4
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Yağış-akış ilişkisinin yapay zeka yöntemleri ile modellenmesi
Yağış-akış ilişkisinin doğru bir şekilde modellenmesi su mühendisliğinde önem arz etmektedir. Bununla birlikte, hidrolojik sistemlerin karmaşıklığı ve nonlineer olma özelliği göz önüne alındığında, yağış-akış ilişkisi gibi olguları tanımlamak için hala birçok model geliştirilmektedir. Özellikle son yıllarda etkili olan küresel ısınma ve küresel iklim değişimi gibi etmenler sebebiyle yağış-akış ilişkisini belirlemek daha da önemli hale gelmiştir. Son zamanlarda, Yapay Sinir Ağı (YSA), Genetik İfadeli Programlama (GEP), Uyarlanabilir Sinirsel-Bulanık Çıkarım Sistemi (ANFIS) gibi yapay zeka teknikleri yağış-akış modellemesi gibi hidrolojik olaylar için kullanımı yaygınlaşmıştır. Bu tez çalışmasında, havza yağış-akış modellemesi için üç ayrı yapay zeka tabanlı yöntemler (YSA, GEP, ANFIS) ve istatistiksel bir yöntem olan Çoklu Doğrusal Regresyon (ÇDR) kullanılarak tahmin edilen akış değerleri, gözlenen akış değerleri ile karşılaştırılmıştır. Girdi parametrelerinden yağış verisi, 4km x 4km çözünürlükteki uydu verilerinden yararlanılmıştır. Yağış verisi havza için günlük ortalama yağış yüksekliği şeklinde elde edilmiştir. Akım verisi olarak Berta Suyu Havzası çıkışında bulunan EİE-2334 nolu akım gözlem istasyonunun (AGİ) günlük akış verileri kullanılmıştır. Akım verisinin Q(t-1), Q(t-2), Q(t-3), Q(t-4) ve yağış verisinin P(t), P(t-1), P(t-2), P(t-3) değerleri ile çeşitli girdi senaryoları oluşturulup çıkış olarak Q(t) ile eşleştirilmiştir. Girdilerin bir kısmı model eğitimi, kalan kısmı da test için ayrılmıştır. Modellerin performansı determinasyon katsayısı (R2) ve ortalama karesel hatanın kökü (KOKH) ile değerlendirilmiştir. Yapılan çalışmada ANFIS, GEP, YSA ve ÇDR sonuçlarının birbirine yakın olduğu tespit edilmiştir. Berta Suyu Havzası için en yüksek R2=0,988 ve en düşük KOKH=4,770 değerini veren modelin ANFIS-K1 olduğu görülmüştür. Yapılan bu çalışmalardan elde edilen sonuçlar doğrultusunda yapay zeka yöntemlerinin yağış-akış ilişkisini belirlemede kullanılabileceği tespit edilmiştir.
Eruh su dağıtım şebekesinin metasezgisel yöntemlerle optimizasyonu
Ülkemizde artan nüfusa bağlı olarak su kaynaklarının doğru kullanımı ve suyun tüketicilere ulaştırılması konuları gittikçe önemini arttırmaktadır. Suyun tüketicilere ulaştırılması maliyet gerektiren birçok işlemden oluşmaktadır. Bu maliyetin büyük bir kısmını su dağıtım şebekeleri oluşturmaktadır. Bu doğrultuda suyun tüketicilere ulaştırılması için kullandığımız şebeke borularının tasarımı da önem kazanmaktadır. Şebeke borularının maliyetlerini azaltmak için şebekenin tasarımı ve optimize edilmesi amacıyla kullanılan birçok yöntem bulunmakta olup, metasezgisel yöntemler kullanılarak boru çaplarının optimize edilmesi de bunlardan biridir. Bu çalışmada da mevcut bir içme suyu şebeke hattı, Epanet programında yeniden tasarlandıktan sonra Epanet-Matlab araç seti kullanılarak şebekedeki boruların çapları ile ilgili maliyet optimizasyonu yapılmıştır. Optimizasyon da metasezigesel yöntemler olan genetik algoritma (GA) ve parçacık sürü optimizasyonu (PSO) algoritmaları kullanılmıştır. Epanet programı ile tasarım yapılırken su dağıtım şebekesinin boru kotları ve çapları mevcut durumuna uygun bir şekilde hazırlanmıştır. Mevcut durumuna uygun bir şekilde Epanet programı yardımı ile yeniden tasarlanan şebeke hatları Matlab programına