LEE- Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 8
-
ÖgeEffect of dynamic pet scaling with LAI and aspect on the spatial performance of a distributed hydrologic model(Graduate School, 2023-01-23)There are many valuable materials in world but non of them is as vital as water. Humankind has wanted to control water throughout history. First calendars were invented to predict dry and wet seasons. Floods of rivers were calculated, and irrigation systems designed. Astronomy was used to monitor the movements of Sun, Moon, and Earth to predict tides. Therefore, desire to control water is important reason to lead people to build megastructures. Today, huge dams were built for irrigation, flood control, water supply and energy production for cities. With the advancement of technology, opportinutities and development in observation system are increased. For example, Global Navigation Satellite Sysytem (GNSS), photogrammetry, Light Detection and Ranging (LIDAR) and Radio Detecting and Ranging (RADAR), Geographic Information System (GIS), and remote sensing. Additionally, surveying, and geological techniques are developed. Therefore, to improve model many different parameters are taken consideration. For example, temperature, humidity, soil type parameters, vegetation, aspect etc. In this thesis, we examine the effect of leaf-area-index (LAI) and aspect together on the model simulated actual evapotranspiration (AET) and water balance. Evapotranspiration covers both water evaporation and transpiration. The mesoscale Hydrological Model (mHM) which is fully distributed model process calibration the cycle for five different cases. PET correction driven by neither LAI nor aspect in Case 0. The purpose of adding this case to see the vegetation and aspect effect by comparing other cases. Aspect driven results have been checked in Case 1. Aspect defines direction of slope faces. Aspect is a degree that takes values from 0 to 360. LAI driven results have been checked in Case 2. LAI is the ratio between the vegetation area and the total area. Therefore, LAI is a unitless parameter. LAI, and aspect driven by the weight number results have been checked in Case 3. LAI, and aspect correction numbers are multiplied for PET correction and the results were checked in Case 4. Study area was selected as Main Basin where is part of the Middle Rhine in Germany. Main Basin was selected because gauge station of basin has longterm discharge data without missing values. Static maps (DEM, land use, soil maps etc.), temperature, and precipitation inputs between 2002 and 2014 are added to mHM. Flow values are taken from Global Runoff Data Center (GRDC). Spatial maps are referenced from datasets of moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS), European observation (E-OBS), and The Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). To improve water balance and spatial pattern of AET simulations, Kling-Gupta Metric (KGE) and Spatial Efficiency Metric SPAEF are used. For water balance simulation, one outlet gauge is used for calculations with objective function of KGE. For spatial pattern of AET, objective function of SPAEF is used. Best solutions and sensitivity of parameters were selected by sum of objective functions of KGE and SPAEF. In the continuation of study, the Parameter Estimation Tool (PEST) was used for sensitivity analysis and twenty-six parameters were selected. These sensitive parameters selected according to objective functions. Accoording to result, sensitive parameters contain especially LAI, aspect, and soil parameters. Selected parameters calibrated for each case by using Optimization Software Toolkit (OSTRICH) with Pareto Archived Dynamically Dimensioned Search (PADDS) algorithm. According to best result of each case, Case 3, and Case 4 show better performance than other cases both on water balance and spatial pattern of AET. This result show that using both LAI and aspect increase simulation performance of mHM. Case 2 also show better performance than Case 1 and Case 0. In this way, LAI corrected PET made simulation on streamflow and spatial pattern of AET better than aspect corrected case, and not corrected case. Raw PET water balance result is better than aspect corrected one. Best result of Case 3 is closer to the theoretical best sum of SPAEF and KGE than Case 4. That result show that using weight parameter (alphax) exhibited slightly better result than multiplied LAI and aspect corrected case. However, except best solutions Case 4 has better solution than Case 3 for only SPAEF. Additionally, validation with six gauges was done. Case 3 and Case 4 showed better KGE performance than other case. Especially Case 3 similarity with observed discharge is much higher than other cases with six gauges validation. Although the thesis is based on one basin study area, the findings suggest validating and calibrate AET and discharge by using both LAI and aspect.
