Akıllı ve Sürdürülebilir Kentler için Nesnelerin İnterneti Tabanlı Taşkın Erken Uyarı Sistemi: Bartın Çayı Havzası Örneği

• Proje no: 2021K12-169131/04 (Devam Ediyor)

Proje başlığı: Akıllı ve Sürdürülebilir Kentler için Nesnelerin İnterneti Tabanlı Taşkın Erken Uyarı Sistemi: Bartın Çayı Havzası Örneği

Proje Yürütücüsü: Dr. Öğr. Üyesi. Ercan GEMİCİ

Konu: Batı Karadeniz Havzası taşkın yönetim planında, taşkınların etkisinin asgari seviyeye indirilmesi için bölgede bir sensör ağı kurularak gerçek-zamanlı meteorolojik, hidrolojik ve hidrolik bilgilerin entegre olarak değerlendirildiği bir tahmin modeli oluşturulması. Taşkınlar sebebiyle genel hizmet, ekonomi, turizm vb. faaliyetlerinde yaşanabilecek aksaklıkların engellenmesi.

Amaç: Taşkınların meydana getirdiği can ve mal kaybının yanında toplumsal moral çöküntüsü ve taşkın korkusunun azaltılması, Taşkınlar için afet ve acil durum planları hazırlanması/uygulanması için ihtiyaç duyulan sürenin sağlanabilmesi, Kirlilik sebebiyle veya su temini ve arıtma hizmetlerindeki problemler nedeniyle ortaya çıkabilecek sağlık sorunlarının önüne geçilmesi, zarar görmesi muhtemel tarihi, arkeolojik vb. alanlar korunacak.

Taşkınlar sonuçları bakımından dünya genelinde olduğu gibi ülkemizde de en önemli afetler arasında yer almaktadır. Dünyada ve ülkemizde en fazla can ve mal kaybına yol açan afetler arasında depremden sonra ikinci, meteorolojik kaynaklı afetler arasında ise ilk sırada yer almaktadır. Kaynağı meteorolojik olsa da son yıllarda taşkın alanlarında artan yerleşme ve sanayileşme faaliyetleri, dere yataklarının daraltılarak yüzey akışında artışa neden olmaktadır. Bununla birlikte etkisi hissedilir düzeyde olan iklim değişikliği nedeniyle kısa sürede birim alana düşen yağış miktarında artışlar görülmeye başlanmıştır. Bütün bu nedenler, gelecek dönemde taşkınların sayısının ve hasar etkisinin önemli ölçüde artacağını göstermektedir. Taşkın bölgesinde bulunan canlıların ve bu bölgeden kaldırılabilecek araçlar gibi değerli malların uzaklaştırılması, karşılaşılan zararı önemli ölçüde azaltacaktır. Bu doğrultuda taşkın erken uyarı sistemleri önlem alabilmek için gerekli süreyi kazandıran bir karar destek aracıdır. Taşkın erken uyarı sistemleri, hidrometeorolojik veriler, meteorolojik tahminler, toprak nemi, buharlaşma, kar erimesi, yer altı su seviyesi vb. birçok faktörün girdi olarak kullanılmasıyla kurulan hidrolojik modellerle, gelebilecek debinin tahmin edilmesi ve bu debinin yayılma alanlarının tespit edilip erken uyarının yapılması esasına dayanmaktadır. Bu modeller yardımıyla erken uyarı, taşkından birkaç gün öncesine kadar yapılabilmektedir.

Taşkınların sebep olduğu can ve mal kayıplarının azaltılması/önlenebilmesi için son yıllarda klasik taşkın tahmin yöntemlerinin doğruluğunu arttırmaya yönelik nesnelerin interneti (IoT: Internet of Things) tabanlı çözümler geliştirilmektedir. Dünyada taşkınların en yoğun yaşandığı bölgelerden biri olan Hindistan’ın Pathna Bölgesinde, Google’ın ‘AI for Social Good’ Projesi kapsamında, meydana gelmesi muhtemel taşkınlar gelişmiş yapay zekâ algoritmaları kullanılarak tahmin edilmeye çalışılmaktadır (AI for Social Good). Taşkınların yoğun yaşandığı başka bir bölge olan Meksika’nın Colima Eyaletinde yürütülen bir çalışmada hidrolojik ve mobil izleme istasyonları, meteoroloji istasyonu ve veri işleme özelliğine sahip algılayıcıdan oluşan bir platform uygulamaya konulmuş ve bir arayüz aracılığıyla karar vericilere gerçek zamanlı kritik bilgiler sunulmuştur (Ibarreche vd., 2020). İngiltere’nin Oxford şehrinde taşkınların tespiti için yürütülen ‘Oxford Flood Network’ Projesi kapsamında şehrin belirli bölgelerine IoT tabanlı su seviyesi ölçen ultrasonik sensörler yerleştirilmiştir. Amerika’nın Kaliforniya Eyaletinde dağlık bir bölgede yer alan Feather Irmağı’nın su hacminin kar erimesi ile ilişkisini ve beklenenden fazla kar erimesinin yol açabileceği sorunları tespit etmek için Kalofirniya Berkeley Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, ırmağı besleyen havzalardaki kar/su hareketliliğini ve hidrolojik verileri gerçek-zamanlı elde eden ve işleyen IoT tabanlı bir çözüm geliştirmiştir (Feather Irmağı Hidroloji Gözlem Projesi). Benzer bir çok çalışma IoT tabanlı çözümlerin taşkın erken uyarı sistemlerinde oynadığı önemli rolü ortaya koymaktadır (Moreno vd., 2019; Zahir vd., 2019; Sabre vd., 2019; Kruger vd., 2016). Bu çalışmada, etkin ve bütüncül bir taşkın erken uyarı sistemi oluşturmak amacıyla, IoT tabanlı bir çözüm geliştirilmesi hedeflenmektedir. İlk olarak, havzanın belirli alanlarına yerleştirilecek sensörlerden oluşan bir kablosuz sensör ağı oluşturulacaktır. Bu ağ yardımı ile elde edilen nem, su seviyesi, debi verileri ile meteorolojik veriler, araziyi temsil eden haritalar, taşkın oluşma ihtimalini matematiksel olarak modelleyebilmek ve oluşturulan modelin doğruluğunu test edebilmek için kullanılacaktır. Ayrıca taşkının nasıl bir seyir izleyeceği ile ilgili gerçek zamanlı senaryolar oluşturulacaktır. Oluşturulan senaryolar bir arayüz aracılığıyla karar vericilere aktarılacak ve böylece bölgede yaşayan insanların tahliyesi ve/veya benzeri kritik kararların etkili şekilde alınabilmesi için bir karar destek sistemi sağlanmış olacaktır.

