Bu derleme, Batı Afrika havzalarındaki su stresi üzerinde arazi kullanımı ve arazi örtüsü değişiklikleri ile şehirleşmenin etkilerini değerlendirmek için kullanılan temel deneysel teknikleri sistematik olarak karşılaştırmakta; her bir tekniğin ne sıklıkla uygulandığını, hangi performans metriklerinin raporlandığını ve kanıtların ülkeler arasındaki dağılımını nicelleştirmektedir.
Derleme makalesi
Batı Afrika Havzalarında Arazi Kullanımı, Arazi Örtüsü Değişimleri ve Kentleşmenin Su Stresi Üzerindeki Etkilerinin Değerlendirilmesi: Sistematik Bir Metodolojik İnceleme
Bu makalede
Özet
Özet
Su stresi, nüfus artışı, tarımsal genişleme, toprak sızdırmazlığı, hidroiklimsel değişkenlik ile yüzeysel ve yeraltı sularına yönelik artan baskının havza işleyişini hızla dönüştürdüğü Batı Afrika'daki temel çevresel ve sosyo-ekonomik kısıtlardan biridir. Arazi kullanımı ve arazi örtüsü (LULC) değişiklikleri ile kentleşmenin etkilerini değerlendirmek, peyzajların mekansal dinamiklerini gözlemlenen veya simüle edilen hidrolojik tepkilerle ilişkilendiren metodolojik yaklaşımlar gerektirmektedir. Bu inceleme, bölgede kullanılan ana tekniklerin karşılaştırmalı ve eleştirel bir analizini sunmaktadır: enstrümante edilmiş havzalar ve in situ gözlemler, kontrollü saha ve laboratuvar deneyleri, uydu uzaktan algılama ve çok zamanlı analizler, yeraltı sularına yönelik yöntemler, kavramsal, yarı dağılımlı, fiziksel tabanlı ve entegre yüzey-yeraltı hidrolojik modelleme, istatistiksel ve makine öğrenimi yaklaşımları ile arazi kullanımı ve iklim senaryolarını birleştiren hibrit yöntemler. Arama ve seçim süreci, şeffaf ve PRISMA tabanlı bir protokol izlemiş ve toplamda 51 kayıt elde edilmiştir; bunların 35'i Batı Afrika odaklıdır. Uzaktan algılama ile yürütülen hidrolojik modelleme, özellikle SWAT, ACRU, WaSiM, CEQUEAU, SHETRAN, HydroGeoSphere ve ParFlow-CLM ile birlikte, 35 Batı Afrika kaydının 15'ini (%43) oluşturarak külliyata hakimdir; rapor edilen Nash-Sutcliffe verimliliği (NSE), Kling-Gupta verimliliği (KGE) ve belirleme katsayısı genellikle 0,6 ile 0,9 arasında değişmekte olup, bu değerler standart değerlendirme kılavuzlarına göre yeterli ile çok iyi arasındadır. İstatistiksel ve makine öğrenimi çalışmaları 35 kaydın 8'ini oluştururken, kentsel ve yeraltı suyu odaklı çalışmalar yetersiz kalmaktadır. Ayrıca, 35 kaydın 8'i tek bir araştırma ağından kaynaklanmaktadır, bu nedenle birçok bölgesel sonuç, dar ve kısmen bağımsız olmayan bir kanıt tabanına dayanmaktadır. In situ ağlar, süreçlerin anlaşılması için temel olmaya devam etmektedir ancak maliyet ve düşük yoğunluk nedeniyle kısıtlıdır; tamamen uydu tabanlı yaklaşımlar ise yarı nemli bölgelerde bulut örtüsü ve spektral karışıklıklardan etkilenmektedir. En gelecek vaat eden gelişmeler; hedeflenmiş enstrümantasyon, uydu zaman serileri, entegre hidrolojik modelleme, bölgesel senaryolar, sistematik belirsizlik analizleri ve su yönetimi ile planlama aktörleriyle ortak yapımın birleştirildiği çok kaynaklı ve çok ölçekli çerçevelerde yatmaktadır.
Giriş
Batı Afrika; iklim değişkenliği, nüfus artışı, tarımsal genişleme, hızlanan şehirleşme ve ekosistem bozulmasının birleşik etkileri nedeniyle su kaynakları üzerinde artan bir baskı yaşamaktadır. Bölgesel su tanılamaları, kişi başına düşen su mevcudiyetinde bir azalmayı, kullanımlar arasındaki rekabetin yoğunlaşmasını ve kuraklıklara, sellere ve hidroklimatik ekstrem olaylara karşı artan hassasiyeti vurgulamaktadır1,2. Sahel ve Sudan bölgelerinde, son on yıllarda gözlemlenen hidrolojik seyirler genellikle paradoksal olmuştur: birkaç havzada, yıllık yağışlar aynı hızda artmamasına rağmen akış ve seller artmıştır; bu durum arazi kullanım değişikliğinin ve yüzey durum dönüşümlerinin rolüne olan ilgiyi yeniden canlandırmıştır3,4. Güncel çalışmalar ayrıca, sınır ötesi Benue Havzası'nda sıcaklıkta ve kurak gün sayısında eş zamanlı bir artış olduğunu rapor ederek Batı Afrika havzaları üzerindeki hidroklimatik baskıyı güçlendirmektedir5. Niamey'de, iklim değişikliği ve hızlı nüfus artışının birleşik etkileri altında ekstrem yağışların evrimi, sele en çok maruz kalan mahallelerin savunmasızlığını daha da artırmıştır6.
Su stresi terimi burada; yüzey ve yeraltı suyu mevcudiyetindeki eksiklikleri, bitki örtüsü ve tarım için mevcut olan toprak neminin azalmasını, besleme yerine artan hızlı yüzeysel akışı, daha büyük akış düzensizliklerini ve havza ölçeklerinde suya erişim ile su paylaşımındaki gerilimleri kapsayacak şekilde geniş bir anlamda kullanılmıştır. Bu operasyonel tanım, kırılganlığın yalnızca yıllık ortalama hacimlerle değil, aynı zamanda yağışların güçlü mevsimselliği, izleme ağlarının kesintili yapısı, agro-pastoral ekonomilerin yaygınlığı ve kentsel çevrelerin hızlı büyümesiyle ilişkili olduğu Batı Afrika için özellikle uygundur2,3. Tamamlayıcı bir bakış açısı ise; sulama, evsel kullanımlar, rezervuar depolama ve enerji üretimi arasında önemli ölçüde farklılık gösteren su kullanımlarının yoğunluğunu ve esnekliğini vurgulamaktadır7. Bu nedenle, kentsel su temini ile büyük kıyı ve Sahel metropollerinin su güvenliği, bölgesel planlama için giderek daha yapısal bir sorun haline gelmektedir.
Arazi kullanımı ve arazi örtüsü (LULC) değişimi; bitki örtüsünün kaldırılması veya bozulması, ekili alanların genişlemesi, toprak sıkışması, yüzey kabuklanması, geçirimsiz yüzeylerin gelişimi, yapay drenajın değiştirilmesi, sulak alanların parçalanması ve yüzey-yeraltı suyu etkileşimlerinin bozulması gibi çeşitli mekanizmalar aracılığıyla hidrolojik süreçleri etkiler3,4,8,9. Kentsel bağlamlarda, yapılaşmış alanların ve yolların artması akış konsantrasyonunu hızlandırır, taşkın piklerini belirginleştirir ve sızmayı değiştirir; kırsal bağlamlarda ise tarım alanı genişlemesi ve ormansızlaşma, toprak ve topografyaya bağlı olarak evapotranspirasyonu veya beslemeyi azaltırken akış, erozyon ve siltasyonu artırabilir3,4. Bu etkilerin titiz bir değerlendirmesi tek bir araç ailesine dayandırılamaz: Batı Afrika çalışmaları; yerinde gözlemler, deneysel havzalar, uzaktan algılama, toplu yağış-akış modelleri, dağıtılmış ve entegre yüzey-yeraltı modelleri, yeraltı suları için uydu gravimetrisi ve izotopik izleyiciler ile giderek artan oranlarda istatistiksel ve makine öğrenimi yöntemlerini seferber etmektedir.
