu (1B) kanal akış transferiyle sınırlı olmasından kaynaklandığı saptanmıştır.

Elde edilen sonuçlar, gelişmekte olan ülkelerin kentsel havzalarında erken uyarı sistemlerinin yalnızca yağış ve nehir debisi izlemeye dayandırılmasının yeterli olmadığını, kanal tıkanıklıkları ve gayriresmi yerleşimlerin yarattığı morfolojik engeller gibi insan kaynaklı dinamiklerin de sürece dahil edilmesi gerektiğini göstermektedir. Bu çalışma, literatürde veri kısıtlılığı bulunan Sahra Altı Afrika kentlerinde yüksek çözünürlüklü hücre tabanlı modellerin uygulanabilirliğini kanıtlaması açısından önemli bir katkı sunmaktadır. Gelecek çalışmalar için erken sel uyarı sistemlerinin iki boyutlu (2D) hidrolik modellerle (örneğin HEC-RAS) entegre edilmesi ve ticari mikrodalga bağlantıları (CML) gibi alternatif yerel yağış tahmin teknolojilerinin kullanılması önerilmektedir. Ayrıca, yerel halkın çevre bilincinin artırılması ve taşkın yataklarındaki yapılaşmaların önlenmesi de kalıcı çözüm önerileri arasında vurgulanmaktadır.

Araştırmanın amacı

Bu çalışma, Bamako (Mali) kentinde Mayıs 2019'da yaşanan şiddetli sel olayı üzerinden, Raincell App adlı erken sel uyarı sistemi demonstratörünün tahmin performansını geriye dönük olarak değerlendirmeyi ve Afrika kentlerindeki ani sel yönetim süreçlerine yönelik çıkarımlarda bulunmayı amaçlamaktadır(Chahinian et al., 2023).

İnceleme ve modelleme yöntemi

Çalışmada, 10 metrelik grid hücrelerine bölünmüş sayısal yükseklik modeli (ALOS PALSAR DEM) kullanan ve ATHYS platformunda geliştirilen hücre tabanlı yağış-akış modeli ile geriye dönük (ex-post) bir deneyim geri bildirimi yaklaşımı benimsenmiştir(Chahinian et al., 2023).

Kuramsal ve kavramsal çerçeve

Çalışma, afet risk yönetimi çerçevesinde 'Deneyim Geri Bildirimi' (Experience Feedback - EF) metodolojisine ve mekansal olarak dağıtılı yağış-akış modelleme teorisine dayanmaktadır. Erken uyarı sistemlerinin dört temel bileşeni olan risk bilgisi, izleme/tahmin, iletişim ve yerel tepki kapasitesi kuramsal arka planı oluşturmaktadır.

Makalenin ele aldığı literatür

Sahra Altı Afrika'da ve özellikle Batı Afrika'da (Niamey, Ouagadougou, Dakar, Bamako) artan sel sıklığına ilişkin literatür ele alınmaktadır. Erken uyarı sistemlerinin maliyet etkinliği vurgulanırken, veri kısıtlılığı olan bölgelerde hidrolik ve hidrolojik modellerin (SWMM, MIKE URBAN, HEC-RAS gibi) küçük havzalar dışındaki sınırlılıkları ve yüksek hesaplama süreleri tartışılmaktadır.

Araştırma Tasarımı

Evren veya inceleme alanı: Mali'nin başkenti Bamako kenti ve kent genelindeki 10 ana akarsu havzası çalışmanın evrenini oluşturmaktadır.
Örneklem veya araştırma materyali: Kentsel gelişim düzeyleri farklılık gösteren üç deneysel kent havzası (Bolibana, Cité Niger ve Faladié) ile 16 Mayıs 2019 tarihindeki şiddetli yağış ve taşkın olayına ait saha verileri materyal olarak seçilmiştir.
Veri toplama süreci: Gerçek zamanlı yağış verileri SMS yoluyla tele-iletilen 5 adet yağış ölçer ve MALI-METEO'ya ait 3 adet günlük yağış istasyonu ile toplanmış; sel sonrasında ise 10 öğrenci ekibi tarafından GPS ve saha anketleri kullanılarak taşkın sınırları ve su seviyeleri haritalandırılmıştır.
Veri analiz yöntemi: ATHYS modelleme platformunda kinematik dalga ve rezervuar transfer fonksiyonları kullanılarak debi ve taşkın yayılımları simüle edilmiş, elde edilen sonuçlar saha anketleri ve Post-Disaster Needs Assessment (PDNA) raporlarıyla karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir.

