Geri Dön

Extended water budget equation based on the fuzzy regression and implementation for lake Van

Bulanık regresyon ile su bütçesi denklemi geliştirilmesi ve Van Gölü üzerinde uygulanması

PDF İndir

  1. Tez No: 700411
  2. Yazar: ECEM UYSAL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ABDÜSSELAM ALTUNKAYNAK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 133

Özet

Van Gölü havzası yaklaşık olarak 20000 km2 alana sahip olan kapalı bir havzadır. Türkiye'de ikinci büyüklükte bir havzaya sahiptir. Bu alanın 15000 km2 civarı, su toplama havzasından oluşurken, 3713 km2 'si de gölün kendi alanından oluşmaktadır. Van Gölü Havzası, Van, Bitlis, Ağrı ve Muş illeri sınırlarında olup 42° ile 44° doğu boylamlarıyla, 37° ile 39° kuzey enlemleri arasında Türkiye'nin en doğusunda yer alır. Van Gölü dünyanın en büyük sodalı gölü olmasından dolayı oldukça önemlidir. Aynı zamanda Türkiye'nin en büyük ve dünyanın en büyük dördüncü gölü olmasıyla bilinir. Van Gölü kapalı havzası yüksek popülasyonu olan birçok canlı çeşidine ev sahipliği yapan bir havzadır. Van Gölü için çalışmanın öneminin anlaşılması amacıyla Van Gölü havzası içerisinde belli yüzdelerle yer alan şehirlerin nüfusları Türkiye İstatistik Kurumundan alınan veriler yardımıyla Van Gölü nüfus projeksiyonu hesaplanmıştır. Popülasyon değerleri çalışmaya doğrudan etkilememektedir. Ancak havza öneminin belirtilmesinde kullanılmıştır. Van Gölü havzası popülasyonu oldukça yüksektir. Bu çalışmada gelecek nüfuslar üç farklı yöntem kullanılarak hesaplanmıştır. Yöntemlerin sonuçlarına bakıldığında Van Gölü havzasında büyük oranda yer kaplayan Van ve Bitlis şehirlerinde popülasyonun lineer olarak artış gösterdiği görülmektedir. Bu da Van Gölü havzasında yaşayan insanların ve gölde yaşayan canlıların Van Gölü'nde oluşan su seviyesi değişikliklerden yüksek bir oranda etkileneceğini göstermektedir. Aynı zamanda yaşayan canlı popülasyonu dışında gelişen turizm ve tarihi yapılar nedeniyle yüksek oranda turiste ev sahipliği yapmakta olan Van Gölü'nün önemi anlaşılmaya çalışılmıştır. Van Gölü etrafı yüksek dağlarla çevrilidir. Yüksek dağlar ve göller bölgesi olması sebebiyle farklı yer şekillerinden oluşmakta olup, iklimi sert karasal olan doğu Anadolu bölgesinde bulunmasına rağmen yarı karasal iklim özelliğine sahiptir. Van Gölü çevresine oranla daha alçak bir bölgede bulunur. Doğu Anadolu bölgesinde kışları soğuk ve yağışlı yazları sıcak ve kurak geçmektedir. Van Gölü havzası 4 mevsim yağış almaktadır ve sıcaklık dereceleri çevresindeki illere oranla daha ılıman geçmektedir. En yüksek yağış değeri ağustos ayında görülmektedir. En düşük yağış değerlerine ise Nisan ayında rastlanmaktadır. Günümüzde Van Gölü için yapılmış birçok araştırma bulunmaktadır. Ancak istasyon verilerinin ve sayılarının yetersizliği, ölçüm hataları, ölçümlerin devamlı olarak yapılamaması gibi birçok sebepten dolayı çalışmalarda belirsizlikler vardır. Belirsizlikler Van Gölü için yapılan tahminlerde yüksek miktarda hatalara neden olmaktadır. Van Gölü havzasının her açıdan incelenebilmesi için belirsizlikler bazı yöntemler yardımıyla azaltılıp hata oranlarının düşürülmesi amaçlanmıştır. Çalışma için Meteoroloji Genel Müdürlüğü ve