Buna rağmen, çok az sayıda sentez çalışması, LULC değişimi ve şehirleşmenin neden olduğu su stresini teşhis etme kapasitelerine odaklanarak bu yaklaşımları Batı Afrika bağlamında açıkça karşılaştırmaktadır ve mevcut bölgesel incelemeler nadiren tekrarlanabilir bir arama protokolü veya özetledikleri kanıtların nicel bir tanımını raporlamaktadır10,11,12. Bu nedenle, mevcut inceleme beş tamamlayıcı amacı takip etmektedir: (i) şeffaf, PRISMA tabanlı bir protokol aracılığıyla13, Batı Afrika havzalarında LULC değişimi ve şehirleşmenin su stresi üzerindeki etkilerini değerlendirmek için kullanılan temel deneysel teknikleri belirlemek; (ii) nicel göstergeler (Nash-Sutcliffe verimliliği(NSE); Kling-Gupta verimliliği (KGE); belirleme katsayısı, R2; genel sınıflandırma doğruluğu; Cohen’s kappa) kullanarak bu tekniklerin prensiplerini, rapor edilen performanslarını, veri gereksinimlerini ve kısıtlamalarını karşılaştırmak; (iii) kanıt tabanının ülkeye, döneme, metodolojik aileye ve araştırma grubuna göre dağılımını nicelleştirmek ve her bir bölgesel sonucu kaç bağımsız grubun desteklediğini belirtmek; (iv) her bir ailenin mekansal ve zamansal ölçekler ile veri kıtlığı açısından geçerliliğini tartışmak; ve (v) gelecekteki araştırmalar ve karar desteği için operasyonel bir karar çerçevesi ve metodolojik yönelimler önermek. İnceleme, sekiz metodolojik aile etrafında düzenlenmiş olup, bunu çok kriterli bir karşılaştırmalı analiz, bir karar çerçevesi ve zorluklar, fırsatlar ile araştırma öncelikleri üzerine bir tartışma takip etmektedir.
İnceleme ve perspektif
İnceleme metodolojisi: arama protokolü, uygunluk ve tarama
Sistematik, PRISMA tabanlı bir protokol; tanımlama, tarama ve seçim süreçlerini yönetmiştir13. Aramalar; Scopus, Web of Science Core Collection, ScienceDirect, Wiley Online Library, MDPI ve Google Scholar (ilgi düzeyine göre sıralanmış ilk 200 sonuç), HAL, IRD/Horizon, WASCAL ve FAO/AQUASTAT depoları ile bölgesel üniversite arşivlerinde, Fransızca ve İngilizce dillerinde gerçekleştirilmiştir; dahil edilen kayıtların referans listeleri geriye dönük olarak taranmıştır. Biri tematik, diğeri yöntem odaklı olmak üzere iki Boolean dizisi uygulanmıştır; her ikisi de platforma özgü uyarlamaları ve kaynak başına elde edilen sonuçlarla birlikte Tablo 1'de tam olarak yer almaktadır. Kapsam 1979 ile 2026 yılları arasını kapsamakta olup, ilk arama 12 Ocak 2026'da, son güncelleme ise 17 Nisan 2026'da yapılmıştır.
Kayıtlar, yalnızca şu dört kriterin tamamını karşılamaları durumunda uygun sayılmıştır: Batı Afrika'ya ait bir havza veya veri kıtlığı olan Batı Afrika koşullarına açıkça aktarılabilir bir yöntem; LULC (Arazi ve Arazi Örtüsü) değişimi veya şehirleşmenin tesadüfi değil, açıkça ele alınmış olması; veri kaynaklarını, modeli ve kalibrasyon stratejisini içeren, yeniden üretilebilir şekilde tanımlanmış bir yöntem ve hakemli veya izlenebilir gri literatür statüsü. Tamamen kavramsal olan, yalnızca su kalitesi veya ekoloji ile sınırlı olan, bölge dışındaki, aktarılabilir metodolojik içeriği bulunmayan veya tam metnine erişilemeyen kayıtlar kapsam dışı bırakılmıştır. Başlıklar ve özetler, iki yazar tarafından bağımsız olarak taranmış ve anlaşmazlıklar üçüncü bir yazar tarafından çözülmüştür. Veri çıkarımı; havza ve ülkeyi, alanı, dönemi, metodolojik aileyi, modeli veya algoritmayı, girdi verilerini, kalibrasyon ve doğrulama değişkenlerini, raporlanan metrikleri, hidrolojik değişimleri ve belirsizliklerin nasıl ele alındığını kapsamıştır. Aşama bazlı sayılar Şekil 1'de ve çıkarılan kanıtlar Tablo 2'de yer almaktadır. Çalışmalar, her biri ana katkıyı sağlayan aileye atanmış sekiz analitik kategoriye gruplandırılmış ve hiçbir katkının kaybolmaması için ikincil aileler ayrı olarak kaydedilmiştir.
Kanıt tabanının nicel özellikleri
Külliyat 51 kayıttan oluşmaktadır; bunlardan 35'i Batı Afrika merkezli, 16'sı ise diğer bölgelerden metodolojik veya karşılaştırmalı referanslardır. Bu 35 kayıt arasında coğrafi dağılım düzensizdir: Benin 8 kayıt (%23), Burkina Faso ve Nijer her biri 5 kayıt (%14'er), Senegal 3 kayıt (%9), Gana ve Fildişi Sahili her biri 2 kayıt (%6'şar), sınır ötesi Mono ve Benue havzaları her biri 1 kayıt (%3'er) ve ulusal bir merkeze sahip olmayan 8 bölgesel çalışma (%23). Mali, Gine, Sierra Leone, Liberya, Togo ve Gambiya'dan herhangi bir özel havza çalışması gelmemiştir. Yayınlar günceldir: 2 kayıt 2010 öncesine aittir, 9 kayıt 2010 ile 2019 yılları arasındadır ve 24 kayıt (%69) 2020 yılı ve sonrasına tarihlenmektedir (Tablo 3).
Tablo 4'te bildirilen metodolojik aileye göre dağılım da aynı şekilde dengesizdir: istatistik ve makine öğrenimi 35'te 8 (%23), kavramsal ve yarı dağıtımlı modelleme 7 (%20), dağıtımlı ve entegre modelleme 5 (%14), in situ gözlem 3 (%9), birincil yaklaşım olarak uzaktan algılama 3 (%9), hibrit senaryo zincirleri 3 (%9), bölgesel sentezler 3 (%9) ve yeraltı suyu odaklı yöntemler 2 (%6). İkincil katkılar da sayıldığında, uzaktan algılama 20 kayıtta (%57) ve hidrolojik modelleme 15 kayıtta (%43) yer almakta olup, bu ikili alanın metodolojik omurgasını oluşturmaktadır.
Bölgesel sonuçların ne kadar kesin ifade edilebileceği iki özelliğe bağlıdır. Birincil yaklaşım olarak kontrollü deneyler neredeyse hiç yoktur ve yalnızca 1 kayıt parsel ölçekli ölçüme dayandırılmıştır15; bu nedenle dağıtılmış modellerdeki hidrodinamik parametreler yerel olarak ölçülmekten ziyade büyük ölçüde aktarılmıştır. Ayrıca veri kümesi tamamen bağımsız değildir: 8 kayıt (%23), Bonn Üniversitesi ve WASCAL programı merkezli tek bir ağdan gelmektedir16,17,18,19,20,21,22,23, dolayısıyla bunlar arasındaki yakınsama, bağımsız tekrarlardan ziyade kısmen paylaşılan verileri, model zincirlerini ve parametrelendirmeyi yansıtmaktadır.
Ana iddialara uygulandığında, tarım alanlarının genişlemesinin ve örtü bozulmasının, evapotranspirasyonu veya yeraltı suyu katkısını azaltırken yüzey akışını ve su verimini artırdığı bulgusu; 4 ülke ve 4 havza sistemindeki 6 çalışma18,20,24,25,26,27 tarafından desteklenmektedir, ancak bunlar yalnızca 3 karşılıklı bağımsız gruba aittir. Yüzey durumunun bozulmasıyla ilişkili Sahel akışındaki artış, 3 bağımsız grup3,4,15 tarafından desteklenmektedir. Kentleşmenin özellikle su stresi değişimini tetiklediği iddiası, tamamı Niamey'de yoğunlaşmış 3 gruptan gelen 3 kayda6,28,29 dayanmaktadır ve bu nedenle burada makul ancak zayıf şekilde tekrarlanmış olarak bildirilmiştir.
