HARRAN OVASINDA SU KAYNAKLARININ OPTİMİZASYONU*
Optımızatıon of Water Resources in The Plain of Harran*
Veli DEĞİRMENCİ
Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü
Tarımsal Yapılar ve
Sulama Anabilim Dalı
Kazım TÜLÜCÜ
Ç.Ü. Ziraat Fakültesi
Tarımsal Yapılar ve
Sulama Bölümü
ÖZET
Bu çalışmada, ekonomik, hidrolojik ve agronomik parametreler kullanarak hazırlanan doğrusal
programlama modeli ile arazi ve su kaynaklarının planlaması amaçlanmıştır. Doğrusal programlama
modeli, ‘‘Planlama seviyesi’’ ve ‘‘İşletme seviyesi’’ olmak üzere iki seviyeli hazırlanmış ve Harran
Ovasına uygulanmıştır. Model ile, kısıtlara bağlı olarak bitki deseni, aylık kullanılan sulama suyu ve
ovadan sağlanacak maksimum net gelir belirlenmiştir.
Model uygulama sonuçlarına göre, ovanın sulanmasında mevcut kanal suyunun yeterli
olmadığı, yeraltısuyu ile drenaj suyuna da ihtiyaç duyulduğu belirlenmiştir. Haziran, temmuz ve
ağustos aylarında sulama amacıyla kanala verilen su miktarı maksimum düzeye çıkmakta ve aynı
zamanda bu aylarda ek su kaynaklarına ihtiyaç duyulduğu anlaşılmaktadır.
ABSTRACT
It is purposed to planning of land and water resources with the linear programming model that
contains hydrological, economics and agricultural parameters in this study. The model that was set up
at two level as a ‘‘Planning’’ and ‘‘Management’’ was practiced at Harran Plain conditions, with this
model, crop pattern, monthly canal water, groundwater and drainage water amounts and maximum
income from the plain was determined depending on constraints.
As a result, it was determined that canal water is incapable and needs groundwater and
drainage to irrigate of the plain. Canal water capacity is maximum level at June, July and August and
also, groundwater and drainage water are needed in these months.
Giriş
Su kaynakları projesinin planlanması, hazırlanması bir sistem olarak adlandırılır. Su kaynakları
projeleri genellikle farklı zamanlarda su sağlama, sel kontrolü, hidro-elektirik güç gibi değişik amaçların
gerçekleşmesini sağlayan sistem birimlerinin (barajlar, kanallar gibi) farklı dağıtım kapasitesi, çıktı
seviyeleri ve sistem birimlerinin birbirleriyle farklı kombinasyonlarını içeren çok karmaşık yapıdır.
Sistemi tasarlamanın amacı, proje kriterlerinin ihtiyaçlarına (kısıtlara) göre
maksimum faydayı sağlayan değişkenlerin kombinasyonunu seçmektir. Kısıtlar teknik, sosyal ve politik
olabilir (Chow ve Meredıth, 1969).
Güneydoğu Anadolu Projesi tarım, sanayi, enerji, eğitim ve sosyal amaçları içeren oldukça
karmaşık bir sistem olarak değerlendirilebilir. Bu proje içinde yer alan Harran Ovası sulama sisteminde
yapılan hesaplara göre toplam 151000 ha alanın sulamaya açılması planlanırken, ancak bugüne
kadar 120000 ha’lık alan sulamaya açılmıştır. Sulamaya açılan bu alanda aşağıda sıralanan sorunlar
yaşanmaktadır. Proje alanında DSİ tarafından belirlenen bitki desenine uyulmaması, çiftçi su
uygulama randımanlarının düşük olması, proje aşamasında ana kanal sulama modülünün
hesaplanmasında kullanılan bitki kc katsayılarının belirlenmesinde yöreye ait gerçek bitki su tüketim
verilerinin olmaması gibi nedenlerden dolayı planlanan alanda yeterli sulama yapılamadığı
kaydedilmektedir. Ayrıca, proje alanında yapılan sulamalarda genelde Atatürk Barajından gelen kanal
suyu kullanılmakta bunun da Ovanın ihtiyacını karşılayamadığı bilinmektedir. Gereksinilen sulama
suyunun sağlanmasında proje alanında mevcut diğer su kaynakları ve sulama stratejilerini de
değerlendirmeye alacak şekilde planlamanın yapılması sorunu ortaya çıkmış bulunmaktadır.