Devlet Su işlerinden alınan istasyon verileri kullanılmıştır. Alınan verilerde bazı aylar için ölçümler yapılamamıştır. Bazı ölçümlerde ise yüksek oranda hatalara rastlanmıştır. Eksik olan değerler regresyon analizi ile tamamlanmıştır. Hatalı olan ölçüm verileri için tüm veriler arasındaki ilişkiler incelenip kabul edilebilir miktarda düzeltme yapılmıştır. Verilerin elde edilmesi ve aralıkları oldukça kısıtlı olduğundan dolayı su bütçesi denkleminin tüm elemanlarını kapsadığı ortak aralıklar belirlenmiştir. Bu çalışmada 1990 ile 2010 yılları arasındaki veri seti kullanılmıştır. 1990 ile 2010 yılları arasında alınan 21 yıllık veri seti incelenmiştir. Bu veri seti iki parçaya ayrılarak ilk 17 yıllık kısmı modeli kalibre etmek için son 4 yıllık kısmı ise modelleri test etmek için kullanılmıştır. Bu çalışmada günümüze kadar yapılan araştırmalar incelenmiştir. Meteoroloji ve DSİ'den alınan veriler ile su bütçesi denklemi kurulmuştur. Su bütçesi denklemi kütlenin korunumu yasasından elde edilen süreklilik denklemi baz alınarak oluşturulmuştur. Oluşturulan denklemde kütlenin korunumu yasasında olduğu gibi giren değerler çıkan değerlere eşitlenmek amaçlanmıştır. Ancak Van Gölü su bütçesi denkleminde giren değerlerin çıkan değerlere eşit olmadığı görülmüştür. Su bütçesi denklemi oluşturulurken yağış, buharlaşma ve Van Gölü çevresindeki göl ve derelerden gelen akımlar dikkate alınıp denklem bir hata değerine eşitlenerek hata değeri düşürülmesi amaçlanmıştır. Hata değeri üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Meteorolojiden 5 farklı istasyona ait yağış verileri alınmıştır. Bu istasyonlar Erciş, Ahlat, Gevaş, Tatvan ve Van Bölge istasyonudur. İstasyonların kapladığı alanlar Devlet Su İşleri'nden alınan veriler içerisinde yaklaşık olarak yazılmıştır. Yağış istasyonlarından alınan veriler incelenmiş ve regresyon yaklaşımı ile analizi yapılmıştır. Eksik olan istasyon verileri regresyon analizi kullanılarak tamamlanmıştır. İstasyonlardan alınan yağış verileri Thiessen metodu ve Aritmetik metot yardımıyla Van Gölü havzasını alansal ortalama yağış zaman serisi şeklinde kullanılabilir hale getirilmiştir. Thiessen Metodu kullanabilmek için Van Gölü havzası üzerindeki istasyonların tesir alanlarına ihtiyaç vardır. Tüm alanlar ArcGIS Pro üzerinden alınmış aynı zamanda Thiessen poligonu yardımıyla hesaplanmış ve gösterimi Google Earth Pro yardımıyla yapılmıştır. Aritmetik metodunda tüm istasyonların alanları eşit olarak Van Gölü havzasında etkilediği varsayılarak tek bir yağış veri seti hesaplanmıştır. Aritmetik Metot ve Thiessen metodu yardımıyla hesaplanan yağış değerleri arasında bağıl hata değeri hesaplanmıştır. Bağıl hata değeri hesabı yapılırken referans değer olarak Thiessen metodu dikkate alınmıştır. Bağıl hata değeri yardımıyla bulanık mantık modellerinde yağış için kullanılan bulanık katsayıların aralıkları belirlenmiştir. Van Gölüne dökülen akım verileri Devlet Su İşleri'nden alınıp işlenebilir veri haline çevrilmiştir. Aynı zamanda literatürde yer alan ancak elimizde olmayan akım verileri için de belirli bir kısmı DSİ'den alınan verilere ekleme yapılmıştır. DSİ ve literatürde bulunan akım değerleri gözlemlenen akım verileri olarak incelenmiştir. Van