In situ gözlemler ve enstrümante edilmiş havzalar
Doğrudan gözlem, peyzaj dönüşümünü su stresiyle ilişkilendirmek için hala en güçlü temeldir. Uzun süreli Sahel serileri; birçok havzada gözlemlenen hızlı akışta yüzey durumlarının, toprak bozulmasının ve genişleyen çıplak toprakların rolünü ortaya koymuştur3,4. 1960'larda ve 1970'lerin sonlarında Niamey kentsel havzalarında yapılan öncü ölçümler; geçirimsizlik, yol ağları ve drenaj organizasyonu ile bağlantılı olarak, yüzdeyle ifade edilen onlarla ulaşan akış katsayılarını ve yaklaşık bir saatlik tepki sürelerini belgelemiştir28. Kırsal ve agro-pastoral havzalarda, ölçüm cihazları temel olarak modelleri kalibre etmek ve doğrulamak için kullanılır. Dano, Couffo, Ouémé, White Volta ve Bonsa; su dengeleri, besleme ve akış için yağış, sıcaklık, toprak nemi, akış ve zaman zaman yer altı suyu verileri sağlamaktadır16,24,25,26,30 ve kuzey Benin'deki yağış ile akışın ortak analizi, yıllar arası değişkenliği daha uzun süreli eğilimlerden ayırmaktadır23. Ölçüm istasyonlarının seyrek olduğu yerlerde, Toprak ve Su Değerlendirme Aracı'nın (SWAT) uzaktan algılanan evapotranspirasyon, toprak nemi ve GRACE kaynaklı depolama ile çok amaçlı doğrulanması, su dengesi tahminlerini pekiştirmekte ve eşsonluluğu azaltmaktadır21.
In situ veri toplama süreçleri, vekil veriler yerine olay tepkilerini, eşikleri, mevsimselliği ve yağış, akış ve besleme arasındaki gecikmeleri çözümlemektedir. Bu yöntemlerin kısıtları; düşük ağ yoğunluğu, protokol heterojenliği, kesintili seriler, bakım maliyeti ve daha geniş veya sınırlar arası sistemlere ekstrapolasyonun zor olmasıdır. Batı Afrika'daki 35 kayıttan yalnızca 3'ü (%9) öncelikle in situ ölçümlere dayanmaktadır; bu durum, diğer tüm kayıtların doğrulama için bağımlı olduğu bu yöntem grubu için dar bir temel oluşturmaktadır.
Kontrollü saha ve laboratuvar deneyleri
Kontrollü deneyler, modellemeye göre daha az belirgin olsalar da mekanizmaları anlamak için temel öneme sahiptirler. Bu deneyler arasında infiltrasyon testleri, toplam yoğunluk ve yapısal stabilite ölçümleri, doygun hidrolik iletkenlik, yüzeysel akış parselleri ile ekili parseller, nadas alanları, savanlar, çıplak toprak ve kentleşmiş yüzeyler arasındaki karşılaştırmalı gözlemler yer alır; Sahel bölgesinde bu deneyler, yüzeysel akıştaki artışları kabuklaşma, otsu örtü kaybı ve akış konsantrasyonu ile açıklarlar3,4. Yarı kurak bir Burkinabè havzasındaki iç içe geçmiş parselden havzaya yapılan ölçümler, ölçüm ölçeği arttıkça akış katsayılarının sistematik olarak azaldığını göstermekte ve parsel sonuçlarının havza modellerine aktarılmasını sınırlayan ölçek bağımlılığını nicelleştirmektedir 15. Kentsel hidrolojide, Batı Afrika çalışmaları deneysel olmaktan ziyade tanımlayıcı kalmaya devam etmekte, sürekli izleme yerine epizodik olay tabanlı enstrümantasyona güvenilmekte ve bu durum kentleşmeye özgü etkilerin ilişkilendirilmesini zayıflatmaktadır9,28. Başka bölgelerdeki sürekli izlenen gelişmekte olan havzalardan elde edilen deneyimler, geliştirme öncesi ve sonrası izleme başlangıçtan itibaren tasarlandığında ilişkilendirmenin ne kadar iyileştiğini göstermektedir31. Bu tür deneyler süreçleri izole eder ve gerçekçi parametrizasyona olanak tanır, ancak sahaya bağımlı kalmaya devam ederler ve en yararlı şekilde sürekli izleme ve modelleme ile birleştirildiklerinde kullanılırlar.
Uydu uzaktan algılama ve çok zamanlı arazi örtüsü analizi
Uzaktan algılama, 35 Batı Afrika kaydının 20'sinde (%57) yer alarak LULC değişimini analiz etmek için en yaygın giriş noktasıdır. Zamansal derinliği ve ücretsiz erişimi nedeniyle Landsat hakim durumdadır; Sentinel-2 sınıf ayrımını iyileştirirken, Sentinel-1 radarı, MODIS, ALOS, türetilmiş sayısal yükseklik modelleri (DEM'ler) ve dronlar bunu tamamlamaktadır8,22,32. İşleme zincirleri; atmosferik düzeltme, mevsimsel kompozitleme, spektral indeksler, denetimli sınıflandırma, doğruluk değerlendirmesi ve değişim-geçiş analizini birleştirirken33, rastgele orman (random forest), destek vektör makineleri ve derin ağlar, maksimum olasılık sınıflandırıcılarının yerini almaktadır. Senegal Havzası'nda, rastgele orman ve çok katmanlı algılayıcı-Markov modeli ile birlikte kullanılan Landsat, Bafing ve Falémé havzalarındaki gelecekteki arazi kullanımını öngörmüştür32; Ouémé'de ise Land Change Modeler, tarım arazilerine ve yerleşim yerlerine olan dönüşümü nicelleştirmiştir22. Bulut platformları, zaman serisi işlemelerini hızlandırmaktadır8,12.
İkinci nesil operasyonel ürünler, hidrolojik kısıt olarak doğrudan kullanılabilir durumdadır ancak bölgesel düzeyde hala yeterince değerlendirilmemektedir. FAO WaPOR portalı, Afrika genelindeki gerçek evapotranspirasyonu her on günde bir 250, 100 ve 30 m çözünürlükte sunmaktadır; on dört eddy-kovaryans istasyonuna karşı yapılan kıtasal doğrulama, genel olarak 0,61'lik bir R2 ve 1,04 mm d-1 değerinde bir karekök ortalama kare hata bildirmiştir34. SMAP ve ESA İklim Değişikliği Girişimi gibi toprak nemi ürünleri ile CHIRPS, TAMSAT ve IMERG gibi yağış ürünleri, çok değişkenli doğrulama için gereken tamamlayıcı değişkenleri sağlamaktadır35,36. Mevcut 35 kayıttan yalnızca 1 tanesi, bir uydu evapotranspirasyon ürününü kalibrasyon kısıtı olarak kullanmaktadır21; bu durum, burada tespit edilen en belirgin ve yeterince değerlendirilmemiş fırsattır.
Bilinen kısıtlamalar arasında Gine ve yarı nemli bölgelerdeki yağışlı mevsim bulut örtüsü, nadas alanları, bozulmuş savanlar ve ürünler arasındaki spektral karışıklık ve ikincil kentsel alanların küçük iz düşümleri yer almaktadır. Raporlama düzensizdir: burada yer alan bölgesel çalışmalarda %80–90 civarında genel doğruluklar ve yaklaşık 0,75–0,90 Cohen's kappa değerleri tipiktir, ancak derlemde doğruluk değerlendirmesi raporlamayan değişim tespit analizleri de bulunmaktadır ve kentsel su stresi için en önemli olan yerleşim alanları ile çıplak toprak için sınıfa özgü doğruluklar nadiren ayrıştırılmıştır. Bu belirsizlikler akış, evapotranspirasyon ve besleme tahminlerine sirayet etmektedir; bu nedenle, ızgaralı yağış ürünlerinin doğrulanması kritik bir bölgesel adımdır35,36,37.