Bu çalışmanın amacı, Güneydoğu Anadolu projesi içinde yer alan Harran Ovasında
gereksinilen sulama suyunun sağlanması ve kullanılmasının planlamasında mevcut toprak ve su
kaynaklarını dikkate alan bir optimizasyon modeli hazırlamak, modelde farklı su kaynakları, sulama
stratejileri ile alternatif planlar oluşturmak, bu modeli doğrusal programlama tekniği ile çözmek ve
*
Doktora Tezi – Ph.D.Thesis.
sonuçta, optimum bitki deseni, aylık kullanılacak kanal suyu, yeraltısuyu ve drenaj suyu miktarlarını
belirlemektir.
Materyal ve Metot
Materyal
Harran Ovasının en geniş yeri güneyde 60 km, en dar yeri ise ortada Tektek ile Fatik dağları
arasında kalan bölge olup 30 km, uzunluğu kuzey-güney doğrultusunda 65 km ve denizden ortalama
yüksekliği ise 400 m’dir. Harran ovasının toplam yüzölçümü 225109 ha olmasına karşın proje ile
öngörülen sulama alanı yaklaşık 151000 ha’dır (DSİ, 1980).
Harran ovasının serin kuzey rüzgarlarına kapalı olması, bir taraftan da güneydeki çöl iklimi
etkisi altında bulunması nedeniyle, mayıs ayında artmaya başlayan sıcaklık, ekim ayına kadar devam
eder ve özellikle temmuz, ağustos aylarında sıcaklıklar maksimum değerlere ulaşır. Ortalama sıcaklık
ise 17.1 0C, en yüksek sıcaklık değeri 46.8 0C ile temmuz ayında, en düşük sıcaklık ise –16.8 0C ile
aralık ayında oluşur. En yüksek rüzgar hızları ise mayıs ve haziran aylarında gerçekleşmiştir.
Ortalama oransal nem %50, oransal nemin en düşük olduğu ay temmuz (%31), en yüksek olduğu ay
aralık (%69)’dır. Yıllık yağış miktarı 348 mm’dir. Güneyden kuzeye, batıdan doğuya doğru gittikçe
yağış miktarı artmaktadır(KHGM, l998).
Sulu tarım, Ova’nın Akçakale kesiminde açılan derin kuyuların bulunduğu 15000 ha alan ile
merkez ilçeye bağlı bazı köylerde başlatılmıştır. Şanlıurfa tünellerinden birinin 1995 yılında hizmete
girmesi ile Ova’da 120000 ha alan sulamaya açılmış, başta pamuk olmak üzere yerfıstığı, sebze,
meyve, yonca, ikinci ürün mısır, soya, susam ve ayçiçeği gibi bitkilerinin sulu tarımı yapılmaya
başlanmıştır.
Urfa ana kanal uzunluğu 75 km olup, sulama alanı ise yaklaşık 35000 ha’dır. Harran ana
kanalı uzunluğu ise 161 km ve toplam sulama alanı 98494 ha’dır. Ayrıca projeli şartlarda drenaj
suyuna göre toplam sahaya ilave edilmesi gereken alan 17101 ha’dır. Ovada sulamaya açılması
planlanan alan miktarı toplamı yaklaşık 151000 ha’dır (DSİ, 1997).
Metot
Bu bölümde, tasarlanan doğrusal programlama modeli ve modelin kullanılmasında gerekli
temel bilgiler verilmiştir.
Doğrusal Programlama Modeli
Bu çalışma, planlama ve işletme olmak üzere iki seviyeli olarak planlanmaktadır. Planlama
seviyesi; sulama mevsimi başlamadan önce beklenen iklim koşullarına göre yapılan planlamayı,
işletme seviyesi ise; sulama sezonunda planlama seviyesinde beklenen iklim koşullarının
gerçekleşmemesi durumunda planlamayı içermektedir.