-
ÖgeKazıklı rıhtım yapıları etrafında dalga etkisi ile oluşan oyulmaların deneysel olarak incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-12-16)Mevcut kıyı ve liman alanlarının tarih boyunca yüksek bir hızla artan deniz taşımacılığı için yetersiz kalması insanları farklı çözümlere yönlendirmiştir. Bunlardan biri deniz alanının kullanılarak dolgu limanlar inşa edilmesidir. Genellikle bitişik nizam kazık veya kazık-tabaka-kazık şeklinde inşa edilen bu deniz yapıları kuruldukları çevredeki akımı, dalga ve sediment hareketlerini değiştirmektedir. Kazık tabanı çevresindeki sediment hareketi nedeniyle oyulmalar oluşabilmekte ve bunun sonucunda yapıda kusurlar ve hatta çökmeler meydana gelebilmektedir. Literatür incelendiğinde daha önce oyulmalar için birçok çalışma yapıldığı görülmesine rağmen dolgu limanlar gibi projelerde görülen bitişik nizam kazık sistemi ile ilgili çalışmalara rastlanmamıştır. Genellikle yapılan çalışmalar köprü ayakları ve açık deniz rüzgâr tribünleri gibi yapıları temsil etmek amacıyla tekil narin, geniş kazıklarla ve aralıklı yerleştirilen grup kazıklar ile yapılmıştır. Bu çalışmada bitişik nizam kazık sistemi ile kurulan deniz yapılarının etrafındaki akış ve oyulma mekanizmalarını incelemek, oyulma bölgelerini ve derinliklerini tespit etmek amacıyla İstanbul Teknik Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarı'nda seri deneyler yapılmıştır. Deneylerin uygulandığı dalga kanalı 22,5 m uzunluğunda, bir metre genişliğinde ve 0,50 m yüksekliğindedir. Canlı yatak oluşturmak için kanalın ortasına üç metre uzunluğunda ve bir metre genişliğinde bir sediment havuzu yerleştirilmiştir. Bu havuzda kullanılan malzemenin ortalama tane çapı 0,72 mm'dir. Düzenli dalga üreten bir palet kullanılan kanalda yapılan deneylerde önce farklı dalga özellikleri ile deneyler yapılmış daha sonra ise sabit dalga koşullarında kazıkların farklı açılarla yerleştirilmesiyle seri deneyler yapılmaya devam edilmiştir. Deneylerde kazıkları temsilen 75 mm çapında ve 50 cm yüksekliğinde, hidrolik olarak pürüzsüz kabul edilebilecek PVC borular kullanılmıştır. Kazık grubu kanal duvarına bitişik olarak konumlandırılmıştır. Deneylerde kanaldaki su yüksekliği 35 cm olarak sabit tutulmuştur. Deneylerde dalga boyu 1,90 m, dalga yüksekliği 7 cm ve periyod 1,28 saniyedir. Keulegan Carpenter katsayısı 2,56 olarak hesaplanmıştır. Deneyler düzenli dalga altında altı saat süreyle yapılmıştır. Deney süresi boyunca oyulma alanı çevresindeki akım ve çevrintiler tanecikler yardımıyla gözlemlenmiştir ve kamera ile kayıt altına alınmıştır. Gözlemlenen oyulma alanı ve hareketi kararlı hale geldikten sonra ADV yardımıyla hız ölçümleri yapılmıştır. Ölçümler 3 cm aralıklarla oyulmanın etkin olduğu tüm alanda birçok noktada alınmıştır. Karşılaştırma yapabilmek için tabanda bozulmanın olmadığı bölgelerde de hız ölçümü yapılmıştır. Ölçümlerden elde edilen verilerle yapılan hesaplamalarda Shields parametresinin kritik değerden oyulma