Yeraltı suyu odaklı yöntemler: gravimetri, izleyiciler ve besleme haritalama
Yeraltı suları, Batı Afrika'daki çoğu kırsal ve yarı kentsel kaynağı desteklemektedir, ancak en az temsil edilen bileşendir: 35 kayıttan yalnızca 2'si bunu birincil nesne olarak ele almaktadır ve yalnızca akış üzerinden kalibrasyon yapmak standart uygulama olmaya devam etmektedir. Bu boşluğu gidermek için üç yöntem ailesi kullanılmaktadır. İlk olarak uydu gravimetrisi gelir. Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) ve takipçi görevi, yaklaşık 300 km çözünürlükte, toplam karasal su depolamasının aylık anomalilerini sağlar; buradan, modellenmiş toprak nemi ve yüzey suyu bileşenleri çıkarılarak yeraltı suyu anomalileri izole edilir. Güney Nijer'deki akiferlere uygulandığında bu yöntem, piyezometrik kayıtların seyrek olduğu bölgelerde depolama değişimi ve besleme tahminleri sağlamıştır38; tersine kullanıldığında ise aynı sinyal, akışın tanımlayamadığı iç su dengesi bileşenlerini kısıtlar21. Ayak izi ile havza arasındaki uyumsuzluk, ölçek küçültme uygulanmadığı sürece yöntemi büyük havzalarla sınırlandırır.
Çevresel izleyiciler ikinci grubu oluşturur: stabil izotoplar, klorür kütle dengesi ve mevcut olduğunda trityum veya radyokarbon; toprak profili üzerinden gerçekleşen yayılı şarjı, göletler, iç vadiler ve kentsel çökmeler yoluyla gerçekleşen odaklanmış şarjdan ayırt eder. Bu ayrım, Sahel paradoksu ve şehirleşmenin net şarjı artırıp artırmadığının değerlendirilmesi açısından merkezi bir öneme sahiptir; yarı kurak kıyı akiferlerindeki entegre izotopik, uzaktan algılama ve modelleme tasarımları bölgeye doğrudan uygulanabilir39. Üçüncü olarak, uzaktan algılamayı coğrafi bilgi sistemleri ile birleştiren şarj haritalama, en az veri gerektiren seçenektir, ancak hacimsel şarj yerine göreceli potansiyel sunar ve sondaj verimlerine göre doğrulanması gerekir12. Entegre yüzey-yeraltı modelleri ise çok daha yüksek maliyetle şarjı açıkça simüle eder27,29.
Kavramsal ve yarı dağıtımlı hidrolojik modelleme
Hidrolojik modelleme, tüm model aileleri birleştirildiğinde 35 kayıttan 15'ini (%43) kapsayarak, arazi kullanım dinamiklerinden ölçülebilir hidrolojik yanıta giden en yaygın yoldur. UHP, SWAT ve Agricultural Catchments Research Unit (ACRU) modeli gibi kavramsal ve yarı dağıtımlı modeller; süreç tanımlama, kalibrasyon fizibilitesi ve veri gereksinimleri arasında denge kurarak arazi kullanımı ve iklim senaryolarının test edilmesine olanak tanır16,18,20,24,25,26,30,40. Performans, kaynaklarda verildiği şekilde raporlanmış ve standart kılavuzlara göre yorumlanmıştır; buna göre akış için aylık Nash-Sutcliffe verimlilik (NSE) değerinin 0,50'nin üzerinde olması tatmin edici, 0,65'in üzerinde olması iyi ve 0,75'in üzerinde olması çok iyi olarak kabul edilirken, yüzde yanlılığın (percent bias) ±%25 dahilinde olması beklenir14. Cornelissen ve ark., tropikal bir Benin havzasında yaptıkları çalışma ile model seçiminin kendi başına temel bir belirsizlik kaynağı olduğunu ve geçmişteki iyi performansın, geleceğe yönelik sağlam simülasyonları garanti etmediğini göstermiştir16.
Vaka çalışmaları ilgili değişimleri nicelleştirir. SWAT, White Volta'da doğal örtünün azalmasının, evapotranspirasyonu artırırken yüzey suyunu ve taban akışını düşürdüğünü göstermiştir24. Bonsa havzasındaki ACRU, yaklaşık %39'luk bir orman kaybını %37'ye varan bir akış artışı ile ilişkilendirmiştir25. Couffo'da 2000 ile 2011 yılları arasında ekili alanlar %34 oranında artarken; savan, agrosilvikutür ve ormanlar %24–60 oranında azalmış, yüzey suyu 11 mm artmış, yer altı suyu katkısı ve evapotranspirasyon ise sırasıyla 3,2 ve 10,6 mm düşmüştür26. Burkinabè iç vadilerinde bir arazi kullanım modelinin Su Dengesi Simülasyon Modeli (WaSiM) ile birleştirilmesi, toplam akışta -%44 ile +%95 arasında, arazi kullanım sinyalinin kendisinden daha geniş bir iklim modeli yayılımı vermiştir20. Bu çalışmaların güçlü yönü, havza ölçeğinde imkansız olan sayısal deneyleme kapasiteleridir. Zayıf yönleri ise yapılsaldır: hidrolojik birim temsili, parametre bölgeselleştirmesi, DEM ve toprak veri kalitesi ile kalibrasyon ekifinalitesi17,30. Yetersiz yer altı suyu ve toprak nemi gözlemleri, kalibrasyonun sıklıkla yalnızca akış üzerinden yapılmasına neden olmakta ve Tablo 2'de derlenen modelleme çalışmalarının sadece küçük bir kısmı birden fazla değişkene göre kalibrasyon yapmaktadır.
Dağıtık, fizik tabanlı ve entegre yüzey-yüzey altı modellemesi
Amaç, akış miktarının ötesine geçerek infiltrasyon, toprak nemi, su tablası, yüzey akışı ve lateral akıların eşleşmiş davranışlarını kapsadığında, fizik tabanlı ve entegre modeller önem kazanır20,27,29. Dano'da WaSiM; debi, toprak nemi ve yer altı su seviyesi üzerinden ortaklaşa kalibre edilmiş ve valide edilmiş olup, bölge için mevcut olan nadir gerçek çok değişkenli validasyonlardan biri olarak her üç değişken için R2, NSE ve Kling-Gupta etkinliği (KGE) değerleri 0,6 ile 0,9 arasında gerçekleşmiştir18; aynı havzada uygulanan SHETRAN ise yalnızca debi üzerinden 0,66 ile 0,79 değerlerine ulaşmıştır19. Niamey'deki yarı kurak bir kentsel havzaya uygulanan yüksek çözünürlüklü HydroGeoSphere, yüzey ve yüzey altı akışını tam olarak eşleşmiş şeklinde ele almış ve iklim modeli çözünürlüğündeki artışın tek başına performansı iyileştirmediğini göstermiştir29.
Ouémé Deltası'nda ParFlow-CLM; yüzey akışı, evapotranspirasyon, su tablası derinliği ve toprak nemini ortaklaşa çözerek, daha basit modellerle erişilemeyen değişkenlerin değerlendirilmesini sağlamıştır27. Elde edilen kazanım fiziksel tutarlılıktır; maliyeti ise girdi verileri, hesaplama, kalibrasyon ve yorumlamadır. Bu modeller, 35 kaydın 5'ini (%14) temsil etmekte olup, enstrümante edilmiş pilot havzalarda ve güçlü hidrolojik baskı altındaki kentsel alanlarda önemli bir potansiyele sahiptir41.
