Kavramsal hidrolojik modellerin bulanıklaştırılması
Fuzzification of conceptual hydrological models
Yazar: MUSTAFA ERKAN TURAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET ALİ YURDUSEV
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Akarsu sistemlerinin geliştirilmesi ve işletilmesi büyük oranda o akarsuyun taşıyacağı su miktarının güvenilir bir şekilde tahmin edilmesine bağlıdır. Bu tahminler özellikle depolama tesislerinin sağlayabileceği potansiyel su miktarının ve taşkın kontrol yapılarının tasarımında dikkate alınacak proje debilerinin belirlenmesinde önemli olmaktadır. Akım tahmini olgusu geleneksel olarak hidrolojik modeller ve kara kutu modeller ile yapılabilmektedir. Bu çalışmada hidrolojik modelleme olgusu kavramsal hidrolojik modeller bağlamında yeniden ele alınmış ve bu modellerin modelleme başarısının modellerin içsel süreçlerinin bulanık sistemler ile ifade edilmesi yoluyla arttırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla bulanıklaştırılmış kavramsal modeller elde edilmiştir. Bulanıklaştırma işleminde kullanılmak üzere GR2M (Stands modèle du Génie Rural à 2 paramètres au pas de temps Mensuel) ve TWBM (Thornthwaite Water Balance Model)   aylık yağış akış modelleri dikkate alınmıştır. 
Seçilen modellerin özellikle depolama elemanları bulanık süreçler olarak tanımlanmıştır.  Modellere entegre edilen bu bulanık sistemler uzman bilgisi gerektirmeyecek şekilde tasarlanmıştır. Bulanıklaştırılan hidrolojik modellerde bulunan parametreler kalibrasyon sürecinde genetik algoritma kullanılarak otomatik olarak elde edilmiştir.
Modellerin uygulaması Gediz Havzası üzerinde seçilen dört adet akım gözlem istasyonunun aylık akımlarının tahmini özelinde gerçekleştirilmiştir. Model girdi değerlerini oluşturan yağış ve sıcaklık verileri bu istasyonların yağış havzalarını temsil eden meteoroloji istasyonlarından elde edilmiştir. Uygulama üç aşamalı bir süreçle tamamlanmıştır. İlk aşamada belirtilen hidrolojik modeller yalın olarak söz konusu istasyonlara uygulanmıştır. İkinci aşamada uygun bulanık sistem araştırmasına temel olması amacıyla bazı bulanık sistemler seçilen havzada kara kutu model olarak uygulanmıştır. Kara kutu modelleme çalışması sonucunda uygun bulunan Genetik Bulanık Takagi-Sugeno Sistemi ile GR2M ve TWBM modelleri bulanıklaştırılmış ve son aşamada Gediz Havzasına uygulanmıştır.
Uygulama sonuçları, kavramsal hidrolojik modellerin bulanıklaştırma işlemi ile tahmin başarısını arttırdığını ortaya koymuştur. Sonuç olarak yapılan bu çalışmanın gelecekte yapılacak benzer çalışmalar için cesaret verici bir zemin oluşturacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Development and management of river regulation systems are largely dependent upon the reliable estimates of the water quantity a river carries. These estimates are particularly important in assessing the potential water quantity storage schemes would yield and the design discharges of flood control schemes. Flow forecasting has conventionally been carried out by hydrological models and black-box models. In this study, hydrological modeling has been revisited in the context of conceptual hydrological modeling. It is aimed to increase the modeling performances of conceptual models through fuzzification of internal processes of such models. For this purpose, two fuzzified hydrological model has been developed based on GR2M and TWBM monthly rainfall-runoff models.
The storage elements of the models selected are defined as fuzzy processes. The fuzzy systems integrated into the models have been designed in a way where no expert knowledge is required. The parameters within the fuzzified hydrological models are adjusted using genetic algorithms during calibration process.
A case study is, then, conducted on Gediz River Basin, Turkey. The monthly flows of 4 flow gauge stations have been estimated. The input values formed by rainfall and temperature values have been derived from the meteorological observation stations assumed to be the representative of the drainage basins of the flow gauge stations.
The case study has been completed through a three-stage process. In the first stage, the original hydrological models mentioned have been applied to the case study area. In the second stage, some fuzzy systems are applied as black-box models to the case study area in an attempt to find an appropriate fuzzy system for fuzzifying hydrological models. Takagi-Sugeno fuzzy system has been selected through this exercise. In the last stage, GR2M and TWBM models have been fuzzified and resultant models applied to Gediz Basin.
The findings of the case study have shown that the forecasting performance of the conceptual models has considerably been increased through the fuzzification procedure. It is, therefore, envisaged that this research could form an encouraging basis for similar studies that could be undertaken in future.