bölgelerinde büyük olduğu saptanmıştır. Bu durum da yatakta sediment hareketi olduğunu teorik olarak göstermektedir. Deney süresi sonunda kanaldaki su boşaltılırken yatağın bozulmaması için sediment havuzunun altına oyulma bölgesini etkilemeyecek şekilde drenaj boruları yerleştirilmiştir. Deney bitiminde kanaldaki su yavaşça boşaltılmış ve oyulma alanının bozulmaması sağlanmıştır. Oyulma bölgesi kuruduktan sonra tarama işlemi gerçekleştirilmiş ve cetvel ile derinlik ölçümleri yapılmıştır. Bu ölçümler eşyükselti haritaları çıkarabilmek için sık aralıklarla ve oyulma-birikme alanları dikkate alınarak yapılmıştır. Yapılan ilk deneylerde 6 adet kazık birleştirilerek bir liman yapısının köşesini temsil edecek şekilde kanal duvarının kenarına konumlandırılmıştır. Farklı dalga özellikleri ile birkaç deney yapılmış ve oyulma alanları ve derinlikleri gözlemlenmiştir ancak hız ölçümleri alınmamıştır. Daha sonra sabit dalga özellikleri altında, birleştirilen kazık yapısı ile kanal duvarı arasındaki açı olan alfa açısı 0, 30, 60, 90 derece olacak şekilde kazık yapısı yeniden konumlandırılarak bir seri deney daha yapılmıştır. Bu deneylerde kıyı yapısına farklı açılarla gelecek dalgaların farklı olabilecek etkilerini incelemek amaçlanmıştır. Deneylerde kullanılan kazık çapının dalga boyuna oranı (D/L) 0,1'den küçük olduğu için yapı narin kazık statüsünde yer almaktadır. Kamera kayıtlarının incelemesi ve hareketlerin takip edilmesi ile gözlemlenen at nalı çevrintisi benzeri hareketler bunu doğrulamaktadır. Çevrintinin periyodu 0,55 s olarak ölçülmüştür. Deneylerden alınan hız verileri ile oyulma bölgelerinde yatak kayma gerilmesi ve Shields parametresi hesaplanmıştır. Hesaplanan yatak kayma gerilmeleri ve Shields parametresi değerleri eşyükselti eğrileri grafiği ile verilmiştir. Yatak kayma gerilmesinin oyulma bölgelerinde kritik değerin yaklaşık 6 katına kadar, Shields parametresinin ise kritik değerin yaklaşık 5 katına kadar arttığı hesaplanmıştır. Hem çevrintilerin gözlemlendiği hem de yatak kayma gerilmesinin ve Shields parametresinin maksimuma ulaştığı bölgelerde oyulmanın maksimum değere ulaştığı görülmüştür. Maksimum oyulmanın kazık çapına oranı (S/D) 0,13 olarak hesaplanmıştır. Maksimum oyulmalar genelde dalganın geliş yönündeki ilk temas eden köşe kazık çevresinde ve oyulma-birikme-oyulma örgüsünün devamında üçüncü kazık çevresinde tespit edilmiştir. Bu durum da bitişik nizam kazık sistemi uygulanacak yapılarda oyulma problemine sadece köşe kazık çevresinde değil yapı boyunca dikkat edilmesi gerekliliğini göstermiştir. Deneylerin sonucunda oyulma miktarının yanı sıra oyulmanın ne kadar mesafede etkili olduğu da ölçülmüştür. Etki mesafesinin kazık çapına oranı (Xs/D) maksimum 1,64 olarak ölçülmüştür. Bu durum geçmişte yapılan çalışmalarda koruma alanı için önerilen 3-4D mesafesinden kısa olduğu için bitişik nizam kazık sistemiyle yapılan yapılarda fazladan önlem almayı gerektirecek bir duruma rastlanmamıştır.