İstatistiksel ve makine öğrenimi yaklaşımları
İstatistiksel yaklaşımlar, peyzaj metriklerini veya örtü sınıflarını hidrolojik göstergelere bağlayarak, kırılma noktalarını tespit ederek ve eğilimleri tahmin ederek, gözlem ile süreç tabanlı modelleme arasında ara bir konum işgal eder; Batı Afrika havzalarında bu yaklaşımlar genellikle hidrolojik modellerin yerini almak yerine onları tamamlar42. Makine öğrenimi üç seviyede çalışır. Birincisi, rastgele orman (random forest) ve ilgili algoritmaların sınıflandırmayı ve değişim tespitini iyileştirdiği arazi örtüsü haritalamasıdır8,22,32. İkincisi veri hazırlamadır: eksik meteorolojik serilerin karar ağaçları, rastgele ormanlar ve uç gradyan artırma (extreme gradient boosting) ile tamamlanması43 ve yağış projeksiyonlarının istatistiksel ölçeklendirmesidir44. Üçüncüsü olan hidrolojik öngörünün kendisi ise bölgesel olarak en az gelişmiş olanıdır. Büyük havza örneklemleri üzerinde ortaklaşa eğitilen uzun kısa süreli bellek (LSTM) ağları, "birini dışarıda bırak" (leave-one-out) bölgeselleştirmesinde hedef havza üzerinde kalibre edilen kavramsal modellerden daha iyi performans göstermekte ve ölçüm yapılmamış havzalarda öngörüyü (PUB), parametre transferinden ziyade veri havuzlama olarak yeniden çerçevelendirmektedir45; küresel bir kodlayıcı-kod çözücü (encoder-decoder) LSTM, ölçüm yapılmamış havzalarda yerleşik bir tahmin sistemiyle eşleşmiş veya onu aşmış olup, en büyük kazanımlar Sahel dahil veri açısından fakir bölgelerde görülmüştür46. Bu derlemdeki hiçbir çalışma, bu tür modelleri bir Batı Afrika havzasına uygulamamıştır; bu durum, henüz mevcut olmayan havza öznitelikleri ve debi serilerinden oluşan açık bir bölgesel veri setine bağlı olarak, havuzlanmış Nijer, Volta ve Senegal debi kayıtları üzerinde bölgesel LSTM ve PUB deneylerini somut bir öncelik haline getirmektedir. Makine öğrenimi; doğrusal olmayan durumları, karmaşık etkileşimleri ve çok kaynaklı füzyonu iyi yönetir ve detaylı kentsel sınıflandırma için etkilidir. Yorumlanabilirliği süreç tabanlı modellerden daha düşüktür, performansı eğitim verilerinin kalitesine bağlıdır ve derin arazi kullanımı veya iklim değişikliği altındaki ekstrapolasyon kapasitesi belirsizliğini korumaktadır12.
Hibrit yaklaşımlar ve eşleşmiş arazi kullanımı-iklim senaryoları
Geçtiğimiz on yılın en çarpıcı eğilimi hibridizasyondur: iklim etkilerinin, arazi kullanım etkilerinin ve bunların etkileşimlerinin birbirinden ayrılabilmesi için çok zamanlı haritalama, gelecekteki değişim projeksiyonları, kalibre edilmiş hidrolojik modeller ve bölgesel iklim senaryoları birleştirilmiştir10,18,20,47. Yira ve ark., Dano'da beş farklı arazi kullanımı senaryosu altında su verimini ve akış miktarını değerlendirmek için bu tür bir eşleştirmeyi kullanmışlardır18. Lobo Havzası'nda, Land Change Modeler, CORDEX modelleri ve CEQUEAU, rezervuar girişleri üzerindeki etkileri nicelendirerek bu zincirlerin rezervuar yönetimi ve kentsel tedarik için operasyonel faydasını ortaya koymuştur47. Mono Havzası'nda Su Değerlendirme ve Planlama modeli (WEAP), iklimin, LULC'nin ve kalkınmanın su kaynakları ile hidroelektrik üzerindeki etkilerini incelemek için uygulanmıştır48.
Hibrit çerçeveler, somut sorulara yanıt verdikleri için karar verme süreçlerini desteklamak adına en uygun konumdadırlar: örneğin, şehirleşme devam ederse yüzey akışına ne olur veya savanlar tarım arazisine dönüşürse beslenime ne olur. Bu çerçevelerin dezavantajı; sınıflandırma, geçiş senaryoları, iklim modelleri ve hidrolojik yapı boyunca belirsizliklerin birikmesidir ve bu durum duyarlılık analizleri ile çoklu model topluluklarını gerektirir17,40. Değişim aralıklarının bildirildiği durumlarda, iklim modeli terimi genellikle arazi kullanımı terimine baskın gelir20; bu nedenle, değişim aralığı belirtilmeden sunulan bir topluluk ortalaması planlama için yanıltıcıdır.
Yaklaşımların karşılaştırmalı analizi
Yöntem karşılaştırması, bilimsel soruların çeşitliliğini göz önünde bulundurmalıdır: bazı teknikler ölçer, diğerleri ise haritalandırır, açıklar veya simüle eder. Tek bir en iyi yöntem yoktur; yalnızca çalışılan su stresinin problemine, ölçeğine, verilerine ve biçimine daha veya daha az uygun olan yöntem toplulukları vardır (Şekil 2). Kalitatif etiketlerden kaçınmak için, Tablo 5'teki karşılaştırma, kaynakların izin verdiği her yerde raporlanan metriklerle ifade edilmiştir: simülasyon için NSE, KGE, R2 ve yüzde sapma; sınıflandırma için ise belirlenmiş eşik değerlere göre yorumlanan genel doğruluk ve Cohen’s kappa14. Doğrudan gözlem, ölçtüğü şey için en güvenilir olanıdır, ancak bölgesel güvenilirliği ağın temsil gücüne bağlıdır ve parsel ölçekli akış katsayıları havza ölçeğine aktarılamaz15. Modeller dağıtılmış içgörüler sağlar; Batı Afrika kalibrasyonu ve doğrulaması NSE, KGE ve R2 için çoğunlukla 0,6–0,9 aralığındadır ki bu standart kriterlere göre iyi ile çok iyi arasıdır14,18,19; ancak bu durum çoğu vakada debi üzerinde elde edilmiştir ve çok değişkenli doğrulama, benzer debi skorlarının belirgin şekilde farklı iç su dengeleriyle bir arada bulunduğunu göstermektedir16,21. Uzaktan algılama, çok kaynaklı seriler, yer doğrulaması ve sağlam algoritmalar birleştirildiğinde %80–90 doğruluk ve 0,75–0,90 civarında kappa değerleri ile geçişleri etkili bir şekilde tespit eder, ancak sınıflar spektral olarak birbirine yakın olduğunda performansı düşer33. Senegal Nehri Havzası'nda 21 yöntemle gösterilen potansiyel evapotranspirasyon formülasyonuna karşı model hassasiyeti, senaryo karşılaştırmalarında dikkatli olunması gerektiğini ortaya koymaktadır49.
En iyi maliyet-kapsam dengesi; ücretsiz görüntüleri, açık iklim veri setlerini, tutumlu bir modeli ve minimum düzeydeki akış gözlemlerini bir araya getirir; bu durum, SWAT'ın Landsat ve Sentinel sınıflandırmalarıyla elde ettiği bölgesel başarısını açıklamaktadır8,24,26,30. Yoğun ağlar ve entegre modeller, yaygın kentleşme, azalmış besleme ve değişmiş sulak alanlar gibi ardışık mekanizmaları temsil etmek için en uygun araçlar olsa da maliyetli olmaya devam etmektedir27,29. Niger, Senegal ve Volta gibi sınır aşan havzalar için yalnızca yerel yaklaşımlar yetersizdir ve en uygun tasarımlar; bir uydu temel hattını, titiz bir kalibrasyonu, hedeflenmiş saha bilgilerini ve sistematik belirsizlik raporlamasını birleştiren tasarımlardır11,39.
Yöntem seçimi için operasyonel bir karar çerçevesi
Yukarıdaki karşılaştırma, hem bir havza ajansı hem de bir araştırma konsorsiyumu tarafından kullanılabilecek dört ardışık filtre aracılığıyla Şekil 3'te açık bir seçim prosedürüne dönüşmektedir. Birincisi, sorunun kendisidir. Nelerin değiştiğini belgelemek, yalnızca resmi bir doğruluk değerlendirmesi içeren bir uzaktan algılama yörünge analizi gerektirir. Değişimin iklimden ziyade LULC'ye (Arazi Kullanımı ve Arazi Örtüsü) atfedilmesi, en azından karşı olgusal bir tasarım gerektirir: arazi kullanımının sabit ve iklimin değişken olduğu bir çalışma ve bunun tersi. Gelecekteki seçeneklerin test edilmesi bir senaryo zinciri gerektirir. Yeraltı suyu tepkisinin nicelleştirilmesi ise, akış debisiyle kalibre edilmiş modeller beslenmeyi kısıtlamadığı için, ya açık bir yeraltı temsili ya da gravimetrik veya izleyici tabanlı bir yaklaşım gerektirir.
