Projenin Amacı
Bilindiği üzere su hayatımız için temel yapı taşı niteliğindeki bir maddedir. Osmanlı medeniyeti suya çok önem vermiştir (İski, 2000) . Dünya dışı yaşamın belirtileri için evreni araştıran ABD'ye ait Uzay kuruluşu NASA, “Suyu takip et” sloganı olan bir misyon ifadesine sahiptir (nasa, 2019). Bu durum medya sektörünün de ilgisini çekmiş, bir damla su için yapılan kanlı ve ateşli kavgaları içeren yakıcı ve kurak bir gelecek, birçok distopik kurgu ve film yapımının teması olagelmiştir. Gerçek hayatta da su kıtlığından kaynaklanan sorunlar yaşanmıştır. Geçtiğimiz yıl Güney Afrika Cumhuriyeti'nin başkentlerinden biri olan Cape Town, dünyanın büyük şehirlerinden sularının tükendiği ilk şehir olmak gibi istenmeyen bir unvan elde etmiştir. Üç yıllık kuraklığın sonunu getiren yağmur geldiğinde bile şehri besleyen su reservleri düzeyi %20'nin aşağısında kalmış, yetkililer Antartika'dan bir buzdağının yedeklenerek, yavaş yavaş eritilmesi ve içme suyu teminini tartışmışlardır (Wikipedia, 2018) .Dört yıl önce, Brezilya'nın São Paulo kenti de benzer sıkıntının kıyısından dönmüş ve su rezervleri kapasitenin % 5'ine düşmüştü.
2019 yılında Birleşmiş Milletlerin oluşturduğu "Su Gelişim Raporu"nda da su ile alakalı temkinli ve ümitsiz tespitlere yer verilmiştir. Bu belgede halen insanlığın dörtte birinin - 1.9 Milyar kişi, %73'ü Asya kıtasında- suyun kritik biçimde kıt kaldığı alanlarda yaşadığı ortaya konmuştur.(Bazı çalışmalarda 240 milyon kişi olarak tespit edilmiştir)
Buna ek olarak, küresel su kullanımı bir önceki yüzyıla göre altı kat daha fazla gerçekleşmiş ve 2050 itibariyle mevcut kullanımdan %20 ila %50 daha fazla olacağı tahmin edilmektedir. Kullanılan su kütlesi -yılda yaklaşık 4.600 kilometrekare su arzının tehlikeli biçimde küçülmediği durumda bile maksimum kullanılabilecek su kütlesinin yakınındadır. Dünyanın yeraltı sularının üçte biri kuruma tehlikesi altındadır. Bu nedenlerle kısıtlı su kaynağı altında yaşama durumunda olan kişilerin 2050 itibariyle 3.2 milyar ila mevsimsel değişiklikleri de dikkate alındığında 5.7 milyar olacağı tahmin edilmektedir. Bu bağlamda Türkiye'nin su krizinden en çok etkilenen ülkeler arasında olacağı değerlendirilmektedir (Şekil-1.1). Bu hususta Eski Orman ve Su İşleri Bakanı ve Adalet ve Kalkınma Partisi Afyonkarahisar milletvekili Sayın Prof. Dr. Veysel Eroğlu’nun “Türkiye, iklim değişikliklerinden en fazla etkilenecek bölgededir. Bu durum, Dicle ve Fırat nehirleri de dahil olmak üzere su kaynakları üzerinde önemli bir baskı oluşturuyor” ifadeleri ile teyit edilmiştir (Hürriyet, 2016).
Şekil-1.1:
2040 itibariyle su sıkışmasındaki değişim tahmini
Şekil-1.2: 2019
yılı itibariyle küresel su kaynaklarının durumu
Dünya üzerindeki su
kaynakları eşitsiz biçimde bahşedilmiştir. Yalnızca dokuz ülke tüm dünyadaki
tatlı su kaynaklarının %60’ını kontrol etmektedir. Çin ve Hindistan dünya
nüfusunun %36’sını oluşturmakla beraber, dünya tatlı su kaynaklarının %11’ini
kontrol etmektedir. İklim değişikliklerinin bu eşitsizliği daha da
körükleyeceği düşünülmektedir. Güney Asya’da, bu alt kıtadaki ekonomik
yaşantının menteşesi rolü üstlenen muson yağmurlarının daha intizamsız yağacağı
düşünülmektedir.
Uzun vadede, su
kaynaklarının çok az olmasının ciddi bir problem olacağı düşünülmektedir. Dünya
Bankası bu hususta “Su kıtlığı ve kuraklığın neticeleri yeterince anlaşılmaması ve yeterince belgelenmemesi
hasebiyle düşünülenden daha büyük ve uzun vadeli zararlara neden olabilir. “
ifadelerini kullanmıştır. Buradaki “daha büyük” ifadesi iklim hangi hızla ve
hangi büyüklükte değiştiği hususu ile bağlantılıdır.