-
ÖgeTabakalı akımların hidrodinamiği, akım ve karışım parametrelerinin matematik modeli(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-07-21)İnsanlık tarihi boyunca boğazlar önemli bir odak noktası olmuştur. Bu ilginin temel nedeni boğazların okyanuslara, denizlere, göllere kıyasla çok farklı bir yapıya sahip olmasıdır. Boğazlar kabaca iki denizi birbirine bağlayan dar kanallar olarak tanımlanabilir. Tüm bunlara ek olarak boğazların sahip olduğu iki tabakalı akım yapısı, boğazlara karşı olan merak ve ilgiyi daha da arttırmaktadır. Boğaz yapılarındaki tabakalaşma birbirine zıt yönlü akımlardan oluşmaktadır. Boğazlardaki bu zıt yönlü akımı ise boğazın birbirine bağladığı iki büyük su kütlesinin su seviyesi farkı ve yoğunluk farkı oluşturmaktadır. Su seviyesi farkının neden olduğu yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğru oluşan, yoğunluk farkından kaynaklanan yüksek yoğunluğa sahip kısımdan düşük yoğunluğa sahip kısıma doğru akan zıt yönlü ikinci bir akım mevcuttur. Aktarılan bu tabakalı sistemin hidrodinamiğinin ve akım koşullarının incelenmesi ve daha iyi anlaşılabilmesi için gerek saha ölçümleri gerekse matematiksel ve sayısal modeller uzun bir süredir kullanılmaktadır. Öncelikle literatürde tabakalı akımların hidrodinamiği ve akım koşulları için yapılan çalışmalar incelenmiştir. Yapılan bu kapsamlı çalışmalar sayesinde tabakalı akımlar derinlemesine incelenmiş ve tabakalı akımların akım mekanizması bu tez kapsamında özetlenmiştir. Özellikle yapılan saha ölçümleri ve matematiksel modellerin birbiri ile kıyaslanması bu konunun ne kadar ilgi çekici ve bir o kadar önemli olduğunun en önemli göstergelerindendir. Yapılan çalışmalar gösteriyor ki oluşan tabakalaşmanın stabilitesinin ölçütü olarak boyutsuz Richardson sayısı kullanılmaktadır. Tabakalar arası karışım Richardson sayısına bağlı bir fonksiyon olarak ifade edilebilmektedir. Farklı akım koşullarına göre, Richardson sayının değerine göre, bu fonksiyon için farklı kasayılar da tercih edilmekte olup bu durum akımın Reynolds sayısı ile ilişkilendirilmektedir. Özellikle Richardson sayısının çarpanı ve üssü olan sabitlerin belirlenebilmesi için birçok farklı yaklaşım söz konusudur. Bu yaklaşım için karışımın Richardson sayısı ile ters orantılı olacağı genellemesini yapmak yanlış olmayacaktır. Yani Richardson sayısı arttıkça ara yüzeydeki karışım miktarı azalırken Richardson sayısı azaldıkça ara yüzeydeki karışım miktarı artmaktadır. Bir diğer önemli nokta ise tabakalar arası hızların zıt yönlü olmasından dolayı hız değerlerinin toplamıyla işlem yapmak gerektiğidir. Tabakalı akımların hidrodinamiği ve akım koşullarını inceleyen disiplininde yapılan birçok çalışmada genellikle tabakalar arası karışım ihmal edilip çözüm mekanizması geliştirilmiştir. Tabakalar arası karışımın ihmal edilmediği çalışmalarda ise çok daha karmaşık sistemlerin çözülmesi zorluluğu ortaya çıkmaktadır. Bu tez kapsamında da tabakalar arası karışım göz ardı edilmeden ve boğazın hidrodinamik koşulları yansıtılarak daha etkin bir çözüme ulaşmak hedeflenmiştir. Bu etkin matematiksel çözümün girdi parametreleri değiştirilerek istenilen herhangi bir boğaz için çözüme ulaşabilmek bu tezin ortaya çıkışında temel yapı taşı olmuştur. Amaçlanan bu hedef doğrultusunda, modelin uygulanması için en uygun boğaz sisteminin ülkemizde bulunan ve Avrupanın da en önemli boğaz sistemlerinden biri olan İstanbul ve Çanakkale Boğazları (Türk Boğazlar Sistemi) olduğu su götürmez bir gerçektir. Gerek tarih boyunca taşıdıkları önem gerekse fiziki özelliklerinden dolayı bir çok kapsamlı çalışmaya konu olan bu boğaz sistemi bu tez kapsamında da incelenmiş ve karışım mekanizması ortaya konulmaya çalışılmıştır. Modelde amaçlanan bir diğer nokta ise girdi parametrelerinin değiştirilerek farklı akım koşulları için sonuçların elde edilebilmesidir. Alt ve üst tabakaların akım debileri ve tabaka derinlikleri daha önce yapılmış olan çalışmalar