Gölü havzası için literatürde kullanılan yağış-akış katsayısı havzanın drenaj alanları ile çarpılarak akım verileri hesaplanmıştır. Hesaplanan akım değerleri ile gözlemlenen akım verileri arasında bağıl hata değerleri bulunmuştur. Bağıl hata değeri hesaplanırken gözlemlenen akım verileri referans değeri olarak alınmıştır. Bağıl hata değeri yardımıyla bulanık regresyon modellerinde akış için kullanılan bulanık katsayıların aralıkları belirlenmiştir. Buharlaşma değerleri için gözlemlenen veriler Meteoroloji Genel Müdürlüğünden alınmış eksik veriler regresyon modeli yardımıyla tamamlanmıştır. Literatürde bulunan buharlaşma hesaplama denklemlerinden denge denklemi yardımıyla yağış, akım ve Van Gölü havzasındaki değişim dikkate alınarak tüm denklem için gözlemlenen veriler yardımıyla buharlaşma değerleri hesaplanmıştır. Hesaplanan ve gözlemlenen buharlaşma değerleri arasında bağıl hata hesaplanmıştır. Her yıl için belirlenen bağıl hata değeri yardımıyla buharlaşma için kullanılan bulanık buharlaşma katsayıların aralıkları belirlenmiştir. Yağış, akım ve buharlaşma değerleri için elde edilen bağıl hata değerleri bir tabloya alınmıştır. Bu değerlerin toplamı standart sapması ve ortalaması hesaplanmıştır. Bulanık katsayılar c ve α değer aralıkları hesaplanmıştır. Tüm girdi ve çıktı değerleri için ayrı ayrı belirlenen aralıklar ile 3 adet model oluşturulmuştur. Bu modeller içerisinde ikişer yaklaşım içerdiğinden toplam 6 farklı durum içermektedir. İlk yaklaşımda denklemin bağımlı giriş değerleri ve bağımsız giriş değerleri bulanık sayı olmadığı varsayılarak ei terimi sıfır olarak alınmıştır. İkinci yaklaşımda ise ei terimi 1990-2010 yılları için alınan verilerin ilk 17 yıllık değeri olan 1990-2006 yılları için su bütçesi denklemi oluşturulduğunda eşitlenen hata değerlerinin standart sapması olarak alınmıştır. Bu yaklaşımda bağımsız giriş değerleri bulanık olmayan sayı ve bağımlı giriş değerleri bulanık sayı olarak düşünülmektedir. Van Gölü verileri üzerinde uygulanan farklı yaklaşımlar ile modellerde farklı hata değerleri hesaplanmıştır. Hata değerleri birden çok hata değeri hesaplama formülleriyle hesaplanmıştır. Hata değerleri birbirleriyle karşılaştırılarak minimum hata değerini veren model seçilmiştir. Çalışmanın amacı, bütçe denklemi geliştirilmesiyle bulanık doğrusal regresyon yaklaşımı kullanılarak hata değerinin minimize edilmesidir. Çalışma alanı için kullanılan Van Gölü havzası verileri Devlet Su İşleri, Meteoroloji Genel Müdürlüğü ve Türkiye İstatistik Kurumu yardımıyla sağlanmıştır. Tez kapsamında daha önce bu bölgede yapılan çalışmalar incelenmiştir. Tüm giriş ve çıkış değerleri için bulunan bulanık katsayı aralıkları veriler üzerinden hesaplanan bağıl hata yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır. Literatürde yer alan modeller farklı yaklaşımlar ile çalışmada uygulanmış ve modeller karşılaştırılmıştır. Modellerin tamamında su bütçesi denklemi hata değerinin düşürülmesinde yüksek miktarda etkisi olduğu görülmüştür. Bu neticede tüm modellerin su bütçesi denklemi geliştirilmesinde uygun olduğu saptanmıştır. Model-II olarak yazılan Hojati Bulanık Lineer Regresyon Model çalışmada en uygulanabilir model olarak seçilmiştir.