Batı Karadeniz Havzası için yapılan iklim projeksiyonları sonucunda; önümüzdeki yıllarda ortalama sıcaklıklarda ve kıyı kesimlerde ekstrem yağışlarda artışın söz konusu olacağı öngörülmektedir. Bu durum, gelecekteki muhtemel taşkın sayısını arttıracak, havzada yer alan sanayi ve ticaret alanlarını, enerji tesislerini, tarım ve hayvancılığı zarara uğratacaktır. Batı Karadeniz Havzası içerisinde ekonomik ve kültürel kalkınmanın sağlanması için taşkınların önlenmesi ve etkisinin asgari düzeye indirgenmesi yüksek öneme ve aciliyete sahiptir.

Taşkın erken uyarı sistemi ile taşkınların önceden tahmin edilmesiyle;

• Taşkınların meydana getirdiği can ve mal kaybının yanında toplumsal moral çöküntüsü ve taşkın korkusu azaltılacak,
• Taşkınlar için afet ve acil durum planları hazırlanması/uygulanması için ihtiyaç duyulan süre sağlanabilecek,
• Kirlilik sebebiyle veya su temini ve arıtma hizmetlerindeki problemler nedeniyle ortaya çıkabilecek sağlık sorunlarının önüne geçilebilecek,
• Potansiyel olumsuz çevresel etkiler (Toprak, biyolojik çeşitlilik, hayvanlar, bitki örtüsü vb.) azaltılacak,
• Taşkınlar sebebiyle genel hizmet, ekonomi, turizm vb. faaliyetlerinde yaşanabilecek aksaklıklar engellenecek,
• Zarar görmesi muhtemel tarihi, arkeolojik vb. alanlar korunacak,
• Meskenler, altyapı tesisleri, ulaştırma tesisleri, su yapıları, enerji hatları vb. yapılarda oluşabilecek hasarlar azaltılabilecektir.

Ayrıca taşkın izleme sistemlerinden elde edilen veriler kullanılarak;

• Nehir yatağında değişiklikler; arazi örtüsünde değişimler, nehir yataklarında heyelan ve moloz atıklar gibi nedenlerle meydana gelen değişimler, yatağı ve nehri etkileyen yeni inşa edilen baraj, set ve kanal gibi yapıların etkilerinin izlenmesi, yüzey akışını etkileyen faktörlerin kayıt altında bulunması sağlanacaktır.
• İklimsel değişiklikler; atmosferde su tutma kapasitesi ve su içeriğinde artışlar, sağanak yağışlarda artışlar, kar örtüsünde değişiklikler, mevsim normallerinde değişimler, atmosferik olayların değişimi düzenli olarak izlenebilecektir.

KAYNAKLAR

AI for Social Good. https://www.blog.google/products/search/helping-keep-people-safe-ai-enabled-flood-forecasting/

Feather Irmağı Hidroloji Gözlem Projesi, http://frho.us/

Ibarreche, J., Aquino, R., Edwards, R. M., Rangel, V., Pérez, I., Martínez, M., ... & Edwards, A. (2020). Flash flood early warning system in Colima, Mexico. Sensors, 20(18), 5231.

Kruger, A., Krajewski, W. F., Niemeier, J. J., Ceynar, D. L., & Goska, R. (2016). Bridge-mounted river stage sensors (BMRSS). IEEE Access, 4, 8948-8966.

Moreno, C., Aquino, R., Ibarreche, J., Pérez, I., Castellanos, E., Álvarez, E., ... & Edwards, R. M. (2019). RiverCore: IoT device for river water level monitoring over cellular communications. Sensors, 19(1), 127.

Oxford Flood Network. https://thinginnovations.uk/oxford-flood-network

Sabre, M. S. M., Abdullah, S. S., & Faruq, A. (2019). Flood warning and monitoring system utilizing internet of things technology. Kinetik: Game Technology, Information System, Computer Network, Computing, Electronics, and Control, 4(4), 287-296.

Zahir, S. B., Ehkan, P., Sabapathy, T., Jusoh, M., Osman, M. N., Yasin, M. N., ... & Husin, F. (2019, December). Smart IoT Flood Monitoring System. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1339, No. 1, p. 012043). IOP Publishing.