ışığında alınan ortalama girdi parametreleri değerleri ile hesaplanmıştır. Özellikle boğazlardaki yoğunluk farkına neden olan tuzluluk oranın farklı değerler alması halinde model sonuçlarının nasıl değişeceğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Daha sonra farklı tuzluluk değerlerinin alt ve üst akımın debi ve derinlik değerlerine etkisinin daha iyi anlaşılabilmesi için model tuzluluk farkına göre parametrik olarak çalıştırılmıştır. Bu aşamada üst ve alt tabaka akımlarının baskılanıp durma seviyesine geldikleri limit su seviyesi farkı değerleri de hem İstanbul Boğazı hem de Çanakkale Boğazı için tuzluluk farkı bir fonksiyonu olarak elde edilmiştir. Bu sonuçlardan açıkça görülmektedir ki, üst ve alt tabakadaki tuzluluk farkı arttıkça akımı durma noktasına getiren limit su seviyesi farkı da hem üst hem de alt tabaka için artmaktadır. Bu matematik model sonuçları, daha önce yapılan çalışmasında elde edilen üst ve alt akım debileri ve net debi farkı değerleri ile karşılaştırıldığında uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Bu yüksek lisans tezi kapsamında uygulanan matematik model ile daha önce ortaya konulmuş olan dört bilinmeyenli dört denklem takımı esas alınarak, bunlara ek olarak dört bilinmeyen ve dört denklem takımı daha eklenerek tabakalı akımların hidrodinamiği ve akım koşulları göz önünde bulundurularak karışım mekanizması çözülmeye çalışılmıştır. İlk denklem takımında bilinmeyenler alt ve üst tabaka debileri ve boğaz yapısının iki ucundaki su seviyesi yükseklikleridir. Bu bilinmeyenlerin çözümünde kullanılan denklem takımları ise iki adet enerji denklemi ve iki adet su kütlesi korunumu denklemi ve Froude Şartı denklemidir. Bu tez kapsamında karışım mekanizmasının da çözümlenebilmesi için eklenen dört bilinmeyen ise alt tabakadan üst tabakaya ve üst tabakadan alt tabakaya geçen karışım debileri ve boğaz yapısının giriş-çıkısındaki tuzluluk değerleridir. Çözüm için kullanılan ek denklemler ise iki adet karışım hızı denklemi ve iki adet tuz kütlesi sürekliliği denklemleridir. Hazırlanan bu denklem takımları neticesinde alt tabakadan üst tabakaya, üst tabakadan alt tabakaya geçen karışım debileri ve tuzluluk değişimleri ortaya konulmaya çalışılmıştır. Çanakkale Boğazı'nın ortalama su seviyesi için karışım içeren matematiksel modelden elde edilen matris incelendiğinde, üretilen bulguların literatürdeki değerlerle örtüşmediği ortaya çıkmaktadır. Bu farklılığın olası nedenini belirlemek için kullanılan denklem setlerinin sonuçları dikkatlice incelenmiştir. Modelde kullanılan Froude durum denklemlerinin Çanakkale Boğazı için istenen sonucu veremeyebileceği, çünkü Çanakkale Boğazı'nın geometrisinin neden olduğu su seviyesi ve akış rejimindeki kademeli değişimin durumu yansıtamayacağı sonucuna varılmıştır. Sonuç olarak İstanbul Boğazı için elde edilen karışım debileri ve tuzluluk değerleri bu güne kadar yapılmış olan modellerle ve saha ölçümleri ile karşılaştırıldığında tutarlı sonuçlar elde edilmiştir. Özellikle oluşturulan modelin tüm tabakalı akımlar için girdi parametrelerini belirleyerek sonuç vermesi ve diğer matematiksel modellere kıyasla işlem yükünün daha az olması bu modelin avantajlarıdır. Unutulmamalıdır ki bu tür matematik model yaklaşımları hem saha ölçümlerine hem de laboratuvar deneylerine ek olarak bu tarz mekanizmaların incelenmesinde ve anlaşılmasında çok önemli rol oynamaktadır. Tüm bunlara ek olarak, modeldeki karışım mekanizmasının daha hassas temsil edilebilmesi için, karışım denklemleri Boğaz boyunca her 100 m aralık için çözülmüş ve matematik modele toplam karışım debisi olarak yansıtılmıştır. Ancak bu yaklaşımla da elde edilen sonuçlarda İstanbul ve Çanakkale Boğazı için aynı sonuçlar elde edilmiş ve işlem yükü çok daha üst seviyelere gelmiştir. Yani bu yüksek lisans tezinin çıkış noktası olan boğazdaki karışım debilerinin etkili ve pratik bir şekilde hesaplanabilmesi ilkesinin dışına çıkılmış olmaktadır.
