Su kaynakları yönetiminde çoklu hazne işletmesi uygulamaları
Multiple reservoir operation appli̇cati̇ons in water resources management
Yazar: TÜRKAN İREM ÖZCAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET ÖZGER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Su, canlıların hayatını devam ettirebilmeleri için gerekli olan en temel ihtiyaçlardan biridir. İnsanların toplu olarak yaşadıkları yerlerde su ihtiyacı genellikle barajlardan elde edilir. Bir ülkede kişi başına düşen su kullanımı o ülkenin gelişmişlik seviyesiyle doğru orantılıdır. Dünya nüfusunun giderek artmasıyla birlikte suya olan ihtiyaç artmış ve su kaynakları üzerinde bir baskı oluşmuştur. 
Barajların artan su talebini karşılayamamaları planlama ve işletme süreçlerindeki başarısızlıkların sonucudur. Su kaynaklarının verimli ve bilinçli kullanılması için doğru bir planlama ve yönetim stratejisi geliştirmek gerekmektedir. Simülasyon ve optimizasyon modellerinin kullanımı günümüzde su kaynakları planlama ve yönetiminde sıklıkla tercih edilen yöntemlerdendir.
Yapılan bu tez çalışması kapsamında, su kaynakları üzerinde optimizasyon ve simülasyon modelleri kullanılarak doğru bir planlama ve yönetim stratejisi geliştirip farklı işletme politikalarının değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Çoklu hazne dağılımına sahip Ankara su temin sistemi uygulama bölgesi olarak ele alınmıştır. 
Ankara'nın su ihtiyacını karşılayan yedi hazneli bir su kaynakları sistemi tanımlanmıştır. Haznelere ait geçmiş on iki yıllın verileri kullanılarak mevcut işletme politikası incelenmiş ve sistem üzerinde farklı senaryolar denenerek su kaynaklarının farklı koşullarda su talebini nasıl karşılayacağı araştırılmıştır. Üç farklı modelleme yöntemi kullanılarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Simülasyon modellemesi için MODSIM programı, dinamik programlama yapmak için CSUDP yazılım programı ve doğrusal olmayan programlama için GAMS paket programı bu çalışma için tercih edilmiştir. 
Ankara su kaynakları sistemine sonradan eklenen ve pompa ile artıma tesisine su taşıyan Kesikköprü Barajı'nın su taşıma maliyeti de düşünülerek sisteme dahil olduğu ve olmadığı durumlarda modellemeler yapılmıştır. Dahil olduğu durumlar için önceliklendirme yapılarak suyun tahsisinin diğer barajlardan karşılanmasına öncelik verilmiştir. Gelecekte artması beklenen su talebinin mevcut koşullarda nasıl karşılanacağı incelenmiştir. Ayrıca olası bir kurak dönem yaşanması durumda su kaynaklarının su dağılımını nasıl gerçekleştireceği denenen senaryolar arasındadır.
Ankara su temin sistemi için oluşturulan beş farklı senaryo, üç modelleme yöntemiyle modellenmiştir. Sonuçlar karşılaştırıldığında, CSUDP yazılım programı ile yapılan dinamik programlama modelinin Ankara su temin sistemi için talepleri daha verimli karşıladığı ve daha iyi sonuçlar verdiği görülür. Ayrıca artan su talebi karşısında gelecekte Ankara'nın su sıkıntısı çekeceği ve olası bir kurak dönem yaşanması durumunda su kıtlığının kaçınılmaz olduğu modellemeler sonucunda gözlenmiştir. Gelecekte su sıkıntısı çekmemek adına su kaynaklarının şimdiden verimli ve bilinçli bir şekilde işletilmesi için önerilerde bulunulmuş ve bu amaçla yapılan çalışmalara katlı sağlanmak istenmiştir.

Abstract:
Water is one of the most basic needs of all living things. In places where people live collectively, water needs are generally obtained from dams. Although water resources cover three quarters of the Earth's surface, the amount of usable water is very low. Per capita water use in a country is directly proportional to the development level of that country. With the increasing population of the world and urbanization, people's need for water has increased and there has been a pressure on water resources.
The inability of dams to meet the increasing water demand is the result of failure in planning and operation processes. It is necessary to develop an accurate planning and management strategy for efficient and conscious use of water resources. In addition, water resources plans should be updated periodically and demands should be adapted to updated estimates. The use of simulation and optimization models is one of the frequently preferred methods in water resources planning and management today.
Within the scope of this thesis study, it was created to ensure efficient use of water resources, to develop an accurate planning and management strategy on water resources. Ankara water resources system with multiple reservoir distribution system was chosen as the sample application area. It is aimed to determine the potential of Ankara's surface water resources and to examine the water supply and demand of the water resources system according to different scenarios.
For this study, a seven-reservoir water resources system that meets Ankara's water needs has been defined. The current operating method applied to the system between 2007 and 2018 has been examined. Different models have been made using the data of incoming flow, net evaporation and demanded water for the past twelve years.In addition, different scenarios were tested on the system, and it was investigated how dams would meet water demand in different conditions.
Three different modeling methods were used to model the Ankara water resources system and the results obtained were compared. The most suitable operating model for the system has been sought. MODSIM program for simulation modeling, CSUDP software program for dynamic programming and GAMS package program for nonlinear programming were preferred for this study.
Due to the insufficient water resources in Ankara, Kesikköprü Dam was included in the Ankara water resources system in 2008 to transport water to the İvedik Water treatment plant. Considering the cost of the Kesikköprü dam, which transports the water to the treatment plant with a pump, different scenarios have been created depending on whether it is included in the system or not. For cases where Kesikköprü dam is included in the system, priority has been given to meeting the water allocation from other dams.
Among the scenarios examined are how the water demand, which is expected to increase with the increasing population of Ankara, will be met in the current conditions. In addition, in case of a possible dry period, how water resources will distribute water are among the scenarios that have been tested. It has been examined how the resources will allocate water in the case of two consecutive years of this year by choosing a year with less precipitation between 2007 and 2018.
Five different scenarios created for the Ankara water resources system were modeled with the mentioned three modeling methods and the best modeling method was sought by comparing the obtained results.
According to the results obtained from the models made with MODSIM, CSUDP and GAMS programs, it is seen that the dynamic programming method made with the CSUDP software program meets the demands for the Ankara water resources system more efficiently and gives better results. In the modeling made with CSUDP, the unmet water demand of treatment facilities is less than other modeling methods. The Dynamic Programming model worked more efficiently than other modeling methods by dividing the missing water amount equally to months in scenarios where the demand was not met.
According to the results obtained as a result of the models, it has been observed that the water demand of Ankara, which is expected to increase in the future with its increasing population day by day, cannot be met under the current conditions and the resources are insufficient. In addition, with the increasing water demand of the capital, it is thought that there will be more need for the Kesikköprü dam in the coming years.
With the tried drought scenario, it has been observed that water scarcity is inevitable in case of a possible dry period in Ankara for two years in a row. The reservoir levels of the dams have reduced to a minimum and the unmet water demand is quite high.
According to the results, it is necessary to develop a good planning and management strategy in dams and periodically update the water resources plans in order to prevent future water shortages and bad scenarios that emerge as a result of the experimental models.
In this study, suggestions were made for efficient and conscious operation of water resources and it was aimed to help them decide on the appropriate methodology for future research and to contribute to their applications in the literature.