Geçtiğimiz Ekim ayında
iklim değişikliği konusunda hükümetler arasında gerçekleşen panelde bir rapor
yayınlanmıştır (IPCC, 2019)
. Bu raporda iklim değişiklikleri ile su kaynakları arasındaki ilişki
irdelenmiştir. Buna göre küresel sıcaklık artışının endüstri öncesi düzeylere
göre 2 °C ‘nin aksine 1,5 ° C üzerine çıkmasının sonuçlarını
karşılaştırılmaktadır. 2 °C'lik bir artış durumunda, 2000 yılının dünya
nüfusunun % 8'inin 2050 yılına kadar yeni veya ağırlaştırılmış su kıtlığına
maruz kalacağı “orta düzeyde güven ile” sonucuna varmıştır. 1.5 ° C artış
durumunda bu rakamın %4 olarak gerçekleşeceği hesaplanmıştır. Bu bağlamda
sıcaklık artışının bölgesel düzeyde farklılıklarının çok büyük düzeyde olacağı
değerlendirilmektedir. Örneğin, Akdeniz bölgesinde, sıcaklıklarda 1,5 ° C'lik
bir artışın, nehir ve akarsulardaki yıllık ortalama akışta istatistiksel olarak
önemsiz değişikliklere yol açabileceğini gösteren bir araştırmaya işaret edilmekle
beraber 2° C'lik bir artışın nehir sularında % 10-30'luk bir düşüş getireceği
tahmin edilmektedir.
Nehir akışını azalması
dünya çapında bir meseledir. Bu neticenin ortaya çıkmasının nedenleri arasında
küresel çapta yağış miktarının düşmesi olmakla beraber, daha çok etken neden insan
müdahalesidir: taşkın kontrolü, su depolaması ve sulama için nehirlerin
yıkılması ve çeşitlendirilmesi. Buna ek olarak, halihazırda akan nehirlerdeki
su giderek daha fazla içmek ve banyo yapmak için güvensiz hale gelmiştir. Dünya
su bakımından incelendiğinde ilk bakılması gereken yer yüzey sularıdır. (Economist, 2019)
Üstteki veriler ışığında, projenin amacı ülkemizdeki mevcut
su kaynakların muhafaza edilmesi ve korunmasıdır. Bu hususa su arzı boyutunda katkı
sunacağı umduğum bir çözüm olan Otonom Su Depolama Projesi anlatılacaktır.
Tasarım
Bu kesimde 1. Kesitte gerekçelendirilen otonom su depolama sistemi mülahaza edilecektir.
Otonom Su Depolama Projesi, bir zi anında bir nehirde akmakta olan su debisinin (Debi(zi)) o nehrin zi anındaki yıllık ortalama hacminden (Debi(ozi)) fazla olduğu durumlarda, fazla olarak akan suyun nehrin kenarlarına inşaa edilecek olan sarnıçlara aktarılmasından ibarettir. Aktarılan su, sarnıçlarda depolanarak, kurak mevsimlerde ihtiyaç durumunda kullanılacaktır. Buradaki Debi(zi) ifadesi suya ilişkin bir z(i) anında ölçülen su debisidir. H(zi) bir z(i) anında hesaplanan hacim olup,
Debi(zi) (suyun debisi )
y(zi) (nehir yatağına göre suyun yüksekliği )
r(i) (i noktasındaki nehir eninin yarısı)
parametrelerine göre hesaplanması planlanmaktadır. H(zi)’nin gerçek zamanlı ölçülmesi gerekir, bunu için de nehre konuşlandırılacak olan su sensörlerinden faydalanılacaktır.
Debi(ozi) suyun z(i) anındaki ortalama debisi olup sunucuda hesaplanacaktır.
Bir nehir yatağı boyunca konuşlanacak olan sensörlerden bir z(i) anında elde edilen Debi(zi) verisi, bir sunucuya aktarılarak, büyük veri aracığıyla analiz edilir. Bu analiz neticesinde verili z(i) anındaki su debisinin, o andaki yıllık debi ile ihtiyat debi değeri toplamıdan fazla olduğu durumlarda (Debi(zi) > Debi(o) + Debi(ihtiyat) ) su depolarının nehir ile bağlantısını sağlayan boruların kapakları z(i) anında açılarak,
6
Debi(zi)-Debi(o)- Debi(ihtiyat) * Δz
kadar suyun su depolarına transferi sağlanır. Buradaki Δz kapakların açılma süresi olup sunucuda gerçekleştirilecek hesaplamalarla belirlenmesi planlanmaktadır. Projenin başlığında yer alan otonom kelimesiyle Δz değerinin sunucu tarafından hesaplanması ve depo kapaklarının zi anından zs anına kadar açık kalması ifade edilmektedir.(zs > zi , Δz = | zs - zi |).
