Yapay sinir ağları ve bulanık mantık yöntemleri ile kuraklık tahmini

Abstract

Drought is one of the most important natural hazards among other catastrophes that has a great influence on life and economy. In the recent years It is one of the most important problems faced in our country. Drought causes deficiency in satisfying the water demand because of insufficient water resources. Related to water resources, the precautions to be taken and plans about the determination, monitoring and decreasing the influences of this uncertainty will be the subject of hydrological studies. World Meteorological Organization, drew attention to the fact that Turkey is facing drought according to the data of their Commission for Climatology and state that the increase of precipitation will not finish drought in a short time. The effects of global climate change, erosion, loss of forests and many other factors increase the risk of drought in our country and it is obvious that a definition is required for drought which is marginally studied. The purpose of this study is the investigation of drought which is important in many areas from water structures projects to agricultural production and which is closely related with public economy, health psychology and trade. To take precautions against the dangers of drought, the drought parameters should be known and monitored primarily. In the studies made until now, many methods were used aiming at determination of drought parameters (degree of drought (severity), effect and duration). In this study, the applicability of Artificial Neural Networks (ANN) and Fuzzy Logic (FL) known as Artificial Intelligence Methods in the analysis of drought and estimation of its indexes. ANN and FL methods are specially used and applied in the area of hydrology. An ANN consists of many elements named neurons which have non-linear structure. On the other side, FL method was developed as the mathematical definition and declaration of expressions with uncertainty. This method can also be defined as the widening of values with closed boundaries. It is thought that the models to be developed with these methods will have great contribution to drought analysis studies when their advantages in modeling and their successful results are considered. Also, drought analysis was made with conventional methods and the results were compared with the results of artificial intelligence methods. In the scope of the study, drought problem will be investigated for Mediterranean and Aegean Regions of Turkey which ore of the important regions and drought analysis will be made. Widely used Palmer drought severity index and standard penetration index methods will also be used because of the various strong / weak aspects of the methods. The investigation will be a pilot study for making continuous drought evaluation. Later, drought study will be widened for including whole Turkey based on this study. By this way, it will be possible to evaluate drought in view of lives of human and other organisms, environmental equilibrium, design of water structures, planning and future of agricultural and aquatic sources and effects on crops of agricultural zones. The results of the study also have importance related with the current drought parameters and the completion of deficiencies of information and data about this subject. The drought situations of the regions will also be determined because the drought parameters will be available for Mediterranean and Aegean Regions. Consequently, data is added to drought data banks developed in some centers and contribution to universal knowledge is made.

Kuraklık, diğer doğal afetler arasında canlı yaşamı ve ekonomisi için en büyük etkiye sahip, en önemli afetlerden biridir. Son yıllarda dünyada ve ülkemizde görülen en önemli sorunlardan biridir. Kuraklık su kaynaklarının yetersizliği nedeniyle su talebinin karşılanamaması olarak ortaya çıkmaktadır. Su kaynakları ile ilgili olarak, bu belirsizliğin belirlenmesi, takip edilmesi ve etkilerinin azaltılması ile ilgili alınacak tedbirler ve yapılacak planlamalar doğal olarak hidrolojik çalışmalarla sağlanacaktır. Dünya Meteoroloji Teşkilatı, bünyesindeki İklim Komisyonu verilerine dayanarak, Akdeniz ikliminde yer alan Türkiye'nin kuraklık gerçeği ile karşı karşıya olduğuna dikkat çekerek, yağışların artmasının kuraklığı kısa sürede ortadan kaldırmayacağını belirtmektedir. Küresel iklim değişikliğinin yarattığı etkiler, erozyon, orman alanlarının kaybı v.b. çok sayıda etkene bağlı olarak kuraklık riski giderek artmakta olan ülkemizde üzerinde pek az çalışılmış olan kuraklığın tanımlanmasının gerekliliği açıktır. Bu araştırmanın amacı, su yapıları projelerinden tarımsal üretime kadar pek çok alanda önemli olan çok çeşitli toplumsal ve ekonomik sonuçları olan ve bu nedenle toplumun ekonomisini, sağlığını, psikolojisini ve ticaretini yakından ilgilendiren kuraklılığın incelenmesidir. Kuraklığın taşıdığı tehlikelere karşı önlemler alabilmek için, öncelikle kuraklık parametrelerinin bilinmesi ve izlenmesi gerekmektedir. Bugüne kadar yapılan kuraklık araştırmalarında kuraklık parametrelerini (kuraklık boyutu (miktarı), etkisi, süresi) belirlemeye yönelik çok sayıda yöntem kullanılmıştır. Bu çalışmada da, Yapay zeka yöntemleri olarak adlandırılan Yapay Sinir Ağları (YSA) ve Bulanık Mantık (BM) yöntemlerinin kuraklık analizinde ve indislerinin tahmin edilmesinde uygulanabilirliği araştırılmıştır. YSA ve BM yöntemleri özellikle hidroloji alanında kullanılmakta ve uygulanmaktadır. Ayrıca, geleneksel yöntemler ile de kuraklık analizi gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar yapay zeka yöntemleri ile karşılaştırılmıştır. Araştırma kapsamında Türkiye’nin önemli bölgelerinden biri olan Akdeniz ve Ege Bölgesinde kuraklık sorunu incelenmiştir. Bu bölgeler için kuraklık analizi yapılmıştır. İlgili yöntemlerin içerdiği farklı güçlü/zayıf yönler nedeniyle Palmer kuraklık şiddeti indisi ve Standart yağış indisi gibi yaygın olarak kullanılan yöntemler ele alınmıştır. Araştırma, düzenli olarak kuraklık değerlendirmesi yapılabilmesi için bir pilot çalışma olmuştur. Daha sonra bu pilot çalışma esas alınarak tüm Türkiye için kuraklık çalışması yaygınlaştırılacaktır. Böylelikle kuraklık, insan ve diğer canlıların sağlığı, çevresel dengeler, su yapıları projelerinin değerlendirilmesi, toprak ve su kaynaklarının planlanması ve geleceği, tarımsal alanlardaki ürünler üzerinde oluşturabileceği etkiler açısından değerlendirilebilecektir. Araştırma sonuçları, Akdeniz ve Ege Bölgesi için geçerli kuraklık parametrelerinin belirlenmesi, dolayısıyla bu konudaki bilgi ve veri eksikliğini tamamlaması bakımından da önem taşımaktadır. Ayrıca, Akdeniz ve Ege Bölgesi için kuraklık değerlerini tanımlama olanağı vereceğinden, bölgenin kuraklık açısından ne durumda olduğunu da ortaya konmuştur. Böylece, dünyada bazı merkezlerde geliştirilen kuraklık bilgi bankasına uluslararası veri eklenmiş ve dolayısıyla sonuçları açısından da evrensel bilgiye katkı sağlanmıştır.