İkinci filtre ölçektir. Yaklaşık 100 km2 altındaki alanlarda ve özellikle kentsel havzalarda, olay ölçekli süreçler hakimdir ve drenaj ile geçirimsiz yüzey oranının mevcut arazi örtüsü sınıflarından daha ayrıntılı olarak haritalandırılması koşuluyla, entegre yüzey-yeraltı veya olay tabanlı kentsel modeller uygundur. Yaklaşık 100 ile 10.000 km2 arasında, yarı dağılımlı modeller veri çabasına karşılık en iyi getiriyi sunar. 10.000 km2 üzerindeki alanlar ve sınır ötesi havzalar için bölgeselleştirilmiş veya havuzlanmış yaklaşımlar, uyduyla kısıtlanmış su muhasebesi ve geniş örneklemli makine öğrenimi gerçekçi seçenekler haline gelir45,46.
Üçüncü filtre, hevesle değil, dürüstçe uygulanan veri kullanılabilirliğidir. En az üç yıllık eş zamanlı debi ve yağış kayıtları, geleneksel kalibrasyonu uygulanabilir kılar; daha kısa veya kesintili kayıtlar ise evapotranspirasyon, toprak nemi ve toplam su depolaması üzerine uydu tabanlı amaç fonksiyonlarını gerektirir21,34; debi kaydı bulunmadığında ise seçenek, belirsizliğin gizlenmek yerine yayılmasıyla birlikte, donör havzalardan bölgeselleştirme veya havuzlanmış makine öğrenimi tahmini arasındadır. Dördüncü filtre karar ufku ve mevcut kaynaklardır; her bir dal Tablo 5'teki gösterge maliyetle eşleştirilmiştir. Literatür kümesine uygulandığında, çerçeve iki tekrarlayan uyumsuzluğu ortaya çıkarmaktadır: verilerin yalnızca yarı dağıtımlı bir modeli desteklediği durumlarda tam dağıtımlı modellerin kullanılması ve şehirleşmenin, çıkarım için çok kaba olan bir yerleşim sınıfına atfedilmesi.
Zorluklar ve fırsatlar
İlk zorluk, girdi veri kalitesidir. Kesintili hidro-meteorolojik seriler, düşük istasyon yoğunluğu ve yeraltı su seviyeleri, toprak nemi, çekimler ve boşalımlarla ilgili nadir gözlemler; türetilmiş ürünlere ve interpolasyona bağımlılığı zorunlu kılmaktadır; uydu yağış ürünleri, imputasyon ve Batı Afrika'ya uyarlanmış ölçek küçültme işlemleri bu durumu ancak kısmen hafifletmektedir35,36,37,43,44. İkinci zorluk ise nedensel atıftır: su stresi yörüngeleri; iklim değişkenliğini, aşırı yağışların yoğunlaşmasını, LULC değişimini, kentleşmeyi, sulama çekimlerini, siltasyonu ve altyapıyı eş zamanlı olarak yansıtmakta olup, burada toplanan modelleme çalışmalarının yalnızca küçük bir kısmı, bu ayrımın gerektirdiği faktöriyel tasarımı uygulamaktadır.
Üçüncü zorluk ölçektir ve burada kanıt dengesinin dikkatle ifade edilmesi gerekmektedir. Batı Afrika şehirleşmesi; resmi yapılaşmış alanları, kayıt dışı yerleşimleri, stabilize edilmemiş yolları ve hibrit drenaj sistemlerini birleştiren, yaygın ve süreksiz bir yapıdadır ve sıklıkla su stresinin bir itici gücü olarak ileri sürülmektedir; buna rağmen, sadece 3 kayıt (%9) bunu birincil nesne olarak almış olup bunların tamamı Niamey'dedir6,28,29, buna karşın 15 kayıtta tarımsal genişleme baskın sinyaldir. Dolayısıyla, kentsel etkiler hakkındaki güçlü ifadeler, tarım arazisi genişlemesine dair ifadelere göre çok daha zayıf bir temele dayanmaktadır: mekanizmalar genel kentsel hidrolojide iyi tanımlanmıştır9,31, ancak Batı Afrika havzalarındaki büyüklükleri yalnızca birkaç vakada nicelendirilmiştir. Bu, iddia edilecek bir sonuçtan ziyade doldurulması gereken bir boşluktur ve geçirimsiz yüzeyleri, bina yoğunluğunu, yol durumunu, alçak bölgeleri ve sızma bölgelerini ayırt eden daha hassas kentsel haritalama gerektirmektedir8. Dördüncü zorluk ise çok değişkenli doğrulamadır: su stresi; akış debisini, toprak nemini, evapotranspirasyonu, beslemeyi ve yeraltı su seviyesi derinliğini etkiler, bu nedenle ekifinaliteyi sınırlandırmak için birkaç değişken harekete geçirilmelidir50.
Üç fırsat öne çıkmaktadır: tekrarlanabilirliği artıran ücretsiz görüntülere, topografik verilere, iklim ürünlerine ve operasyonel evapotranspirasyon ile toprak nemi ürünlerine erişimin artması34; saha gözlemlerini, uydu ürünlerini, modelleri ve makine öğrenimini birbirine bağlayan veri füzyonu ve hidro-territoryal gözlemevlerinin önünü açan bölgeselleştirme39.
Önerilen yönelimler şunlardır: bu külliyatta yer almayan ülkelere öncelik vererek gözlem havzalarını güçlendirmek; belirsizlik analizlerini, çok modelli karşılaştırmaları ve sistematik metrik raporlamayı genelleştirmek; soyutlamaları, altyapıyı ve kullanımları entegre etmek; resmi ve gayri resmi Batı Afrika altyapısını yansıtan kentsel hidroloji modelleri geliştirmek; bölgesel geniş örneklemli bir veri setini açıkça yayınlamak ve su yöneticileri, planlamacılar ve çiftçilerle birlikte senaryolar oluşturmak11.
Sonuçlar
Batı Afrika havzalarındaki LULC (Arazi Kullanımı ve Arazi Örtüsü) değişimi ve şehirleşmenin su stresi üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesi; uzaktan algılama, hidrolojik modelleme ve saha gözlemlerini birleştiren metodolojik bir çekirdek etrafında önemli ölçüde toplanmıştır: burada yer alan 35 Batı Afrika kaydı arasında, uzaktan algılama %57'sinde, hidrolojik modelleme ise %43'ünde yer almaktadır. Mevcut çalışmalar; ekili alanların genişlemesinin, doğal örtünün bozulmasının ve aşamalı toprak sızdırmazlığının, çoğunlukla artan yüzey akışı ve pik debiler, infiltrasyon ve beslenmenin göreceli azalması, akıların yeniden dağılımı ve kaynak üzerindeki mevsimsel baskıların artması yoluyla su dengelerini değiştirdiğini gösterme konusunda birleşmektedir39,48,51; bu yakınsama, 4 ülkede 6 çalışma ile desteklenmektedir, ancak yalnızca 3 karşılıklı bağımsız araştırma grubu mevcuttur ve bu durum bir kısıt olarak göz önünde bulundurulmalıdır. Hiçbir teknik, tek başına, olgunun tüm karmaşıklığını yakalayamaz. In situ cihazlar, hidrolojik yer gerçekliği ve süreçlerin anlaşılması için temel olmaya devam etmektedir; uzaktan algılama, geniş ve bazen sınır ötesi alanlardaki bölgesel dinamikleri yakalamak için vazgeçilmezdir; mekansal değişiklikleri hidrolojik tepkilere dönüştürmek ve olası senaryoları test etmek için kavramsal ve yarı dağıtımlı hidrolojik modellere ihtiyaç duyulmaktadır; makine öğrenimi yaklaşımları sınıflandırmayı, atamayı ve belirli öngörü kapasitelerini geliştirmekte ve geniş örneklemli modeller, bölgenin ölçüme kapalı birçok havzasında henüz test edilmemiş bir tahmin yolu sunmaktadır; fizik tabanlı veya entegre modeller ise yüzey-yeraltı süreçlerinin en iyi temsilini sunmakta ancak önemli miktarda veri, hesaplama gücü ve uzmanlık gerektirmektedir. Dolayısıyla, metodolojik üstünlük tek bir araçtan ziyade, Şekil 3'te önerilen karar çerçevesinin açık bir prosedür sunduğu değerlendirme tasarımının mimarisinde yatmaktadır.