Tasarlanan matematiksel modelin amaç fonksiyonu ve kısıtların matematiksel ifadeleri izleyen
bölümlerde eşitlik (1-15)’de verilmiştir (Panda ve ark., 1996; Paudyal ve Gupta, 1990; Morales ve ark.,
1988; Lakshminarayana ve Rajagopalan 1977; Afzal, 1991; Tülücü, 1975).
Amaç Fonksiyonu
I
Max Zp=
J
N
∑ ∑ ∑
i =1
j=1
n =1
T
NRijn Aijn-
∑
(CSw SWt+ CGw GWt+ CDw DWt)
t =1
Burada;
i = Bitki indeksi
I = Bitki sayısı
j = Sulama stratejisi indeksi
J = Sulama stratejisi sayısı
t = Ay indeksi
T = Sulama mevsimindeki ay sayısı
n = Dönem indeksi
N = Dönem sayısı
NRijn = n döneminde j sulama stratejisinde sulanan i bitkisinin net geliri
(su maliyeti hariç)
(1)
Aijn = Bir karar değişkeni olarak n döneminde j sulama stratejisinde
sulanan i bitkisinin sulama alanı
CSw = Kanal suyunun işletme maliyeti
SWt = Bir karar değişkeni olarak t ayında kanala verilecek su miktarı
CGw = Yeraltısuyu işletme maliyeti
GWt = Bir karar değişkeni olarak t ayında çekilecek yeraltısuyu miktarı
CD = Drenaj suyu işletme maliyeti
DWt = Bir karar değişkeni olarak t ayında drenaj kanalından alınacak su
miktarı
NRijn = (PiYijn - Ci )
(2)
Burada;
Pi = i bitkisinin pazar değeri
Yijn = n döneminde j sulama stratejisinde i bitkisi verimi
Aijn = Bir karar değişkeni olarak n döneminde j sulama stratejisinde i
bitkisinin sulama alanı
Ci = i bitkisinin birim alan üretim masrafı
Ci = C1i + C2i
(3)
Burada;
C1i = Verime göre değişmeyen masraflar
C2i = Verime göre değişen masraflar
Kısıtlar
Sulama Suyu Kaynakları
Sulama alanında bitkilerin sulama suyu ihtiyacının yağış, kanal suyu, yeraltısuyu ve drenaj
suyu tarafından karşılanması planlanmıştır. Aylık kullanılacak kanal suyu, yeraltısuyu ve drenaj suyu
miktarları model ile belirlenecektir.
I
J
N
i =1
j=1
n =1
∑ ∑ ∑
E(IRijnt)Aijn-θ1(α1β1SWt + GWt + DWt ≤ 0
(4)
t = 1,...,12
Burada;
t = Ay
α1= Su iletim randımanı
β1 = Tarla başı kanalı iletim randımanı
θ1 = Tarla sulama randımanı
E(IRijnt) = Rastgele bir değişken olarak t ayında n döneminde j sulama
seviyesinde i bitkisinin net sulama suyu ihtiyacı
Kanal Suyu Miktarı
Ova’da kanalla her ay kullanılacak suyun miktarı, verilmesi planlanan maksimum kanal suyu
miktarından büyük olmamalıdır.
Burada;
SWt ≤ SWtmax
(5)
SWtmax = 86400 Qtmax d
(6)
SWtmax = t ayında kanala verilecek maksimum su miktarı
Qtmax = Kanala verilecek maksimum debi
d = t ayındaki gün sayısı
Çıkarılacak Yeraltısuyu Miktarı
Aylık çıkarılacak yeraltısuyu miktarı, çekilmesine izin verilen maksimum yeraltısuyu
kapasitesine bağlıdır.
GWt ≤ GWtmax
(7)
GWtmax = t ayında çıkarılmasına izin verilen maksimum yeraltısuyu miktarı
Yıllık Yeraltısuyu Dengesi
Yıllık yeraltısuyu dengesi aküferin durumuna, taban suyu durumuna, aküfere giren - çıkan
akımlara, yağış, su iletim kanalları ve tarla sulamalarından aküfere olan akımlara bağlı olarak değişir.