-
ÖgeYağmur suyu ızgaralarının hidrolik verimliliğinin makine öğrenmesi yöntemleriyle modellenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-30)Kentler geçmişten günümüze insanlığın gelişimi ile paralel bir şekilde gelişmiş bu gelişmeler kentlere dair yeni inovasyonları getirmiştir. Bu inovatif süreçte kentlerin inşasında düşük geçirimli malzeme kullanımının da artması zamanla yoğun yağış durumlarının daha da sorunlu hale gelmesine sebep olmuş, yağış durumlarında gelen su muhtevasının sel gibi sorunlara sebebiyet vermeden daha kontrol edilebilir alanlara aktarılması için kentsel drenaj sistemlerinin tasarımındaki kullanılan ızgara tipinden, kanalizasyon borularına kadar her ayrıntı önemli hale gelmiştir. Yolda bulunan enine ve boyuna eğimlerden, bölgenin iklim ve zemin şartlarına, bölgedeki nüfus yoğunluğundan, kent planlamasındaki ayrıntılara kadar birçok koşul drenaj sisteminin tasarımında önemle dikkate alınır. Bu çalışmada bu ayrıntılar göz önünde bulundurularak yapılan deney çalışmasında drenaj sisteminde kullanılan birbirinden farklı 6 adet ızgara tipinin yakaladığı su muhtevası verilerini elde etmek ve bu verileri Makine öğrenmesi regresyonu ile değerlendirmek amaçlanmıştır. Öncelikle kentsel drenaj sistemleriyle ilgili geçmişten günümüze yapılan tüm deneysel çalışmalar incelenmiş ve bu çalışmaların ayrıntısı hakkında bilgi verecek özetler çıkarılmıştır aynı zamanda bu ayrıntılara daha kolay vakıf olunabilmesi adına bir tablo oluşturulmuş ve tabloda çalışmaların kim veya kimler tarafından ne zaman yapıldığı, teste tabi tutulan giriş tipi, kullanılan ızgara veya konfigürasyon sayısı, oluşturulan deney düzeneği özellikleri, formülasyon tipleri ve önerilen denklemler hakkında bilgiler verilmiştir. Daha sonra kentsel drenaj sistemleriyle ilgili ayrıntılı bir araştırma yapılmış sistemlerin tasarımında önemli olan ayrıntılar incelenmiştir. Kentsel drenaj sistemlerinin tüm bileşenleri hakkında bilgiler verilmiş gerekli olabilecek denklemlerden bahsedilmiştir. Çalışmanın üçüncü kısmında ise deney çalışması için yapılan deney platformu hakkında ayrıntılar verilmiş ve platformun yapımında dikkat edilen noktalara önemle değinilmiştir. Deney platformu, İstanbul Teknik Üniversitesi Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği laboratuvarında oluşturulmuştur. 