Erken Uyarı SistemiMezölçekli Konvektif SistemYağış-Akış ModellemesiTaşkın YayılımıKentsel TaşkınKinematik Dalga YayılımıSayısal Yükseklik Modeli

Araştırmanın Bulguları

Raincell App bünyesinde geliştirilen 1B hidrolojik model, Bamako kentinin sol yakasındaki nehir taşkın noktalarını başarılı bir şekilde tahmin etmeyi başarmıştır(Chahinian et al., 2023).

Deneysel havzalarda yapılan kalibrasyon çalışmalarında, akış katsayılarının kentsel alanlarda doğal alanlara kıyasla belirgin şekilde yüksek olduğu tespit edilmiştir(Chahinian et al., 2023).

Yağış-akış modelinin özellikle Cité Niger havzasında akış hacmini ve pik debileri gerçek değerlerin altında simüle etme eğilimi gösterdiği belirlenmiştir(Chahinian et al., 2023).

16 Mayıs 2019 tarihindeki aşırı yağış olayının, küresel tahmin sistemleri tarafından tespit edilemeyen, kısa ömürlü ve dar alanlı bir Mezölçekli Konvektif Sistem (MCS) tarafından üretildiği kanıtlanmıştır(Chahinian et al., 2023).

Bulguların Tartışılması ve Araştırmanın Sonucu

Bulguların Yazarlar Tarafından Yorumlanışı

Modelleme sonuçları ve geriye dönük saha doğrulamaları, Raincell App prototipinin taşkınların coğrafi konumlarını büyük ölçüde doğru belirlediğini göstermektedir. Sol yaka üzerindeki sotuba ve molobalini gibi kritik kolektör çevrelerinde meydana gelen taşkınlar, sistem tarafından tutarlı bir şekilde simüle edilmiştir.

Yazarlar, akış hacminin model tarafından bazı bölgelerde gerçek değerlerin altında tahmin edilmesini kentsel havza sınırlarının sayısal yükseklik modelindeki çözünürlük kısıtları nedeniyle tam olarak tanımlanamamasına bağlamaktadır. Düz kentsel alanlardaki mikro-topografya ve kanal tıkanıklıkları, suyun akış yönünü değiştirebilmektedir.

Batı Afrika genelindeki erken uyarı sistemlerinin etkinliğine yönelik literatür incelendiğinde, altyapı yetersizlikleri ve kurumsal koordinasyonsuzluğun yaygın bir sorun olduğu görülmektedir. Lumbroso'nun çalışmalarında vurgulanan bu durum, Bamako'da teknik açıdan başarılı olan modellerin bile operasyonel sivil savunma süreçlerine entegrasyonunda yaşanan aksaklıkları açıklamaktadır.

Çalışmanın tartışma kısmında, kentsel taşkınların yalnızca meteorolojik olaylardan ibaret olmadığı, dere yataklarına yapılan kaçak yapılar ve çöp birikintilerinin akış kesitlerini daraltarak afetin boyutunu katladığı vurgulanmaktadır. Bu nedenle, teknik modellerin başarısı için toplumsal farkındalık çalışmalarının da eş zamanlı yürütülmesi gerektiği belirtilmiştir.

Bulguların Önceki Araştırmalarla Karşılaştırılması

Yazarlar, Batı Afrika'daki 17 ülkeden sadece Gana'nın kısmen etkili bir erken uyarı sistemine sahip olduğunu belirten Lumbroso (2014) bulgularıyla kendi saha gözlemlerini ilişkilendirerek, Bamako'daki mevcut sistemlerin yetersizliğini ve yerel izleme kapasitesinin artırılması gerektiğini savunmaktadır(Chahinian et al., 2023).