(EGW+
T
T
t =1
t =1
∑ GWt )≤PMA+ ∑
[θ2(β2 α2SWt+GWt+DWt)+δ1E(Rt)A]
(8)
Burada;
α2 = Su iletim kanallarından yeraltısuyuna katkı katsayısı
β2 = Tarla başı kanalından yeraltısuyuna katkı katsayısı
θ2 = Tarla sulamalarından yeraltısuyuna katkı katsayısı
δ1= Yağıştan yeraltısuyuna katkı katsayısı
EGW = Yeraltısuyundan oluşan yıllık buharlaşma miktarı
A = Yeraltısuyu beslenme alanı
PMA = Aküferde kalması gereken minumum su miktarı
E(Rt) = t ayında oluşacak olasılıklı yağış miktarı
Pompa Kapasitesi
Pompa kapasitesi, Ova’da bulunan pompaj kuyularının toplam kapasitelerine göre
belirlenecektir.
GWt ≤ GWtpcap
GWtpcap = (ΣQ) h d
Burada;
(9)
(10)
GWtpcap = Mevcut pompa kapasitesi
ΣQ = Tüm kuyulardan çekilen suyun debisi
h = Günlük çalışma süresi
d = Ayın gün sayısı
Drenaj Suyu Miktarı
DWt ≤ [θ3(α3β3 SWt+GWt+DWt)+δ2E(Rt)A ]
(11)
Burada;
α3 = Su iletim kanallarından drenaj suyuna katkı katsayısı
β3 = Tarla başı kanalından drenaj suyuna katkı katsayısı
θ3 = Tarla sulamalarından drenaj suyuna katkı katsayısı
δ2 = Yağıştan drenaj suyuna katkı katsayısı
Ekim Alanı
Kış ve bahar sezonunda ekilen bitkilerin toplam alanı, sulamaya açılan toplam alandan büyük
olmamalıdır.
w1
J
∑ ∑ ∑
i =1
ws1
J
N
i = w1+1
j=1
n =1
N
j=1
Aijn +
n =1
∑ ∑ ∑
Aijn ≤ TA
(12)
Burada;
wı = Kış sezonunda ekilen bitki sayısı
wsı = Kış ve bahar sezonlarında ekilen bitki sayısı
Bahar ve yaz sezonunda ekilen bitkilerin toplam alanı sulamaya açılan toplam alandan büyük
olmamalıdır.
J
ws1
N
∑ ∑ ∑
i = w1+1
j=1
Aijn +
n =1
I
J
N
i = ws +1
j=1
n =1
∑ ∑ ∑
Aijn ≤ TA
(13)
Bitki Kota Limitleri
Proje alanında, ulusal, bölgesel teknik, ekonomik ve sosyal koşullar dikkate alınarak, bitkilerin
en az ve en fazla ekim yapılacak alanları belirlenecek ve bu alanların alt ve üst sınırları arasında ekim
planlanacaktır.
J
N
j=1
n =1
J
N
j=1
n =1
∑ ∑
∑ ∑
Aijn ≥ Aimin
(i = 1,...,I)
Aijn ≤ Aimax
(i = 1,...,I)
(14)
(15)
Burada;
Aimin= i bitkisi için en az ekim alanı
Aimax = i bitkisi için en fazla ekim alanı
Araştırma Bulguları
Planlama ve işletme seviyelerindeki alternatif planların herbirinde maksimum gelir, bitki
deseni, aylık kanal suyu, yeraltısuyu ve drenaj suyu miktarları belirlenmiştir.
Bu çalışma sonuçları, planlama ve işletme seviyeleri olarak iki ayrı grup altında incelenmiş ve
değerlendirilmiştir. Planlama ve işletme seviyelerine ait uygulama sonuçları izleyen kısımlarda
verilmiştir.
Planlama Seviyesi Sonuçları
Bu çalışmada planlama seviyesinde sulama mevsimi boyunca bitkilerin sulama suyu
ihtiyaçlarının %80 olasılık düzeyinde gerçekleşeceği varsayımına göre tasarlanmıştır. Planlama
seviyesinde uygulanan alternatif planlar aşağıda verilen 4 ayrı plandan oluşmaktadır.
Plan A: Kanal suyu,
Plan B: Kanal suyu+Yeraltısuyu,
Plan C: Kanal suyu+Sulama stratejileri,
Plan D: Kanal Suyu+Yeraltısuyu+Drenaj suyu,
Planlama seviyesinde ovadan maksimum geliri sağlacak şekilde denklem (1-15)’de verilen
doğrusal programlama modeli kullanılarak bitki deseni, aylık kanal suyu, yeraltısuyu ve drenaj suyu
miktarları belirlenmiştir.