1,2 m genişliğinde, 6,75 uzunluğunda metal platform kullanılmıştır. Suyun yolun içerisinde kalması için platform kenarları da yine metal plaka ile çevrilmiştir. Yolun enine eğimi, şehir içi yollar için bazı geometrik tasarım kılavuzlarının izin verdiği maksimum enine eğim olan %0 ila %5 arasında değişebilir. Aynı şekilde, dağlık bölgelerdeki yüksek eğimli yolları temsil eden boyuna eğim ise %0 ila %10 arasında değişebilir. Çalışmada da bu kriterleri dikkate alarak %1 ila %5 arasında %1 artarak değişen enine eğim, %1 ila %10 arasında %1 artarak değişen boyuna eğim konfigürasyonları kullanılarak her bir ızgara ve debi koşulu için 50 farklı veri alınmıştır. Deney çalışmasında 6 farklı ızgara girişi için test yapılmıştır. Çalışmada her bir ızgara için 6 farklı debi, 5 farklı enine eğim, 10 farklı boyuna eğim olmak üzere toplamda 300 farklı konfigürasyonda; ızgara girişi başlangıcı akış derinliği (d), ızgara tarafından yakalanan akışın boşaldığı plastik haznenin çıkışında bulunan V çentik savaktaki su yüksekliği (h) ve sisteme bırakılan tüm suyun boşaldığı büyük haznenin çıkışında bulunan V çentik savaktaki su yüksekliği (H) ölçülmüştür. Çalışmanın dördüncü kısmında ise elde edilen verilerin değerlendirilmesi için izlenecek süreçlere değinilmiş ve kullanılan yöntemler hakkında ayrıntılı bilgiler verilmiştir. Bu araştırma kapsamında makine öğrenmesi uygulamasına tabi tutulmak üzere toplam 1800 deneysel veri elde edilmiştir. Elde edilen veriler makine öğrenmesi tekniği ile regresyon uygulamasına tabii tutulmuştur. Makine öğrenmesi için çeşitli algoritmalar geliştirilmiş ve bu algoritmalar birçok parametreye bağlıdır. Bu parametrelerin ayarı doğru sonuçları elde edebilmek adına mühim bir noktadır. Parametrelerin ayarı için optimizasyon algoritmaları kullanılmıştır. Makine öğrenmesi modellerini eğitmek için tüm veri kümesi eğitim (%70) ve test (%30) olmak üzere iki ana bölüme ayırılmıştır; eğitimde ise makine öğrenmesinde yaygın olarak karşılaşılan sıkıntı olan Aşırı Öğrenmeyi (Overfitting) önlemek için 5 kat çapraz doğrulama gerçekleştirilmiştir. Orijinal veri seti sayısal değerler içerdiğinden, bu çalışma K-En Yakın Komşu algoritması (KNN), Rastgele Orman algoritması (RF), Destek Vektör Makinesi algoritması (SVM), Yapay Sinir Ağı (ANN) regresyon uygulamalarını ele almıştır. Ek olarak, bu algoritmaların hiperparametre ayarını gerçekleştirmek için bu algoritmaların modelleri, gelişmiş teknoloji ürünü meta-sezgisel optimizasyon algoritmaları olan Yapay Arı Kolonisi algoritması (ABC), Yerçekimsel Arama algoritması (GSA), Guguk Kuşu Arama (CS) algoritması, Parçacık Sürüsü algoritması (PSO) ve Genetik algoritma (GA) ile hibritleştirilmiştir. Optimizasyon sürecinde parametre aralıkları tanımlanmış ve optimum model parametrelerine ulaşmak için toplam 1.000 konfigürasyon taranmıştır. Son olarak sonuç ve öneriler kısmında elde edilen sonuçların değerlendirilmesi yapılmıştır. Sonuçların değerlendirilmesiyle birlikte gerekli görülen yeni önerilerde sırasıyla ifade edilmiştir.
