EVRE MHENDSL MODELLEME PROF DR GLFEM BAKAN ONDOKUZ
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ MODELLEME PROF. DR. GÜLFEM BAKAN ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
Model Nedir? Model, Bir sistemin değişen koşullar altındaki davranışlarını incelemek, kontrol etmek ve geleceği hakkında varsayımlarda bulunmak amacı ile elemanları arasındaki bağıntıları kelimeler veya matematiksel terimlerle belirleyen ifadeler topluluğudur. ( Chapra 1997) Modelleme, Belirli bir hedefi yakalayabilmek için asıl bilgiler veya deneyimleri benzeştirmek veya gerçek bir sistemi tanımlayabilmek için uygulanan bir prosestir. ( Khandan, 2002)
Modelleme; belirli hedeflere ulaşmak için gerçek bir sistemin simulasyonu veya performansını değerlendiren temel bilgi ve deneyimin uygulanması prosesidir Modelin Amacı; • Sistemi yorumlamak, • Davranımlarını analiz etmek, yönetmek, işletmek, kontrol etmek veya istenen sonuçları sağlamak • Yeni metotlar tasarlamak, geliştirmek veya uyarlamak, • Sistem hakkındaki hipotezleri test etmek veya • Çeşitli koşullar altında çıkabilecek sonuçları önceden kestirebilmek
MODELLER FİZİKSEL MATEMATİKSEL Ölçü Modelleri Elektriksel Analog GÖZLEMSEL Ampirik Zaman Serisi Sembolik İşaretler ve sistemi tanımlayan denklemeler ANAFUNDAMENTAL Fiziksel Kanunlar Analitik MATEMATİKSEL PROGRAMLAMA SİSTEM SİMULASYONU Numerik 5
PROBLEM ANALİZ MATEMATİKSEL MODEL HESAPLAMA KANTİTATİF ÇÖZÜMLER 6
PROBLEM ÇÖZÜMÜ ALGORİTMASI Problemin Tanımlanması Çalışmanın Amaçlarının Belirlenmesi Sistemin Tanımlanması Sistemin Ayrıştırılması Aktiviteler Özellikleri Nitelikleri Analiz Seçenekleri Planın seçimi Değerlendirme 7
SİSTEM KAVRAMI VE SİSTEM ANALİZİ 8
SİSTEM X = Girdiler P = Parametreler S = Durum Değişkenleri Karar Değişkenleri Y = Çıktılar ÇEVRE Şekil. Sistem Tanımı 9
Dinamik Programlama Dinamik programlama, arda kararların verildiği ve her bir kararın takip eden kararlara etkisi olduğu ardışık karar problemlerinin çözümünde faydalı bir tekniktir. Dinamik programlama, amaç fonksiyonunu maksimum (veya minimum) yapan kararların bileşimini tayin etmek için sistematik bir yol temin etmektedir. 10
"En Elverişli Olma (Optimalite) Prensibi": “İlk durum ve başlangıçta alınan karar ne olursa olsun, herhangi bir adımda en elverişli olarak seçilen yolun özelliği, ilk karar sonunda ortaya çıkan durum itibariyle geriye kalan kararların en elverişli (optimal) şekilde ele alınmasını gerektirir” 11
Problemin Tanımlanması Genel Teori Arazi Verisi Teorik Bilgiler Sayısal Bilgiler İlk Uygulama Model Kalibrasyonu İstatistiksel Yaklaşımlar Laboratuvar Verisi Model Verifikasyonu Şekil 2: Model Yapısının Ana Bileşenleri (Chapra 1997; Chau ve ark. , 2002)
Su kalite modellemesi; 1. Karmaşık sistemlerin sistematik bir biçimde tanımlanması, 2. Sebep sonuç ilişkilerinin belirlenmesi, 3. Pahalı ve zaman alıcı arazi çalışmalarının yapmaksızın, alternatif yöntemin ve kontrol stratejilerinin etkilerinin saptanması, 4. Sistem davranışlarının değerlendirilmesi gibi amaçlarla kullanılmaktadır. 13
Su Kalitesinde Modellemeci, Uzman ve İşletmeci Arasındaki İlişki İŞLETMECİ Problemin Tanımlanması MODELLEMECİ Problemin Sentezlenmesi UZMAN Prosesin Detaylarını Oluşturulması 14
İSTATİSTİKSEL DETERMİNİSTİK STOKASTİK Belirli bir su kütlesine ait veri setleri üzerine kurulur. Çeşitli parametreler arasındaki bağıntılar istatistiksel yöntemler ve ölçümler kullanılarak elde edilir. Doğal süreçleri matematiksel tanımlamalara dayandırır. Bu tür modeller, zaman ve mekana bağlı durumları tanımlar ve genel kullanım amaçlı olarak geliştirilir. Su kalite modelleri doğal süreçlerin tanımlanmasına dayanır, ancak giriş ve sonuç verileri istatistiksel analizler ve zaman serilerinin sentezi ile oluşturulur. YAPAY SİNİR AĞLARI İnsan beyni ve onunla bağlantılı olarak çalışan sinir sistemi esas alınarak geliştirilmiştir BULANIK MANTIK Bulanık mantık yaklaşımı kullanılarak doğrusal olmayan problemleri çözmek olasıdır.