Batı Afrika bağlamında en uygun strateji; açık verileri, hedeflenmiş gözlemleri, güçlü haritalamayı, açık bölgesel senaryoları, şeffaf hidrolojik modellemeyi ve sistematik belirsizlik analizlerini birleştiren kademeli, hibrit çerçeveler oluşturmaktır. Böyle bir yönelim bilimsel olarak savunulabilir, ekonomik olarak daha sürdürülebilir ve bölgesel planlama, rezervuar yönetimi, sel önleme, akifer koruma ve iklim değişikliğine uyum açısından operasyonel olarak daha kullanışlıdır. Önümüzdeki yıllar için öncelik; veri kalitesinin ve açıklığının, model karşılıklı karşılaştırmalarının, çok değişkenli doğrulamanın, bu incelemenin nicel olarak yetersiz temsil edildiğini saptadığı hem detaylı kentsel dinamiklerin hem de yer altı suyu kompartmanının açık entegrasyonunun güçlendirilmesi, kanıt tabanının şu an baskın olan dört ülkenin ötesine coğrafi olarak genişletilmesi ve su stresi teşhislerinin planlama ve yatırım kararlarına etkili bir şekilde dönüştürülmesi için su yöneticileri ve bölgesel paydaşlarla birlikte inşa edilmesi olmalıdır.
Şekil 1: Kayıtların tanımlanması, taranması ve dahil edilmesine ilişkin PRISMA 2020 akış diyagramı. Her veri tabanı ve depoda tanımlanan kayıt sayısı, yinelenenler olarak kaldırılanlar, başlık ve özet düzeyinde tarananlar, tam metin olarak değerlendirilenler, nedenleriyle birlikte hariç tutulanlar ve son olarak kalitatif ve kantitatif senteze dahil edilenler. Aramalar 12 Ocak 2026 ile 17 Nisan 2026 tarihleri arasında yapılmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Arazi kullanımı, arazi örtüsü değişimi ve şehirleşmeyi su stresi ile ilişkilendiren ve sekiz metodolojik aileyi nedensel zincir üzerine yerleştiren kavramsal diyagram. İtici güçler (tarım alanı genişlemesi, ormansızlaşma, toprak sıkışması ve kabuklaşma, toprak sızdırmazlığı ve drenaj modifikasyonu), su stresinin bileşenlerini (yüzey suyu açığı, yeraltı suyu seviyesindeki düşüş, toprak nemi açığı, akış düzensizliği, taşkın pikleri) ortaya çıkaran hidrolojik süreçler (engelleme, evapotranspirasyon, infiltrasyon, yüzey akış oluşumu, besleme, nehir-akifer değişimi) üzerinde etkili olur. Her bir metodolojik aile, gözlemlediği, haritalandırdığı, açıkladığı veya simüle ettiği zincir seviyesine yerleştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3Batı Afrika havzalarında metodolojik bir topluluk seçimi için operasyonel karar çerçevesi. Bilimsel soru, mekansal ölçek, fiilen mevcut olan veriler ile karar ufku ve kaynaklar olmak üzere birbirini izleyen dört filtre; minimum validasyon gereksinimleri ve her bir dal için beklenen belirsizlik raporlamasıyla birlikte, önerilen bir yöntem kombinasyonuna yol açar. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Tablo 1: Tam arama dizeleri ve platforma özgü adaptasyonları. Her veri tabanında ve depoda kullanılan Boolean dizeleri, alan kısıtlamaları, dil filtreleri, yürütme tarihi ve her kaynaktan dönen kayıt sayısı. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Tablo 2: Karşılaştırmalı analizde ele alınan temsili vaka çalışmaları. Çalışma alanı, ülke, havza alanı, çalışma dönemi, kullanılan ana yöntem, kalibrasyon ve doğrulama değişkenleri, bildirilen performans metrikleri (NSE, KGE, R2, yüzde sapma, genel doğruluk, Cohen’s kappa) ve her bir çalışmanın Batı Afrika'daki su stresi değerlendirmesine sağladığı spesifik katkı. Lütfen bu dosyayı indirmek için buraya tıklayın.
Tablo 3: Dahil edilen Batı Afrika kayıtlarının ülkelere ve dönemlere göre dağılımı. Ülke başına ve beş yıllık yayın dönemi başına kayıt sayısı ve oranı ile her ülkede uygulanan metodolojik aileler. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Tablo 4: Dahil edilen Batı Afrika kayıtlarının metodolojik aileye göre dağılımı. Her bir ailenin birincil yaklaşım olduğu kayıtların sayısı ve oranı, ikincil yaklaşım olduğu kayıtların sayısı ve ilgili ülkeler. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Tablo 5: Batı Afrika havzalarında su stresini değerlendirmek için kullanılan temel deneysel tekniklerin sentetik karşılaştırması. Beş boyut boyunca karşılaştırma: kaynak çalışmalar tarafından rapor edilen performans metrikleri aracılığıyla ifade edilen doğruluk ve güvenilirlik, maliyet ve fizibilite, karmaşıklığı yakalama kapasitesi, ilgili mekansal ve zamansal ölçekler ve bölgesel bağlama uygunluk. Lütfen bu dosyayı indirmek için buraya tıklayın.
Açıklamalar
Yazarlar, bu incelemeyle ilgili herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Teşekkürler
Yazarlar, taslağın önceki versiyonları hakkında kritik geri bildirimler sağladıkları için meslektaşlarına ve bu makale için finansman sağladıkları için VM Group Multiservices'e teşekkür ederler.
Kaynaklar
- Food and Agriculture Organization of the United Nations. AQUASTAT – FAO’s Global Information System on Water and Agriculture. Rome: FAO; 2025.
- UN-Water. World Bank Group: Africa Water Center – Strengthening Capacity in the Water Sector [Internet]. New York: UN-Water. Available from: https://www.unwater.org/news/world-bank-group-africa-water-center-strengthening-capacity-water-sector
- Descroix L, et al. Evolution of Surface Hydrology in the Sahelo-Sudanian Strip: An Updated Review. Water. 2018;10(6):748.
- Leblanc MJ, et al. Land clearance and hydrological change in the Sahel: SW Niger. J Hydrol. 2008;375(1-2):241-52.
- Dauda AP, et al. Simultaneous increase in temperature and dry days in the West African transboundary Benue River Basin. Environ Earth Sci. 2024;83(12):369.
- Garba I, Descroix L, Panthou G, et al. Extreme rainfall characterization under climate change and rapid population growth in Niamey, Niger. Heliyon. 2023;9(4):e15063.
- Qin Y, et al. Flexibility and intensity of global water use. Nat Sustain. 2019;2(6):515-23.
- Mashala MJ, Dube T, Mudereri BT, Ayisi KK, Ramudzuli MR. A Systematic Review on Advancements in Remote Sensing for Assessing and Monitoring Land Use and Land Cover Changes Impacts on Surface Water Resources in Semi-Arid Tropical Environments. Remote Sens. 2023;15(16):3926.
- Salvadore E, Bronders J, Batelaan O. Hydrological modelling of urbanized catchments: A review and future directions. J Hydrol. 2015;529:62-81.
- Obahoundje S, Ofosu EA, Kiem AS, et al. Potential impacts of climate, land use and land cover changes on hydropower generation in West Africa: a review. Environ Res Lett. 2022;17:043005.