-
ÖgeHidrolojik model yapısının ve kalibrasyon algoritmasının debi simülasyon performansına etkisi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-22)Dünya genelinde gerek tüketimin artması, gerek küresel ısınma gibi etkenlerden ötürü su kaynaklarının korunması gün geçtikçe önem kazanmaktadır. Bu bağlamda yapılacak her müdahale, alınacak her önlem öncesinde bir hazırlık ve planlama süreci gerektirir. Günümüzde su yönetimi stratejilerine yön veren hidrolojik modeller, farklı yöntemlerle kurdukları yağış-akış ilişkisi ile başta debi olmak üzere hidroloji bilimine katkıda bulunan ve doğal döngüye dahil olan bir çok kavrama dair çıktılar sunmaktadır. Bu çalışmada hidrolojik döngünün devam edebilmesinde en önemli etkenlerden olan DSİ ve EİE kontrolündeki 523 no'lu akım gözlem istasyonuna ait debi değerleri referans alınarak, bu süreçleri üç farklı yapıda işleyen Génie Rural à 4 paramètres Journalier (GR4J), Soil Water Asesessment Tool Plus (SWAT+) ve mesoscale Hydrological Model (mHM) modellerinin ve bu modellere ait parametrelerin kalibrasyonunda kullanılan Levenberg-Marquardt (LM), Shuffled Complex Evolution (SCE) ve Covariance Matrix Adoption Evolution Strategy (CMAES) algoritmalarının performansı Gediz Havzası'nın doğduğu bölge olan Acısu Havzası için değerlendirilmiştir. Hidrolojik modeller kullanım amaçlarına göre farklı parametreler ve farklı mekansal çözünürlükler kullanarak verileri işlemektedir. Temeli bir performans karşılaştırmasına dayanan bu çalışmada modellerin ve algoritmaların birleşiminden çıkacak sonuçların tarafsız bir şekilde değerlendirilebilmesi amacıyla, üç hidrolojik modelde de ortak olan girdiler için (yağış, sıcaklık, potansiyel evapotranspirasyon) European Center for Medium-Range Weather Forecast (ECMWF) ERA5 kaynağından elde edilen veri setleri kullanılmıştır. 30 km x 30 km çözünürlüğe sahip olan ERA5 verisi, toplu model olan GR4J için tek bir zaman serisi olarak tüm havza ölçeğine, yarı dağılı model olan SWAT+ için alt havzaları temsil edecek ölçeğe ağırlıklı ortalama yöntemi ile indirgenmiştir. mHM modeline ise noktasal veri olarak varsayılan ölçeği ile tanımlanmıştır. Sonrasında modellerin ihtiyaç duyduğu diğer girdiler tanımlanmış (DEM, Arazi Kullanımı, Toprak Haritası vb.) ve kurulum aşaması tamamlanmıştır. Çalışmanın devamında, hidrolojik modellerin kalibrasyonu yapılmıştır. Bu aşamada kalibrasyon aracı olarak Parameter Estimation Tool (PEST) kullanılmıştır. Kurulan hidrolojik model dosyalarının PEST ile entegrasyonu gerçekleştirilmiştir ve kalibre edilecek parametrelerin belirlenmesi için otomatik hassasiyet analizi yapılmıştır. GR4J modelinin 4 parametresinden 3'ü, SWAT+ modelinin debi üzerinde etkili olan 20 parametresinden 10'u ve mHM modelinin 66 parametresinden 15'i belirlenen eşik değer üzerinde kalibrasyon aşamasında kullanılmıştır. Kalibrasyon için PEST'in içerdiği 1 lokal (LM), 2 global (SCE ve CMAES) yöntem kullanılırken, kalibrasyon periyodu için 1991-2000 yılları, validasyon periyodu için ise 2002-2005 yılları arasındaki veriler kullanılmıştır. Bu kapsamda üç farklı mekansal çözünürlüğe sahip hidrolojik model yapısının, bir lokal ve iki farklı global yöntem ile kalibre edilerek karşılaştırıldığı ilk çalışma olma özelliği taşımaktadır. Çalışma sonucunda elde edilen bulgular çerçevesinde hidrolojik model yapılarının ve kalibrasyon algoritmalarının debi çıktısı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Dokuz farklı model-algoritma kombinasyonuna ait debi çıktıları 7 farklı istatistiksel gösterge ile değerlendirilmiştir (NSE, KSE, R2, RSR, MSE, RMSE). Amaç fonksiyonu olarak Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) değeri ile kalibre edilen kombinasyonlara ait çıktıların, gözlenmiş değerler ile aralarındaki ilişki incelendiğinde, dağılı model olan mHM modeli ile global yöntemlerden CMAES algoritmasının en yüksek debi performansı gösteren entegrasyon olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Ulaşılan sonuçların çalışma alanı kapsamında geçerli olduğu ve genelleştirilebilmesi için farklı özelliklere sahip havzalarda da benzer çalışmanın uygulanması gerektiği belirtilmiştir.