Sonuçlara göre, Plan D toplam net gelirin ve toplam sulama alanının yüksek olması nedeniyle
tercih edilebilir. Bitki deseni yoğunluğu Plan D’de hemen hemen tüm sulanabilir alanı içermektedir. Su
kaynağı olarak yalnızca “Kanal suyu” kullanılması durumunda Plan C, su kaynağı olarak “Kanal
suyu+Yeraltısuyu” kullanılması durumunda Plan B, su kaynağı olarak “Kanal suyu+Yeraltısuyu+Drenaj
suyu” kullanılması durumunda ise Plan D en uygun planları oluşturmaktadır.
Yeraltısuyu Plan B ve D’de planlamaya alınmıştır. Drenaj suyu yalnızca Plan ise D’de
planlamaya alınmıştır. Yeraltısuyu kullanımı Plan B ve D’de haziran, temmuz ve ağustos aylarında,
drenaj suyu kullanımı ise Plan D’de haziran, ağustos ve eylül aylarında olmuştur.
İşletme Seviyesi Sonuçları
Planlanma seviyesinde sulama sezonundan önce sulama suyu ihtiyacının %80 olasılık
düzeyinde gerçekleşeceği varsayılarak planlama yapılırken, işletme seviyesinde, sulama suyu
ihtiyacının sulama sezonu boyunca %50, %20 ve %10 olasılık düzeylerinde gerçekleşmesi koşulunda
yapılan planlamayı içermektedir.
İşletme seviyesinde sulama suyu ihtiyaçlarının artması durumunda herbir plan için planlama
seviyesinde kullanılmayan su kaynakları ve sulama stratejileri eklenmiştir.
İşletme Seviyesi ‘‘PLAN A’’ Sonuçları
İşletme seviyesinin tüm olasılık düzeylerinde, planlama seviyesinde gerçekleşen bitki
alanlarının tümü sulanmış ve ek su kaynağı olarak yeraltısuyu ve drenaj suyu kullanılmıştır. Toplam
net gelirde azalma meydana gelmiştir.
İşletme Seviyesi ‘‘PLAN B’’ Sonuçları
İşletme seviyesinde %50 olasılık düzeyinde tüm alanlar sulanmış, ancak %20 ve %10 olasılık
düzeylerinde bitkilerin sulama alanları ve sulama stratejileri değişmiştir. Ek su kaynağı olarak drenaj
suyu kullanılmış ve tüm olasılık düzeylerinde toplam net gelirde azalma meydana gelmiştir.
İşletme Seviyesi ‘‘PLAN C’’ Sonuçları
Planlama seviyesinde gerçekleşen bitki desenindeki bitki alanlarının tümü işletme
seviyesindeki tüm olasılık düzeylerinde de sulanmıştır. Ancak, bitkilerin sulama stratejileri değişmiş ve
genelde planlama seviyesinde kısıntı yapılan sulama stratejileri yerine tam sulama stratejileri
uygulanmıştır. İşletme seviyesinde ek su kaynağı olarak yeraltısuyu ve drenaj suyu kullanılmıştır. Tüm
olasılık düzeylerinde toplam net gelirde azalma meydana gelmiştir.
İşletme Seviyesi ‘‘PLAN D’’ Sonuçları
İşletme seviyesinde, planlama seviyesinde belirlenen bitki alanlarının tümü sulanamamaktadır.
Bundan dolayı, toplam gelirde ve toplam sulama alanlarında azalma meydana gelmiştir. Planlama
seviyesinde belirlenen kanal suyu ve yeraltısuyu miktarları işletme seviyesinde de aynı miktarda,
drenaj suyu miktarı ise, işletme seviyesinde daha fazla kullanılmıştır.
