Integrating Geospatial Analytics and 2D Hydrodynamic Modeling to Assess the Combined Impacts of Urbanization and Climate Change on Flash Flood Severity in Kepez, Antalya

Abstract

Yoğun kentleşmenin küresel iklim değişikliğiyle birleşmesi, doğal hidrolojik süreçleri kökten bozarak ani sel tehlikelerini artırmış ve yükselen kent merkezlerinde geleneksel, merkezi gri altyapıları aşırı yüklemiştir. Bu tez, Kepez bölgesinde gelecekteki kentsel sel risklerini simüle etmek ve Doğa Tabanlı Çözümlerin deneysel olarak gerekçelendirilmesi için genel, birleşik bir metodolojik yaklaşım sunmaktadır. Çalışma, coğrafi bilgi sistemleri ve Hücresel Otomat-Markov Zinciri modeli yardımıyla kentsel arazi kullanımının genişlemesini tahmin etmektedir. Gelecekteki iklim oynaklığını göstermek için CMIP6 küresel iklim modelinden orta (SSP2-4.5) ve aşırı (SSP5-8.5) yağış verileri elde edilmiştir. Bu jeo-uzamsal projeksiyonların ve hidro-iklimsel projeksiyonların dinamik yönlendirilmesi, yüksek çözünürlüklü bir hidrodinamik HEC-RAS 2D modelinde yapılmıştır. Simülasyonlar, gelecekte çok büyük bir kentleşme yayılımı olacağını ve iklimin buna genel tepkisinin karmaşık olduğunu, Akdeniz kuraklık etkisinin neden olduğu aşırı ısınma altında gelecekte yağış miktarında paradoksal bir azalmayı içerdiğini göstermektedir. En önemlisi, çalışma, yeşil altyapıyı göstermek için yerelleştirilmiş Eğri Numaralarını ve Manning pürüzlülük katsayılarını esnek bir şekilde ayarlayarak Sünger Şehir müdahalelerini dijitalleştiriyor. Sonuçlar, dağıtılmış doğa tabanlı stratejilerin, hızla büyüyen şehirler için temel bir direnç yol haritası olarak kullanılacak olan en yüksek taşkın deşarj modellerini azaltmada etkili olduğuna dair gerekli matematiksel kanıtları kritik bir şekilde doğrulamaktadır.Blending intense urbanization with global climatic change has radically disturbed natural hydrologic processes, increasing flash flood hazards and overwhelming conventional, centralized grey infrastructures in rising urban centers. This thesis introduces an overall, combined methodological approach to simulating future urban flood risks and experimental justification of Nature-Based Solutions at the Kepez region. The study, with the aid of geographic information systems and a Cellular Automata-Markov Chain model, predicts the urban land-use expansion. Intermediate (SSP2-4.5) and extreme (SSP5-8.5) precipitation data were obtained from the CMIP6 global climate model to portray future climate volatility. The dynamic routing of these geospatial projections and hydro-climatological projections was done in a high-resolution hydrodynamic HEC-RAS 2D model. The simulations show that by far there is extensive urban sprawl in the future, and the overall response of the climate to this is complex and includes a paradoxical shrinking of precipitation in the future under extreme warming caused by the Mediterranean drying effect. Most importantly, the study digitalizes the Sponge City interventions by flexibly adjusting the localized Curve Numbers and Manning roughness coefficients to depict green infrastructure. The results critically validate the necessary mathematical evidence that distributed nature-based strategies are effective in reducing the peak flood discharging patterns to be used as an essential resilience roadmap to the booming cities.