aktarıldıktan sonra şebeke borularına belli basınç kısıtlayıcıları getirilmiştir. Bu doğrultuda genetik algoritma ve parçacık sürü optimizasyonu algoritmaları kullanılarak şebeke boruları optimize edildikten sonra elde edilen yeni boru çapları yeniden Epanet programına girilerek sistem başarılı bir şekilde çalıştırıldı. Genetik algoritma ve parçacık sürü optimizasyonu algoritmaları ile yapılan optimizasyon sonuçları karşılaştırıldı. Bu tez çalışması kapsamında ele alınan Siirt iline bağlı Eruh ilçesi içme suyu şebeke hattı ile ilgili, yapılan optimizasyonlar sonucunda şebekenin boru maliyetlerinin bir miktar düşürüldüğü görülmüştür. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde yapılan optimizasyonda kullanılan algoritmaların kontrol parametrelerinin değişkenliğine bağlı olarak ortaya çıkan maliyetin azalma miktarı da farklılık göstermiştir. Bu tez çalışmasında Epanet-Matlab araç seti kullanılarak yapılan maliyet analizinde doğru kontrol parametreleri kullanıldığında başarılı sonuçlar elde edildiği tespit edilmiştir. Anahtar kelimeler: Epanet programı, Matlab, Epanet-MATLAB araç seti, metasezgisel optimizasyon algoritmaları, Genetik algoritma, Parçacık sürü optimizasyonu algoritması
Karayolları köprü ve menfez tasarım debilerinin coğrafi bilgi sistemleri ile belirlenmesi
Günümüzde coğrafi bilgi sistemleri (CBS), hidrolojik havza modellemesinin ayrılmaz bir parçasıdır. Havzanın drenaj alanı ve drenaj ağı, toprak yapısı ve bitki örtüsü, ortalama eğim, konsantrasyon süresi vb. hidrolojik parametreler CBS programları kullanılarak daha hızlı ve doğru bir şekilde belirlenebilir. Bu hidrolojik parametreler daha sonra mühendislik yapılarının tasarımında kullanılacak olan pik tasarım debilerini elde etmek için hidrolojik modelleme programlarında girdi olarak kullanılırlar. Bu çalışmada, Python programlama dili kullanılarak, herhangi bir havzanın hidrolojik özelliklerinin otomatik olarak belirlenmesini sağlayan açık kaynaklı bir CBS yazılımı olan QGIS için QSCS adlı bir eklenti geliştirilmiştir. Temelde girdi olarak seçilen eğri numarası veri seti ve yükselti rasterleriyle birlikte kullanıcıdan alınan koordinatları belli bir çıkış noktasına göre havza tasviri yapan QSCS, birtakım algoritmaların çalışmasından sonra HEC-HMS adlı hidrolojik simülasyon programı için bir şablon hazırlamaktadır. Bu çalışmada QSCS eklentisi kullanılarak 0.15 ve 0.36 biçim faktörlerine sahip iki farklı havzanın özellikleri belirlenmiştir. Belirlenen bu özellikler HEC-HMS programına aktarılmış ve her iki havza çıkışında gözlenen pik debiler sırasıyla 20.1 ve 38.2 m3/s olarak tahmin edilmiştir. Aynı zamanda tez çalışmasına uygulanabilirlik katması açısından havzalardan birinin çıkışında bir menfez yapılması planlanmıştır. Bu kapsamda HY-8 bilgisayar programında tasarım yapılmış olup 3x3 boyutlarında bir menfez seçilmesine karar verilmiştir. Çalışma sonucunda, pik tasarım debilerinin doğru tahmininde havzaların uygun şekilde alt havzalara bölünmesinin son derece önemli olduğu görülmüştür. Çok küçük boyutlarda seçilen alt havzaların pik debiyi yaklaşık iki kat daha yanlış tahmin ettiği görülmüştür. Ancak havza alanının çok büyük seçilmesinin hesaplama süresini pratik olmayan bir şekilde artırdığı görülmüştür. Aynı zamanda birçok althavzalara bölünen bir havzada çoğunlukla daha önceki gözlemlere dayanarak parametreleri seçilen bir akış yönlendirme metodunun seçilmesi ve doğru bir şekilde uygulanması gerektiği görülmüştür.
