Su kayıp yönetimi ve kontrolü için optimizasyon tabanlı en uygun strateji modelinin geliştirilmesi
Development of optımızatıon based strategy model for water loss management and control
Yazar: CANSU BOZKURT
Danışman: PROF. DR. MAHMUT FIRAT
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Optimizasyon = Optimization ; Su kaybı = Water loss ; İçme suyu şebekeleri = Drinking water networks

Özet:
İçme suyu dağıtım sistemlerinde, su, enerji ve finansal verimsizliğe neden olan su kayıplarının azaltılması ve sürdürülebilir yönetimi oldukça önemlidir. Ancak su kayıp yönetiminde uygulanan yöntemler zaman alıcı ve maliyetlidir. Bundan dolayı idarenin mevcut kapasitesi (personel, teknik, ekipman ve finansal) dikkate alınarak en uygun yöntem 
tercih edilmelidir. Bunun için öncelikle idarenin mevcut durumu ölçülebilir ölçütlere göre analiz edilmeli, en temel bileşenler için veri kalitesi ve ölçüm sıklığı test edilmelidir. Ayrıca, idarede su kayıp yönetimi kapsamında mevcutta uygulanan yöntemlerin uygulama düzeyleri veya kaliteleri sorgulanmalıdır. Ancak bu değerlendirmeler için ölçülebilir ölçütlere göre tanımlanmış bir değerlendirme yapısına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, ölçülebilir, uygulanabilir ve karşılaştırılabilir ölçütler çerçevesinde etkin ve sürdürülebilir bir su kayıp yönetimi ve kontrolü için en uygun strateji modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen model temel olarak, mevcut durum değerlendirme sistemi, performans değerlendirme sistemi, veri matrisi ve yöntem matrisi olmak üzere dört ana bileşenden oluşmaktadır. Mevcut durum 
değerlendirme sistemi su kayıp yönetimi uygulamalarını kapsayacak şekilde 8 ana başlıkta toplam 144 bileşen içermektedir. Performans değerlendirme sistemi de benzer şekilde 8 ana başlıkta toplam 144 performans göstergesinden oluşmaktadır. Ayrıca, mevcut durum değerlendirme ve performans değerlendirme matrislerinde bileşenlerin iyileştirilmesi için yöntem matrisi tanımlanmıştır. Bu yöntem matrisi su kayıp yönetimi uygulamalarını kapsayacak şekilde 8 ana başlıkta toplam 144 bileşen (yöntem) içermektedir. Su kayıp yönetimi bileşenlerinin veri kalitesinin ve su kayıp yönetimi uygulamalarının mevcut uygulama seviyesinin analiz edilmesi için özgün bir puanlandırma sistemi geliştirilmiştir. Bu puanlandırma sisteminde her bir bileşen 0 ile 5 arasında idarenin mevcut durumuna göre kademeli olarak puanlandırılmaktadır. Bu özgün puanlandırma sistemi esas alınarak su kayıp yönetimi bileşenleri için mevcut durum analizi yapılmaktadır. Geliştirilen model pilot 4 idarede uygulanarak gerçek saha verilerine göre test edilmiştir. Her bir idarede su kayıp yönetimi bileşenlerinin veri kalitesi ve yöntemlerin mevcut uygulama düzeyleri idarelerin dinamik yapısına uygun olarak değerlendirilmiştir. Daha sonra idarelerin mevcut durumu ve dinamik yapısı esas alınarak mevcut durum değerlendirme sisteminin iyileştirilmesi için yapay zeki optimizasyon algoritması kullanılarak özgün bir model 
geliştirilmiştir. Bu model kullanılarak her bir idarenin mevcut durumuna göre 144 bileşen için en uygun potansiyel iyileşme düzeyleri optimize edilmiştir. Geliştirilen bu model pilot 4 idare için uygulanmış ve test edilmiştir. Ayrıca çalışma kapsamında performans değerlendirme matrisinde yer alan göstergelerin iyileştirilmesi için uygun seviye yapay zeki optimizasyon algoritması ile tanımlanmıştır. Böylece idarede performans göstergesinin mevcut değeri, idarenin dinamik yapısı ve teknik kapasitesi dikkate alınarak her bir göstergenin iyileştirilebileceği en uygun seviye analiz edilmektedir. Sonuç olarak bu çalışma kapsamında özgün olarak geliştirilen etkin ve sürdürülebilir su kayıp yönetimi strateji model, idarenin mevcut durumunun analiz edilmesi, zayıf ve güçlü yönlerinin belirlenmesi, her bir bileşen için en uygun hedefin tanımlanması ve bileşenlerin iyileştirilmesi için en uygun yöntemin önerilmesi kapsamında önemli katkılar sunmaktadır. Bu çalışmadan elde edilen sonuçların özellikle su kayıp yönetimi kapsamında uygulayıcı ve karar vericiler için referans oluşturacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Reducing and sustainable management of water losses that cause water, energy and financial inefficiency is quite important. However, the methods and tools applied in water loss management (WLM) are time consuming and costly. Therefore, the most appropriate method should be preferred, considering the current status and capacity of the administration (personnel, technical, equipment and financial). Therefore, the current status of the administration should be analyzed based on measurable criteria, and data quality and measurement frequency should be tested for the fundamental components. Moreover, the implementation level of WLM practices and quality of WLM data in the administration should be evaluated. However, this requires an evaluation structure defined according to measurable criteria. In this study, the most appropriate WLM strategy model was developed for an effective and sustainable WLM and control within the framework of measurable, applicable and comparable criteria. The developed model basically consists of four main components that are the current status assessment system, the performance analysis system, the data matrix and the method matrix. The current status assessment system includes a total of 144 components under 8 main headings, including WLM practices. Similarly, the performance evaluation system consists of a total of 144 performance indicators under 8 main headings. Moreover, a method matrix was defined for the improvement of the components in the current assessment and performance evaluation matrices. This method matrix includes a total of 144 components (methods) under 8 main headings to cover WLM practices. A unique scoring system was developed to analyze and evaluate the data quality of WLM data and the current implementation level of WLM practices. Each component of current ststaus assessment system is scored between 0 and 5 according to the current state of the administration using the scoring table. Thus, current status analysis is made for WLM components based on this unique scoring system. The developed model was applied in pilot 
4 administrations and tested according to real field data. The data quality and the current implementation level of the WLM components were evaluated in accordance with the dynamic structure of the administrations. Then, a novel artificial intelligence optimization model was developed to improve the current situation evaluation system by considering the 
current situation and dynamic structure of the administrations. The optimal potential improvement levels for 144 components were optimized according to the current situation of each administration by using this model. This developed model was applied and tested in pilot 4 administrations. In addition, the most appropriate level for the improvement of the indicators in the performance evaluation matrix is defined by the artificial intelligence optimization algorithm developed in this study. Thus, the most appropriate level at which each indicator can be improved is analyzed, considering the current value of the performance indicator in the administration, the dynamic structure and technical capacity of the administration. As a result, the effective and sustainable WLM strategy model, which was originally 
developed within the scope of this study, provides important contributions to the analysis of the current status of the administration, determining the weakness and strengths in WLM, defining the most appropriate target for each component and recommending the most appropriate method for the improvement of the components. It is thought that the results 
obtained from this study will be a reference for practitioners and decision makers within the scope of WLM.