Modellerin kestirimlerinin doğruluğu; 1. Fiziksel gerçeklerin iyi bir şekilde temsil edilip edilmediğine, 2. Modelde kullanılan matematiksel yöntemlere, 3. Katsayıların doğruluğuna bağlıdır. 16
Modelde dikkat edilecek noktalar: 1. TEKNİK GEÇERLİLİĞİ: Model istenilen bilgiyi sağlamış mı ve bilimsel bir sonucu var mı? 2. İŞLEMSEL GEÇERLİLİĞİ: Model doğru değerler mi hesapladı? 3. DİNAMİK GEÇERLİLİĞİ: Model genişletilip, geliştirilebiliyor mu? ve başka yerlerde uygulanabiliyor mu? 17
Model Seçimi Güvenilirlik Maliyet=sınırsız İstenen Güvenilirlik Maliyet Zorluk Seviyesi
Çevre Mühendisliği kapsamında kullanılan su kalitesi modelleri pek çok şekilde sınıflandırılabilmektedir: Eldeki bilgilere göre: Ampirik (istatistiksel, kasa kutu) ve deterministik (kavramsal) modeller, Ø Bağımsız değişkenin boyutlarına göre: Uzayda 1, 2 ve 3 boyutlu (1 D, 2 D, 3 D) modeller zaman değişkenine göre kararlı hal veya dinamik modeller, Ø 19
Modellerin içerdiği alt süreçlere göre: n. Hidrolojik modeller, n. Hidrodinamik modeller, n. Fiziksel-kimyasal modeller, n. Biyolojik ve ekolojik modeller, Ø 20
Su Kalitesi Modelleme Aşamaları Yönetim Amaçları, Seçenekleri, Kısıtlamalar Kısa Çözümler Problemin Tanımlanması Mevcut Verilerin Toplanması Model Seçimi Teorik Kurgu Terori Denklemler Mevcut Model Sayısal Model Yeni Geliştirilen Model Bilgisayar Modeli Ön Uygulama Kalibre edilmemiş model Kalibre model Doğrulanmış model Verilerin Toplanması Kalibrasyon Doğrulama Yönetim Seçenekleri Tahmin edilen Su Kalitesi Denetim Proses Verilerin Toplanması Seçeneklerin gerçek hayata geçirilmesi Yeni Ölçülmüş Su Kalitesi Verilerin Toplanması Bilgi, veriler
Model Kalibrasyonu Veri Toplanması • Fiziki parametreler • Sınır şartları • Başlangıç değerleri MODEL Model Saha Çalışmaları, Literatür Değişkenlerin hesaplanması Kinetik Parametreler Kalibrasyonu tekrar başlat HAYIR Hata Kabul Edilebilir EVET Kalibrasyon Tamamlanır Hata = (ölçülen-model çıktısı) Ölçülmüş değişkenler Veriler
EEA ( Avrupa Çevre Ajansı ) Model Sınıflandırması • Simulasyon Modelleri • ADMS ( Atmosferik Dispersiyon Model sistemi ) • CMS (Geliştirilmiş Model Sistemi) • INM ( İntegre Edilmiş Gürültü Modeli) • Çoklu Yüzey Modelleri • HSPF ( Hidrolojik Simulasyon Programı) • MMSOILS ( Çoklu Yüzeyde Tehlikeli Atık Alanlarından Serbest Kalan Kirletici Simulasyonu) • MULTIMED( Çoklu Yüzey Maruz Kalma Değerlendirme Modeli) • Çevresel Etki Değerlendirme Modelleri • Calyx ( Çevresel Etki Değerlendirme Uzman sistemi ve Veri Tabanı Aracı ) • EMA (Zirai Çalışmalar İçin Çevresel Yönetim) • Çevresel Risk Değerlendirme Modelleri • PRAIRIE ( Nehirlere Deşarj Olan Kimyasallar için Çevresel Risk Değerlendirme Aracı)
EEA ( Avrupa Çevre Ajansı ) Model Sınıflandırması • Hayat Döngüsü Değerlendirme Modelleri • PEMS ( ( Hayat Döngüsü Değerlendirme Modeli ) • Sima. Pro (Hayat Döngüsü Değerlendirme Modeli) • Çevresel Model Geliştirme • Analytica (Çevre Model Geliştirme) • Stella (Çevre Model Geliştirme) • Entegre Edilmiş Çevresel Değerlendirme Modelleri • LUCAS ( Arazi Kullanımı Değişim Analiz Sistemi) • RAINS (Asit Yağışı Değerlendirme İçin Karar Destek Modeli) • RAISON ( Çevresel Değerlendirme Modeli) • Bilgi Yönetim Araçları • PV Wave (Veri Görselliği ve Analiz Modeli) • ARC-Info (Coğrafi bilgi sistemi)
USEPA (Amerika Çevre Koruma Ajansı) Model Sınıflandırması : • Hava taşınım, maruz kalma ve risk modelleri, • Atmosferik modeller, • Ekonomik yaptırım modelleri, • Maruz kalma modelleri, • Suda pestisit konsantrasyonu belirleme modelleri, • Araç emisyonları modelleri, • Su kalitesi ve havza modelleri
Maruz Kalma Modelleri Yeraltı suyu modelleri Besin zinciri modelleri Yüzey suyu modelleri Çoklu Yüzey modelleri
I HEAR … AND I FORGOT I SEE …. AND I REMEMBER I DO …. AND I UNDERSTAND
- Slides: 28