Debiihtiyat, ihtiyat için konulan değer olup, konunun uzmanlarınca değerlendirilmesinde fayda mülahaza edilmektedir.
Proje kapsamında kullanılabilecek bilişim donanımları Şekil 2.1’de gösterilmiştir:
Şekil 2.1
Proje kapsamında kullanılabilecek bilişim donanımları
Şekil 2.1.A’daki element sensörler olup, projenin ana
bileşenlerinden biridir. Nehir tabanına konuşlandırılacak sensörlerle suya
ilişkin birçok veri incelenebilmektedir. (Wikipedia, 2019)
Burada sensörlerin konuşlanacağı nehir ve sensör grubunun fasılası,
konunun uzmanlarınca belirlenmelidir. Bir sensör grubu,
i.
debi ölçer,
ii.
su yüksekliği ölçer ve
iii.
su yüksekliği, debi ve nehi uzunluğunun yarısı
verilerini belli bir saniye aralıklarında ölçen ve baz istasyonuna bildiren ve
kendi bünyesinde kaydeden bir IOT cihazından
ibaret olacaktır.
Debi ölçer, bir şamandıra ve şamandıra altında yer alan
pervaneden ibarettir. Pervanenin dönüş hızından debinin bulunabileceği mülahaza
edilmektedir. Bunun için pervanenin aksına elektronik bir sayaç yerleştirilebilir.
Bu sayacın suya dayanıklı olması gerekir. Pervanenin dönüşünden elde edilen
elektrik enerjisinden sensör grubunun elektrik ihtiyacı karşılanabilir.
Sağlıklı ölçüm yapılabilmesi için sensör grubunun nehrin tam ortasına kurulması
gerekir.
Su yüksekliği ölçer, nehrin tabanına yerleştirilecek ve i.
Maddede sunulan şamandıraya bir kablo ile bağlanacaktır. Su yüksekliği ölçer,
bulunduğu noktadaki suyun yüksekliğini ölçecektir. Su yüksekliği ölçerin akıntı
ile nehir tabanından kopmayacak şekilde kurulması gerekir.
iii.maddede yer alan cihaz, i ve ii. Maddede sayılan
elemanlardan gelen verileri bünyesinde toplar ve mümkünse baz istasyonu
aracılığı ile sunucuya bildirir ve kendi hafıza birimine kaydeder. IOT (Internet
of Things) cihazının şamandırada olmasının uygun olacağı değerlendirilmektedir.
Bu proje kapsamında izleme yapılacak nehrin r yarıçapında, silindir uçlarındaki r yarıçaplı çemberin çapından geçen bir
düzlemle kesilen kesik silindir olacağı varsayılmıştır. Nehir yatağının 3
boyutlu arazi yapısının çıkarılması düşünülebilir, fakat bu da maliyeti
arttırabilecek hususlardandır.
Şekil 2.1.B’daki eleman baz istasyonudur. Bu elemanın görevi
sensörlerden toplanan verilerin Şekil 2.1.C ‘de yer alan sunucuya uydu
aracılığla aktarılmasıdır. Bu bağlamda, eğer nehrin geçtiği alan mevcut ticari
GSM firmalarının baz istasyonu kapsama alanı içerisinde ise, bu firmalarla
anlaşma yoluna gidilmelidir. Uydu
aracılığıyla yapılacak izleme, anlık verileri yansıtması hasebiyle en istenen
aktarım biçimidir.
Şekil 2.1.C’de hesaplamanın yapılacağı sunucu verilmiştir.
Bu sunucuda nehre kurulu olan tüm sensörlerden
ulaşan veriler analiz edilir. Hesaplama esnasında bir zi anında elde edilen sensör verileri tek başına yeterli
olmayacak, o sensörlerden geçmişte elde edilmiş veriler de hesaplamaya dahil
edilmelidir. Bu nedenle Şekil 2.1.ç’de yer verilen veri merkezinde sensörlerden
toplanan geçmiş zaman verileri de büyük veri yaklaşımının haritala aşamasında
(map function) dikkate alınır. Büyük veri yaklaşımının indirgeme aşamasında
(reduce function) kapakların açılıp açılmayacağı kararı verilir. Bu kararın sunucuda
verilerek, uydu aracılığıyla kapak üzerindeki kontrolöre iletilmesi
planlanmaktadır.
Kapakların açılması ile su, sarnıçlara dolacaktır. Bu sarnıçlardaki
su kurak geçecek mevsimler için kullanılacağından, buharlaşmaya ve kirlenmeye
meydan vermeyecek şekilde tasarlanması gerekir. Buna ek olarak sarnıcı nehre bağlayan bağlantı
kapaklarının zamanla açılır kapanır ve açılma ve kapanma emirlerinin baz
istasyonu aracılığla kontrol edilen bir elektronik kontrolör ile kontrol
edilmesi gerekir.