Özet (Çeviri)

Lake Van closed basin hosts many species with a high population. Lake Van is located in the east of Turkey. Lake Van basin includes some of the provinces of Turkey such as Van, Bitlis, Ağrı and Muş. It is surrounded by high mountains. It consists of different landforms because it is a region of high mountains and lakes, and although it is in the eastern Anatolia region with a harsh continental climate, Lake Van basin has a semi-continental climate feature. When the water budget equation is constructed for Lake Van, the input values of the system are precipitation and inflow value from streams around and the only output is the evaporation. Observed precipitation, inflow and evaporation data are taken from DSI and MGM. As a result of the studies carried out on Lake Van, it is observed that there are uncertainties in the literature. The water budget equation is created by the help of the continuity equation. In the continuity equation, the input values must be equal to the output values. However, when the equation is created according to the observed data, it could not be equal to zero and an error occurred. So, the water budget equation is constructed on deterministic principles. The study aims to decrease the error value by establishing fuzzy linear logic models. Six different approaches are used to create models. These models depend on the fuzzy logic approach. There are fuzzy coefficients within the scope of the equations used while building the model. These coefficients determine the importance of the precipitation, inflow and evaporation used in the equation. The impact of these terms can be increased or decreased within the scope of models. In case the coefficients found are greater than one, it is argued that the input or output data is more important than expected means the impact of the values is underestimated, and the terms with coefficients less than one are overestimated within the scope of the equation. In order to find the fuzzy coefficients, the percentage error estimation method is used in the study. For the percentage error estimation method, the behavior of the equation terms is examined individually. Percentage error for precipitation value is calculated between the arithmetic mean and the Thiessen method, which are two different methods used for the observed precipitation values. For the inflow values, the observed flow data in the percentage error estimation are compared with the values calculated with the help of the precipitation-runoff coefficient over precipitation. Evaporation values from the calculated values using the water balance equation are compared with the observed values to find percentage error. Using the percentage error estimation method, the fuzzy coefficient intervals are calculated. Water budget equation is improved with different fuzzy coefficient intervals for each input and output terms with different levels of confidence as h=0.5, h=0.7, h=0.9 and totally three models with two different approaches are created. Thus, the equation logic is changed and fuzzified. In all six different approaches are created, the equation is differentiated from the deterministic equation and optimized to reduce the error. The model with the lowest error value is selected from the created approaches.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    381832

    Uydu görüntüleri, meteorolojik veriler ve kamera fotoğrafları ile pamuk ve mısır bitkileri için rekolte tahmin modeli tasarımı: Şanlıurfa örneği

    Crop yield estimation model design for cotton and maize crops using satellite imagery, meteorological data and camera photographs: Şanlıurfa case study

    UĞUR ALGANCI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CANKUT ÖRMECİ

  2. Tez No

    766594

    Su dağıtım şebekelerinde en uygun basınç yönetimi metodunun belirlenmesi

    Determination of the optimal pressure management method in water distribution networks

    MEHMET MELİH KOŞUCU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET CÜNEYD DEMİREL

  3. Tez No

    647897

    Evaluation of wastewater treatment alternatives for different water reuse applications with modeling and cost analysis

    Modelleme ve maliyet analizi ile suyun yeniden kullanımında farklı uygulamalar için atıksu arıtma alternatiflerinin değerlendirilmesi

    PINAR UYANIK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TUBA HANDE BAYRAMOĞLU

    PROF. AYŞEGÜL AKSOY

  4. Tez No

    604788

    6360 sayılı yasanın büyükşehir belediyelerinin içmesuyu hizmetlerine etkisi: Antalya Büyükşehir Belediyesi örneği

    The impact of law 6360 on the drinking water services of metropolitan municipalities: Antalya Metropolitan Municipality

    SONGÜL BAŞKAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kamu YönetimiAkdeniz Üniversitesi

    Kamu Yönetimi ve Siyaset Bilimi Ana Bilim Dalı

    ÖĞR. GÖR. BİLGİ KÜÇÜKCAN

  5. Tez No

    47137

    Yukarı Ermenek Havzası karst hidrojeolojisi incelemesi

    Başlık çevirisi yok

    CAHİT YEŞERTENER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1995

    Jeoloji MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    Jeoloji (Hidrejeoloji) Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPARSLAN ARIKAN

Geri Dön