Sonuç Bölümünün Sunduğu Çıkarımlar

16 Mayıs 2019 sel felaketi, Sahra Altı Afrika'nın kısıtlı veri içeren kentsel alanlarında erken uyarı sistemlerinin başarısı için yalnızca uzaktan algılama veya küresel tahmin modellerine bel bağlanamayacağını, yerel düzeyde gerçek zamanlı yağış izleme ağlarının kurulmasının ve bunların iki boyutlu hidrolik modellerle entegre edilmesinin şart olduğunu ortaya koymaktadır. Ayrıca, kentsel katı atık yönetimindeki yetersizliklerin ve yatak işgallerinin taşkın riskini artıran temel antropojenik faktörler olduğu sonuçuna varılmıştır(Chahinian et al., 2023).

Literatür Taraması İçin Sunduğu Çerçeve

Bu araştırma, kentsel alanlarda erken sel uyarı sistemlerinin (EWS) geliştirilmesi ve değerlendirilmesi literatüründe kilit bir işleve sahiptir. Çoğu teorik veya küçük ölçekli kentsel havzalara odaklanan mevcut çalışmaların aksine, Sahra Altı Afrika'nın veri kısıtı altındaki büyük bir metropolünde (Bamako) gerçek bir sel felaketi üzerinden ampirik deneyim geri bildirimi sunmaktadır. Raincell App prototipinin 1B hidrolojik model tahmin yeteneklerini, mayıs 2019 selinin hemen ardından yürütülen saha araştırmasıyla karşılaştırarak sistemin sınırlarını ve kentsel taşkın mekanizmalarını derinlemesine analiz etmesi bakımından öncüdür.

Çalışma, Sahel bölgesinde son on yıllarda kentsel sel risklerinin arttığını ve geleneksel küresel veya bölgesel tahmin sistemlerinin yerel mezölçekli konvektif sistemleri yakalamada yetersiz kaldığını gösteren önceki literatürle doğrudan ilişki kurmaktadır. Bouvier ve diğerleri (2018) tarafından Ouagadougou için geliştirilen CBS tabanlı geniş ölçekli modelleme yaklaşımını devralarak Bamako'ya uyarlamaktadır. Aynı zamanda Lumbroso (2018) gibi araştırmacıların Sahra Altı Afrika'da erken uyarı sistemlerinin verimliliği üzerine yaptığı analizleri, teknik bir modelin operasyonel sınırlarını kentsel tıkanıklık ve antropojenik müdahaleler bağlamında ele alarak derinleştirmektedir.

Bu yayın, kentsel ani sel tahminlerine yönelik yapılacak literatür taramalarına son derece özgün bir katkı sunmaktadır. Klasik hidrolojik modellemelerin kentsel alanlardaki enformel yapılaşma, katı atık birikimi ve drenaj kanallarının tıkanması gibi saha gerçeklikleri karşısında nasıl saptığını ampirik olarak belgelemektedir. Erken uyarı sistemlerinin yalnızca meteorolojik tahminlere dayandırılamayacağını, yerel düzeyde gerçek zamanlı izleme ağları ve iki boyutlu hidrolik modellemeler ile desteklenmesi gerektiğini savunarak literatürdeki kentsel taşkın yönetimi tartışmalarını yeni bir aşamaya taşımaktadır.

Kaynakça

Lumbroso, D., Rance, J., Pearce, G., & Wade, S. (2014). Final report: Science for humanitarian emergencies and resilience (SHEAR) scoping study. Evidence on demand: Climate, environment, infrastructure and livelihoods, commissioned by DFID (HR Wallingford).

Tez ve Makale Araştırmalarında Kullanım

Makalenin doğrulanmış yöntemi, bulguları ve kuramsal çerçevesi; tez ve makale çalışmalarında kullanılacağı bölümle birlikte aşağıdaki üç araştırma taslağına dönüştürülmüştür.

Tez veya makalede kullanım · literatüre-review

Sahra Altı Afrika ülkelerinde operasyonel erken uyarı sistemlerinin kentsel düzeydeki yaygınlığı son derece sınırlıdır.

Bu makale, Batı Afrika'daki 17 ülkeden yalnızca Ghana'nın insani kayıpları azaltmada kısmen başarılı bir sisteme sahip olduğunu gösteren veriyi desteklemek için kaynak gösterilebilir(Chahinian et al., 2023).