Burada projenin kapsamı dışında olmakla beraber, sarnıç civarındaki
tarım alanlarının birim alandaki su ihtiyacının tahmin edilmesinin faydalı
olacağı mülahaza edilmektedir. Şekil 1.2’den de anlaşılacağı üzere tarım
sektöründeki su ihtiyacı, tüm sektörlerin toplamından fazladır, bu itibarla
tarım sektöründeki su ihtiyacını azaltmak faydalı olabilir. Sarnıçlar civarındaki tarım alanlarının su
ihtiyacının zaman serisi bilinirse, zaman serisi analizinden sarnıçların dolacağı
mevsimler yaklaşacağı zaman, sarnıçtaki sular tarlalara boşaltılarak, sarnıçlardaki suyun taze kalması sağlanabilir.
Projenin bilişim bağlamında iki sorunu bulunmaktadır. Bunlar
i.
Sensör grubunun elektrifikasyon
ii.
Sensör grubu iletişim
Sorunu olarak düşünülebilir. Birinci sorunda pervaneden elde
edilecek elektriğin sensör grubuna elektrik sağlayacağı düşünülmektedir. Bunun
yetersiz olacağı durumlarda güneş panelleri değerlendirilebilir.
İkinci sorun ise
sensör grubu iletişimidir. Bu projede izlenecek nehrin GSM uydularının
kapsama alanında olacağı varsayılmıştır. Bu varsayımın yanlış olduğu durumlarda
nehir boyuna iletişim kabloları döşenmesi ya da baz istasyonu satın alınması
yoluna gidilebilir. Her iki durum da maliyeti artıracak hususlardır.
Proje Geliştirme Safhasında Faydalanılan Kaynak ve Öneriler
Proje geliştirme safhasında İngiliz haber kuruluşu The Economist ‘ten ve İsveç’in Umeå kentinde
16-20 Haziran 2019 tarihinde IEEE tarafından 13.sü gerçekleştirilen, uluslararası
nitelikte olan, Kendi Kendine Adapte ve Organize Olan Sistemler (Self-Adaptive
and Self-Organizing Systems) konferansından
faydalanılmıştır.
Kaynakça
Bankası, M., 2019. Döviz Beklentileri Anketi. [Çevrimiçi]
Available at: https://www.tcmb.gov.tr/wps/wcm/connect/085d78c0-9809-4b33-a6b6-21e0a22a6405/BA-Rapor-Int.pdf?MOD=AJPERES&CACHEID=ROOTWORKSPACE-085d78c0-9809-4b33-a6b6-21e0a22a6405-mERn4Vm
[Erişildi: 9 7 2019].
Economist, T., 2019. Climate
change and population growth are making the world’s water woes more urgent. [Çevrimiçi]
Available at: https://www.economist.com/special-report/2019/02/28/climate-change-and-population-growth-are-making-the-worlds-water-woes-more-urgent
[Erişildi: 5 7 2019].
Hürriyet, 2016. Bakandan
İklim Değişikliği Uyarısı. [Çevrimiçi]
Available at: http://www.hurriyet.com.tr/gundem/bakandan-iklim-degisikligi-uyarisi-40105887
[Erişildi: 5 7 2019].
IPCC, 2019. Intergovernmental
Panel on Climate Change. [Çevrimiçi]
Available at: https://www.ipcc.ch/
[Erişildi: 9 7 2019].
İski, 2000. Osmanlı
Su Medeniyeti-Uluslararası Sempozyum Bildiriler Kitabı. [Çevrimiçi]
Available at: http://www.iski.gov.tr/web/assets/SayfalarDocs/e-kutuphane/kultur/docs/osmanli_su_medeniyeti.pdf
[Erişildi: 9 7 2019].
nasa, 2019. Nasa:
Follow the Water. [Çevrimiçi]
Available at: https://www.nasa.gov/vision/earth/everydaylife/jamestown-water-fs.html
[Erişildi: 4 7 2019].
USGS, 2019. USGS
Current Water Data for The Nation. [Çevrimiçi]
Available at: https://waterdata.usgs.gov/nwis/rt
[Erişildi: 9 7 2019].
Wikipedia, 2018. Cape
Town Water Crisis. [Çevrimiçi]
Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Cape_Town_water_crisis
[Erişildi: 7 4 2019].
Wikipedia, 2019. Sakarya
Nehri. [Çevrimiçi]
Available at: https://tr.wikipedia.org/wiki/Sakarya_Nehri
[Erişildi: 5 7 2019].
Wikipedia, 2019. Water
Detector. [Çevrimiçi]
Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Water_detector
[Erişildi: 5 7 2019].