Yağmur suyu hasadının farklı bir yaklaşım ile değerlendirilmesi
Geçmişten günümüze insanoğlunun en önemli ihtiyaçlarından biri su olmuştur. Dünya nüfusunun hızla artması suya olan taleplerin artmasını da beraberinde getirmektedir. Aynı zamanda nüfusla orantılı olarak artan kentleşme ve sanayi faaliyetleri suyun yeryüzündeki döngüsünü olumsuz yönde etkilemektedir. Atmosfere salınan sera gazlarının sonucunda ortaya çıkan ve gittikçe büyük bir tehlike arz eden küresel iklim değişikliği, sel, taşkın, kuraklık, orman yangınları vb. anormal hidrolojik ve diğer olayların olmasına neden olmaktadır. Küresel boyutta iklimde meydana gelen bu değişimin de en büyük olumsuz etkisi su kaynakları üzerinde olmaktadır. Gittikçe artan su kıtlığı/stresi problemine çözüm için tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de yeni alternatif kaynakların arayışına gidilmektedir. Atık suların yeniden kullanımı, tuzdan arındırma, yağmur suyu hasadı vb. alternatif yöntemler üzerine güncel literatürde çok sayıda basılı çalışma mevcuttur. Geçmişi milattan önceki dönemlere kadar dayanan yağmursuyu hasat sistemleri zaman içerisinde gerekli ilgiyi kaybetmeye başlamış ve yeryüzünde müdahale edilmeden akışa geçen sulardan biri haline gelmiş olsa da günümüzde diğer alternatif kaynaklara oranla daha ucuz ve kolay elde edilebilir olmasından ötürü tekrar ilgi görmeye başlamıştır. Özellikle kurak ve su sıkıntısı çeken bölgelerde yağmur suyu hasadı daha da önem kazanmakta ve adeta bir zorunluluk haline gelmektedir. Eski zamanlarda farklı boyut ve geometride ve çoğunluğu doğal olan birbirinden farklı yapı malzemeleri ile inşa edilen sarnıçların yerini yapay depolama hacimleri almıştır. Yine önceleri daha çok içme ve kullanma amacıyla kullanılan sarnıç suları günümüzde sağlık endişesi ile bu amaçla kullanılmamaktadır. Daha çok sulama, sifon kullanımı, hayvancılık ve benzeri faaliyetler için kullanılmaktadır. Yine önceleri daha çok hidrolojik döngü içinde doğal ortamlardan toplanan yağmursuyu günümüzde, sızdırmaz özelliği olan çatı, yol, meydan ve benzeri yapay ortamlardan da hasat edilmeye başlanmıştır. Böylece sular, temiz (içme ve evsel kullanımda), gri (sifon, sulama vb.) ve kirli sular (daha çok sulama) olarak sınıflara ayrılmakta ve yerine göre kullanılmaktadır. Hasadı yapılan suyun farklı amaçlar için kullanımı su kaynakları üzerindeki baskıyı azaltarak sürdürülebilirlik açısından da fayda sağlamaktadır. Yağmur suyu hasadı hakkında güncel literatür incelenerek yağış hidrolojisi, toplama alanının yağmur suyunu etkileme durumu, depolama olması halinde tankın optimum boyutlandırılması üzerine geniş bir araştırma yapılmış ve tespit edilen değişkenler bu çalışmada dikkate alınmıştır. Ayrıca Üniversitemiz Edebiyat Fakültesi Binası pilot bina olarak seçilerek örnek bir uygulaması yapılmıştır. Bununla birlikte yağmur suyu hasadı ile ilgili olarak mevcut literatürde önerilenlerden farklı olarak yeni bir sınıflandırma yapılmıştır. Tez toplam Altı bölümden oluşmaktadır. "Giriş" bölümünden sonra, daha önce yapılmış çalışmaların değerlendirilmesini ve bu çalışmaların sınıflandırılmasını da içeren geniş bir literatür çalışması "Kaynak Özetleri" başlığı altında sunulmuştur. Literatür araştırması, konunun tarihçesi verildikten sonra "Yağmursuyu Hasadı", "Yağmur Suyu Hasadı Sistemleri" ve "Yağmur Suyu Hasadının Hidrolojisi" alt başlıkları ile ayrı ayrı sunulmuştur. Tez kapsamında kullanılan yöntem/yöntemler, tüm detayları ile geniş bir şekilde üçüncü bölümde verilmiştir. Dördüncü bölümde, çalışmadan elde edilen bulgular, sonuçlar paylaşılmıştır. Çalışmadan yapılan çıkarımlar ise "Sonuç ve Öneriler" başlığı altında sunulmuş ve uygun görülen öneriler paylaşılmıştır. Son bölümde ise çalışma sırasında yararlanılan kaynakların listesi sunulmuştur.