Ticari Mikrodalga Bağlantıları (CML) ile Yüksek Çözünürlüklü Kentsel Yağış Tahmini: Bir Afrika Metropolü Örneği

Araştırma sorusu: Ticari mikrodalga sinyal zayıflaması verileri, Sahra Altı Afrika kentlerindeki yerel mezölçekli konvektif sistemlerin yağış miktarını ne kadar doğrulukla tahmin edebilir?
Yöntem taslağı: Seçilen bir pilot Afrika kentindeki telekomünikasyon baz istasyonları arasındaki mikrodalga sinyal veri kayıtları toplanacaktır. Yağış anındaki sinyal sönümleme katsayıları, yer istasyonlarındaki yağış ölçer verileriyle karşılaştırılarak kalibre edilecek ve alansal yağış haritaları oluşturulacaktır.

Makaleyle bağlantısı: Makalede, 16 Mayıs 2019 tarihindeki gibi küçük ölçekli ve kısa ömürlü konvektif sistemlerin küresel uydular tarafından kaçırıldığı ve CML teknolojisinin bu veri açığını kapatmada yerel alternatif olduğu yönündeki gelecek araştırma çağrısından türetilmiştir(Chahinian et al., 2023).

Tez veya makalede kullanım · Tartışma

Kentsel taşkınların tahmini için geliştirilen hidrolojik modeller, nehir yatağı taşkın konumlarını geriye dönük analizlerde yüksek doğrulukla öngörebilir.

Tez çalışmasında, veri kısıtlılığı altındaki 1B havza modellerinin taşkın kritik noktalarını yakalama başarısını ampirik olarak temellendirmek amacıyla bu yayındaki bulgulardan yararlanılabilir(Chahinian et al., 2023).

Enformel Kentsel Yerleşim Alanlarında Mikro-Topografya ve Katı Atık Birikiminin Taşkın Yönlendirme Modellerine Etkisi

Araştırma sorusu: Kentsel drenaj kanallarındaki katı atık tıkanıklıkları ve mikro-topografik değişimler, 1B kinematik dalga yönlendirme modellerinin pik debi tahmin sapmalarını nasıl açıklamaktadır?
Yöntem taslağı: Gecekondu bölgelerindeki belirli açık drenaj kanalları 3 ay boyunca düzenli olarak fotoğraflanıp tıkanıklık seviyeleri ölçülecektir. Toplanan saha verileriyle Manning pürüzlülük katsayısı dinamik olarak güncellenerek hidrolojik akış simülasyonları gerçekleştirilecek ve hata payları karşılaştırılacaktır.

Makaleyle bağlantısı: Makalenin tartışma kısmında, katı atıkların drenaj şebekelerini tıkaması sebebiyle modelin pik debileri gerçek değerlerin altında simüle ettiği ve bu durumun akış kesitlerini daralttığı yönündeki saha gözlemlerine dayanmaktadır(Chahinian et al., 2023).

Tez veya makalede kullanım · introduction

Kentsel ani sellerle mücadelede yerel düzeyde geliştirilen erken sel uyarı sistemleri hayati öneme sahiptir.

Gelişmekte olan ülkelerdeki ani sel zararlarını azaltmaya dönük kentsel erken uyarı sistemlerinin gerekliliği ve Raincell App örneği bu bölüm için güçlü bir teorik zemin sunar(Chahinian et al., 2023).

Kentsel Dere Yataklarındaki Kaçak Yapılaşmanın Taşkın Yayılım Alanlarına Etkisinin 2B Hidrolik Modelleme ile Analizi

Araştırma sorusu: Akarsu taşkın yataklarındaki betonarme yapılaşma, ani sel olaylarında lateral su yayılımını ve komşu geleneksel çamur evlerin yıkılma riskini ne ölçüde artırmaktadır?
Yöntem taslağı: Yüksek çözünürlüklü bir sayısal yükseklik modeli (DEM) kullanılarak pilot bir nehir havzasındaki binalar CBS ortamında modellenip HEC-RAS 2B yazılımına aktarılacaktır. Dere yatağındaki binaların var olduğu ve kaldırıldığı senaryolar altında lateral su yayılım hızları ve su yükseklikleri simüle edilecektir.

Makaleyle bağlantısı: Yazarların 1B modellerinin lateral yayılımı gösterememe sınırlılığı ile dere yatağına inşa edilen betonarme binaların baraj etkisi yaratarak komşu kerpiç evleri yıktığı yönündeki saha doğrulamalarından türetilmiştir(Chahinian et al., 2023).