Su kalitesi gözlem ağlarının entropi yöntemi ile zaman/konuma göre buyutlandırılması

Son yıllarda, mevcut ölçüm ağlarının performansı ve elde edilen verilerin niteliği, ciddi bir şekilde gözden geçirilip değerlendirilmeye başlanmıştır. Bu yaklaşımın iki temel nedeni vardır. Birincisi, günümüzde boyut ve kapsamları genişlemiş olan su kalitesi yönetim planlan için gerekli olan bilgiyi sağlayacak etkin bir bilgi sistemine ihtiyaç duyulmaktadır. İkincisi, bu sistem, çoğunlukla kısıtlı nitelikte olan mali kaynaklar, örnekleme ve analiz olanakları ve personel ile gerçekleştirilmek zorundadır. Mevcut su kalitesi gözlem ağlarında, hangi değişkenin nerede, hangi sıklıkta ve ne kadar süreyle ölçülmesi gerektiği gibi teknik tasarım özelliklerinin belirlenmesinde güçlüklerle karşılaşılmaktadır. Öte yandan, bir gözlemin maliyeti kolaylıkla belirlenebilirken, bunun sağlayacağı faydalar ölçülebilir bir büyüklükle tanımianamadığından sağlıklı bir fayda/masraf analizi gerçekîeştirilememektedir. Aslında, henüz bu problemlerin optimum çözümü konusunda belirgin bir kriter de ortaya konamamıştır. Sunulan çalışmanın amacı, yukarıda bahsedilen iki sorunu araştırmaktır. Yani bu çalışmada: (a) bir gözlem ağının sağlayacağı bilgi, zaman ve konuma bağlı olarak değiştiğinden, bu iki unsuru birarada değerlendirerek gözlem ağı tasarımın gerçekleştirilmesi, (b) bu değerlendirmeyi yapabilmek için de, yapılacak gözlemin getireceği bilgiyi ölçülebilir bir büyüklükle tanımlamak üzere bir yöntem geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu yöntemin ortaya konulmasında ise, bilgi kuramında tanımlı entropi yöntemi kullanılmıştır. Zaman/konum bileşenlerinin birlikte değerlendirilebilmesi için ilk olarak gözlem istasyonlarının en iyi kombinasyonunun belirlenmesi gerekmektedir. Daha sonra, birinci öncelikli istasyondan başlamak üzere istasyon sayısı, öncelik listesindeki yeni istasyonların kombinasyona ilave edilmesi suretiyle birer birer arttırılmaktadır. Her yeni istasyon ilaveVI edildiğinde, farklı ölçüm sıklıklarında bu istasyonun getireceği bilgiyi tanımlayabilmek için ölçüm periyodu arttırılmaktadır. Son olarak, farklı istasyon sayılarına karşılık çeşitli ölçüm sıklıklarında elde edilen bilgideki değişimler bir grafik üzerinde göstermektedir. Bu değerlendirmede kullanılan bilgi ölçütü, zaman ve konum bileşenlerine bağlı olarak aktarılan bilgiyi gösteren transinformasyon değerleridir. Zaman/konum kombinasyonları, en az tekrarlanan bilgiye sahip olacak şekilde seçilmektedir. Gerek istasyon sayısının, gerekse ölçüm sıklığının artırılması maliyette artışa yolaçmakta, bu da zaman/konum sıklıklarının azaltılmasıyla oluşacak bilgi kaybına karşılık maliyette oluşacak azalmanın mukayesesine olanak tanımaktadır. Entropi yöntemiyle zaman/konum sıklıklarının analizi, mevcut bir gözlem ağından elde edilen verilerle gerçekleştirilmek zorundadır. Ayrıca, gözlem ağından elde edilebilecek bilgiyi sağlıklı olarak tahmin edebilmek için, bu veri setinin zaman ölçeğinde oldukça uzun süreli ve mümkün olduğu kadar uniform bir yapıda olması gerekmektedir. Türkiye'deki havzalara ait mevcut veri dizileri oldukça kısa süreli ve eksikli olduğundan yöntem, öncelikle Amerika' daki Mississippi havzasına ait uzun süreli ve düzenli veri dizileri kullanılarak geliştirilmiş ve denenmiş; daha sonra kısa süreli ve eksikli verilere uygulanabilirliğini göstermek üzere Türkiye'deki Porsuk havzasında uygulanmıştır. Kullanılan her iki havza da aylık gözlenmiş su kalitesi verilerine sahip olduğundan bir aydan daha büyük ölçüm sıklıklarının araştırılması mümkün olamamıştır. Bu nedenle, günlük, haftalık, 1 5 günlük, aylık gibi sıklıklarda bilgi miktarındaki değişimin incelenmesi amacıyla, Yukarı Ceyhan havzası günlük akım verileri kullanılmıştır. Fakat, Ceyhan havzası akım gözlemleri yalnızca 8 yıllık bir dönemi kapsadığından, bu kısa örnekleme aralıklarının aylık periyodun üzerindeki sıklıklara açılması ise ancak aynı istatiksel özelliklere sahip sentetik veri üretilmesi ile sağlanabilmiştir. Zaman/konum bileşenlerine göre boyutlandırma, gözlem ağlarının temel bir özelliğini yansıtmakta, yani istasyon sayısı ve ölçüm sıklığındaki artış gözlem ağındaki tekrarlanan bilginin artmasına yolaçmaktadır. Bu problemin çözümü için farklı iki yaklaşım uygulanmıştır. Birinci yaklaşımda, tüm istasyonlarda aynı sıklıkta gözlem yapılacağı kabul edilmiştir. Bu yaklaşımla, tekrarlanan bilgi, istasyon sayısı ve örnekleme aralığı arasında, su kalitesi değişkeninin zamansal değişkenliğinden ziyade konuma göre değişkenliğini gösteren bir ilişki elde edilmiştir. Bu nedenle, havzadaki birinci öncelikli istasyonun sık gözlemVII yapılan baz istasyon olarak seçildiği ikinci bir yaklaşım denenmiştir. Örnekleme aralığı diğer tüm istasyonlarda arttırılarak, baz istasyon ile diğer istasyonlar arasındaki tekrarlanan bilgi miktarı araştırılmış ve sonuçta havzadaki su kalitesinin hem zamana hem de konuma bağlı değişkenliğini yansıtabilen bir bağıntı bulunmuştur. Yukarıda aktarılan analizler ve elde edilen sonuçlardan anlaşılacağı üzere, sunulan çalışma amacına ulaşmıştır; yani, gözlem ağlarının değerlendirilmesini sağlayacak bilgi esaslı bir yöntem geliştirilmiş ve zaman/konum bileşenlerine göre tasarım problemi optimum dizayn alternatiflerini üretecek şekilde çözülmüştür. Optimum boyutlandırma işleminin tamamlanabilmesi için, gözlem maliyetlerinin de yönteme ilave edilmesi gereklidir. Aslında, örnekleme işlemlerinin birim fiyatları hakkında bilgi temin edildiğinde gözlem maliyetleri kolaylıkla belirlenebilmektedir. Sunulan çalışmada bu tür veriler elde edilemediğinden, örnekleme maliyetlerinin analizi yapılamamıştır. Gelecekteki çalışmalarda, yöntemin örnekleme maliyetlerinin analizini de gerçekleştirecek şekilde geliştirilmesi hedeflenmektedir