Tartışma ve Sonuçlar
Planlama seviyesinde yalnız Plan A’da kanal suyunun kullanılması durumunda, Harran
Ovası’nın sulanması için yeterli kaynak oluşturmamış ve bitki deseni yoğunluğu %101, Plan B’de kanal
suyuna ek su kaynağı yeraltısuyunun kullanılması ile birlikte bitkilerin ekim alanları ve gelirde artış
olmuş, bitki deseni yoğunluğu %108 olarak gerçekleşmiştir. Plan C’de kanal suyuna ek olarak sulama
stratejileri eklenmiş, yalnızca pamuk ve ayçiçeğinde kısıntılı sulama stratejileri uygulanmıştır. Plan
D’de kanal suyu, yeraltısuyu ve drenaj suyu kullanılmış sonuçta bitkilerin ekim alanı artmış, bitki
deseni yoğunluğu %115 ve gelirde büyük artış meydana gelmiştir.
İşletme seviyesinde; bitki su ihtiyacının %50, %20 ve %10 olasılık düzeyinde gerçekleşmesi
durumunda esas alınarak model çözülmüştür. İşletme seviyesinde, planlama seviyesinde
kullanılmayan su kaynakları ve sulama stratejileri eklenerek uygulanmıştır. Plan A’da yeraltısuyu,
drenaj suyu ve sulama stratejileri eklenmiş, Plan B’de drenaj suyu ve sulama stratejileri uygulanmıştır.
Plan C’de ek su kaynakları olarak yeraltısuyu ve drenaj suyu ve Plan D’de ise sulama stratejileri
eklenmiştir.
Yalnızca kanal suyunun ve sulama stratejilerinin uygulanması durumunda kış sezonunda
ekilen bitkilerin toplam ekim alanı artarken, yaz ve bahar sezonlarında ekilen bitkilerin alanlarında
azalma olmaktadır. Kanal suyuna ek olarak yeraltısuyu ve drenaj suyunun kullanılması durumunda ise
yaz sezonunda ekilen bitkilerin ve baharda ekilen bitkilerin alanları artmış, kış sezonunda ekilen
bitkilerin alanları azalmış ve toplam sulama alanında artış gerçekleşmiştir.
Kaynaklar
AFZAL, J., 1991. An Irrigation Management Model; Optimising the Use Different Quality Waters by
Alternative Irrigations. Ph.D Thesis in Agriculture Water Management, Cranfield Institute of
Technology Silsoe College, England,100p.
CHOW, V. T. and MEREDITH, D. D., 1969. Water Resources System Analysis,Part IV Review of
Programming Techniques. Department of Civil Engineering University of Illinois, 70p.
DSİ, 1980. Aşağı Fırat Projesi Fizibilite Raporu. Ankara.
___, 1997. Mardin-Ceylanpınar Ovaları Sulama Projesi Şanlıurfa ve Harran Ovaları Sulama Revizyon
Projesi.
KHGM, 1998. 1997 Yılı Hidrometerolojik Rasat Verileri Şanlıurfa–Harran Ovası.Köy Hizmetleri
Şanlıurfa Araştırma Enstitüsü, Şanlıurfa, Genel Yayın No: 131.
LAKSHMINARAYANA, V. and RAJAGOPALAN, S. P., 1977. Optimal Cropping Pattern for Basin in
India. Journal of the Irrigation and Drainage Division Vol.103, No.IR1, March, 53-71.
MORALES, J. C., MARINO, M. A. and HOLZAPFEL, E. A., 1988. Planning Model of Irrigation District.
Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol. 113, No. 4, 549-563.
PAUDYAL, G. N. and GUPTA, A. D., 1990. Irrigation Planning by Multilevel Optimization. Journal of
Irrigation of Drainage Engineering, Vol.116, No:2, 273-291.
PANDA, S. N., KHEPAR , S. D. and KAUSHAL, M. P., 1996. Interseasonal Irrigation System Planning
for Waterlogged Sodic Soils. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol.122, No.3,
135-145.
TÜLÜCÜ, K., 1975. Arazi ve Su Kaynaklarının İşletilmesinde Çok Düzeyli Yaklaşım
Prensibi
ve
Doğrusal Planlama Yöntemiyle Çözümü. Ç.Ü. Ziraat Fakültesi
Adana, Genel Yayın No: 175, Ders Kitapları Yayın No: 53, 238s.
Download

Makaleyi PDF dökümanı olarak indirmek için tıklayınız