- Arfasa GF, Owusu-Sekyere E, Doke DA, Ayisi Ampofo J. Impacts of climate and land use/cover changes on the sustainability of irrigation water in West Africa: a systematic review. All Earth. 2024;36(1):1-13.
- Anggraini R, Baja S, Neswati R. Assessing the impact of land use change on ecosystem service using GIS and remote sensing technology: a review. IOP Conf Ser Earth Environ Sci. 2025;1525(1):012030.
- Page MJ, et al. The PRISMA 2020 statement: an updated guideline for reporting systematic reviews. BMJ. 2021;372:n71.
- Moriasi DN, et al. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Trans ASABE. 2007;50(3):885-900.
- Mounirou LA, Zouré CO, Yonaba R, et al. Multi-scale analysis of runoff from a statistical perspective in a small Sahelian catchment under a semi-arid climate. Arab J Geosci. 2020;13(4):154.
- Cornelissen T, Diekkrüger B, Giertz S. A comparison of hydrological models for assessing the impact of land use and climate change on discharge in a tropical catchment. J Hydrol. 2013;498:221-36.
- Bormann H, Diekkrüger B, Hauschild M, et al. Regional hydrological modeling in Benin (West Africa): uncertainty issues versus scenarios of expected future environmental change. Phys Chem Earth. 2005;30(6-7):447-59.
- Yira Y, Diekkrüger B, Steup G, Bossa AY. Modeling land use change impacts on water resources in a tropical West African catchment (Dano, Burkina Faso). J Hydrol. 2016;537:187-99.
- Op de Hipt F, et al. Applying SHETRAN in a Tropical West African Catchment (Dano, Burkina Faso)—Calibration, Validation, Uncertainty Assessment. Water. 2017;9(2):101.
- Idrissou M, et al. Modeling the Impact of Climate and Land Use/Land Cover Change on Water Availability in an Inland Valley Catchment in Burkina Faso. Hydrology. 2022;9(1):12.
- Poméon T, Diekkrüger B, Springer A, Kusche J, Eicker A. Multi-objective validation of SWAT for sparsely-gauged West African river basins: a remote sensing approach. Water. 2018;10(4):451.
- Bodjrènou R, Yira Y, Ahamidé B, Diekkrüger B. Assessment of Current and Future Land Use/Land Cover in the Oueme Basin (Benin, West Africa) under a Changing Climate. Sustainability. 2023;15(3):2245.
- Ganni Mampo OM, Diekkrüger B, Näschen K, et al. Rainfall and streamflow variability in North Benin, West Africa. J Hydrol Reg Stud. 2025;57:101952.
- Awotwi A, Yeboah F, Kumi M. Assessing the impact of land cover changes on water balance components of White Volta Basin in West Africa. Water Environ J. 2015;29(2):259-67.
- Aduah MS, Jewitt GPW, Toucher ML. Assessing Impacts of Land Use Changes on the Hydrology of a Lowland Rainforest Catchment in Ghana, West Africa. Water. 2018;10(1):9.
- . Togbévi QF, Sintondji LO. Hydrological response to land use and land cover changes in a tropical West African catchment (Couffo, Benin). AIMS Geosci. 2021;7(3):338-54.
- Bodjrènou R, Yira Y, Diekkrüger B, et al. Investigating the impacts of climate and land use/cover change on hydrological fluxes in the Oueme Delta hydrosystem using ParFlow-CLM. Sci Rep. 2026;16:39679.
- ORSTOM. Étude hydrologique de bassins urbains à Niamey [Hydrological study of urban catchments in Niamey]. Niamey: Office de la Recherche Scientifique et Technique Outre-Mer; 1979. French.
- Boko BA, et al. High-Resolution, Integrated Hydrological Modeling of Climate Change Impacts on a Semi-Arid Urban Watershed in Niamey, Niger. Water. 2020;12(2):364.
- Olofintoye OO, Salami AW, Ajayi EO. A study on the applicability of a SWAT model in predicting the water yields and water balance of the Upper Oueme catchment, Benin Republic. Slovak J Civ Eng. 2022;30(1):48-58.
- Guan M, Sillanpää N, Koivusalo H. Modeling and assessment of hydrological changes in a developing urban catchment. Hydrol Process. 2015;29(13):2880-94.
- Sambou MHA, et al. Prediction of land use and land cover change in two watersheds in the Senegal River basin (West Africa) using the Multilayer Perceptron and Markov chain model. Geomat Nat Hazards Risk. 2023;14(1):2231137.
- Lu D, Mausel P, Brondízio E, Moran E. Change detection techniques. Int J Remote Sens. 2004;25(12):2365-401.
- Blatchford ML, Mannaerts CM, Njuki SM, et al. Evaluation of WaPOR V2 evapotranspiration products across Africa. Hydrol Process. 2020;34(15):3200-21.
- Cannella G, Pezzoli A, Tiepolo M. Comparative trend analysis of precipitation indices in several towns of the Sirba River catchment (Burkina Faso) from CHIRPS and TAMSAT rainfall estimates. Climate. 2024;12(12):208.
- Houngnibo MCM, et al. Validation of high-resolution satellite precipitation products over West Africa for rainfall monitoring and early warning. Front Clim. 2023;5:1185754.
- Kouakou C, et al. Comparison of gridded precipitation estimates for regional hydrological modeling in West and Central Africa. J Hydrol Reg Stud. 2023;47:101409.
- Barbosa SA, Pulla ST, Williams GP, et al. Evaluating Groundwater Storage Change and Recharge Using GRACE Data: A Case Study of Aquifers in Niger, West Africa. Remote Sens. 2022;14(7):1532.
- Ouarani M, et al. Exploring groundwater recharge mechanisms in a semi-arid coastal aquifer using isotopic analysis, remote sensing, and hydrological modeling. In: AGU Fall Meeting Abstracts 2023. Washington (DC): AGU; 2023. p. H04-05.
- Aloui S, Gires A, Hoang KD, et al. A review of Soil and Water Assessment Tool (SWAT) studies in Mediterranean watersheds: Lessons for data-scarce environments. Environ Int. 2023;171:107684.
- Aboelnour M, Gitau MW, Engel BA. A comparison of streamflow and baseflow responses to land-use change and the variation in climate parameters using SWAT. Water. 2020;12(1):191.
- Locke KA, Shanafield M, Cook PG, Simmons CT. Modeling relationships between land use and water quality: a critical review of statistical approaches. Environ Int. 2024;188:108703.
- Toure M, et al. Machine learning approaches for imputing missing meteorological data in Senegal. Appl Comput Geosci. 2025;27:100281.
- Polasky A, Evans JL, Fuentes JD. Statistical downscaling for precipitation projections in West Africa. Theor Appl Climatol. 2023;155(1):327-47.
- Arsenault R, Martel JL, Brunet F, et al. Continuous streamflow prediction in ungauged basins: long short-term memory neural networks clearly outperform traditional hydrological models. Hydrol Earth Syst Sci. 2023;27(1):139-57.
- Nearing G, et al. Global prediction of extreme floods in ungauged watersheds. Nature. 2024;627(8004):559-63.
- Koffi B, et al. Impact of climate and land use/land cover change on Lobo reservoir inflow, West-Central of Côte d’Ivoire. J Hydrol Reg Stud. 2023;47:101417.
- Obahoundje S, Youan Ta M, Diedhiou A, Amoussou E, Kouadio K. Sensitivity of hydropower generation to changes in climate and land use in the Mono Basin (West Africa) using CORDEX dataset and WEAP model. Environ Process. 2021;8(3):1073-97.
- Ndiaye PM, Bodian A, Dezetter A, Ogilvie A, Goudiaby O. Sensitivity of global hydrological models to potential evapotranspiration estimation methods in the Senegal River Basin (West Africa). J Hydrol Reg Stud. 2024;53:101823.
- Togbévi QF, et al. A multi-model approach for analysing water balance and water-related ecosystem services in the Ouriyori catchment (Benin). Hydrol Sci J. 2020;65(14):2453-65.
- Kouassi AM, Gnangouin AYJ, Konan GR, Nassa RAK. Impacts of climate change on water stress in West Africa: case study of the N’zi (Bandama) watershed in Côte d’Ivoire. Int J Environ Clim Change. 2022;12(12):472-83.