HARRA OVASIDA SU KAYAKLARII OPTİMİZASYOU* Optımızatıon of Water Resources in The Plain of Harran * Veli DEĞİRMECİ 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 une, uly 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, 969). 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 5000 ha alanın sulamaya açılması planlanırken, ancak bugüne kadar 20000 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 22509 ha olmasına karşın proje ile öngörülen sulama alanı yaklaşık 5000 ha dır (DSİ, 980). 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 7. 0 C, en yüksek sıcaklık değeri 46.8 0 C ile temmuz ayında, en düşük sıcaklık ise 6.8 0 C 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 (%3), 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 5000 ha alan ile merkez ilçeye bağlı bazı köylerde başlatılmıştır. Şanlıurfa tünellerinden birinin 995 yılında hizmete girmesi ile Ova da 20000 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 6 km ve toplam sulama alanı 98494 ha dır. Ayrıca projeli şartlarda drenaj suyuna göre toplam sahaya ilave edilmesi gereken alan 70 ha dır. Ovada sulamaya açılması planlanan alan miktarı toplamı yaklaşık 5000 ha dır (DSİ, 997). 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 (-5) de verilmiştir (Panda ve ark., 996; Paudyal ve Gupta, 990; Morales ve ark., 988; Lakshminarayana ve Rajagopalan 977; Afzal, 99; Tülücü, 975). Amaç Fonksiyonu Max Z p = I T Rijn A ijn - (C Sw SWt+ C Gw GW t + C Dw DW t ) () t= i = Bitki indeksi I = Bitki sayısı j = Sulama stratejisi indeksi = Sulama stratejisi sayısı t = Ay indeksi T = Sulama mevsimindeki ay sayısı n = Dönem indeksi = Dönem sayısı R ijn = n döneminde j sulama stratejisinde sulanan i bitkisinin net geliri (su maliyeti hariç)
A ijn = Bir karar değişkeni olarak n döneminde j sulama stratejisinde sulanan i bitkisinin sulama alanı C Sw = Kanal suyunun işletme maliyeti SW t = Bir karar değişkeni olarak t ayında kanala verilecek su miktarı C Gw = Yeraltısuyu işletme maliyeti GW t = Bir karar değişkeni olarak t ayında çekilecek yeraltısuyu miktarı C D = Drenaj suyu işletme maliyeti DW t = Bir karar değişkeni olarak t ayında drenaj kanalından alınacak su miktarı R ijn = (P i Y ijn - C i ) (2) P i = i bitkisinin pazar değeri Y ijn = n döneminde j sulama stratejisinde i bitkisi verimi A ijn = Bir karar değişkeni olarak n döneminde j sulama stratejisinde i bitkisinin sulama alanı C i = i bitkisinin birim alan üretim masrafı C i = C i + C2 i (3) C i = Verime göre değişmeyen masraflar C2 i = 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 E(IR ijnt )A ijn -θ (α β SW t + GW t + DW t 0 (4) t =,...,2 t = Ay α = Su iletim randımanı β = Tarla başı kanalı iletim randımanı θ = Tarla sulama randımanı E(IR ijnt ) = 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. SW t SW t max (5) SW t max = 86400 Q t max d (6) SWt max = t ayında kanala verilecek maksimum su miktarı max Q t = Kanala verilecek maksimum debi
d = t ayındaki gün sayısı Çıkarılacak Yeraltısuyu Miktarı Aylık çıkarılacak yeraltısuyu miktarı, çekilmesine izin verilen maksimum yeraltısuyu kapasitesine bağlıdır. GW t GW t max (7) GW t max = 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. T (EGW+ GWt ) PMA+ [θ 2(β 2 α 2 SWt+GW t +DW t )+δ E(R t )A] (8) t= α 2 = Su iletim kanallarından yeraltısuyuna katkı katsayısı β 2 = Tarla başı kanalından yeraltısuyuna katkı katsayısı θ 2 = Tarla sulamalarından yeraltısuyuna katkı katsayısı δ = Yağıştan yeraltısuyuna katkı katsayısı EGW = Yeraltısuyundan oluşan yıllık buharlaşma miktarı A = Yeraltısuyu beslenme alanı PMA = Aküferde kalması gereken minumum su miktarı E(R t ) = t ayında oluşacak olasılıklı yağış miktarı Pompa Kapasitesi T t= Pompa kapasitesi, Ova da bulunan pompaj kuyularının toplam kapasitelerine göre belirlenecektir. GW t GW t pcap (9) GW t pcap = (ΣQ) h d (0) GW t pcap = Mevcut pompa kapasitesi ΣQ = Tüm kuyulardan çekilen suyun debisi h = Günlük çalışma süresi d = Ayın gün sayısı Drenaj Suyu Miktarı DW t [θ 3 (α 3 β 3 SW t +GW t +DW t )+δ 2 E(R t )A ] () α 3 = Su iletim kanallarından drenaj suyuna katkı katsayısı β 3 = Tarla başı kanalından drenaj suyuna katkı katsayısı θ 3 = Tarla sulamalarından drenaj suyuna katkı katsayısı δ 2 = Yağıştan drenaj suyuna katkı katsayısı Ekim Alanı Kış ve bahar sezonunda ekilen bitkilerin toplam alanı, sulamaya açılan toplam alandan büyük olmamalıdır.
w A ijn + ws w+ Aijn TA (2) 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. ws w+ A ijn + I ws+ n = Aijn TA (3) 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 = A ijn A i min (i =,...,I) (4) A ijn A i max (i =,...,I) (5) A i mi i bitkisi için en az ekim alanı A i max = 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 (-5) 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 %0 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 PLA 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 PLA B Sonuçları İşletme seviyesinde %50 olasılık düzeyinde tüm alanlar sulanmış, ancak %20 ve %0 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 PLA 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 PLA 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 %0, Plan B de kanal suyuna ek su kaynağı yeraltısuyunun kullanılması ile birlikte bitkilerin ekim alanları ve gelirde artış olmuş, bitki deseni yoğunluğu %08 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 %5 ve gelirde büyük artış meydana gelmiştir. İşletme seviyesinde; bitki su ihtiyacının %50, %20 ve %0 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,., 99. 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,00p. CHOW, V. T. and MEREDITH, D. D., 969. Water Resources System Analysis,Part IV Review of Programming Techniques. Department of Civil Engineering University of Illinois, 70p. DSİ, 980. Aşağı Fırat Projesi Fizibilite Raporu. Ankara., 997. Mardin-Ceylanpınar Ovaları Sulama Projesi Şanlıurfa ve Harran Ovaları Sulama Revizyon Projesi. KHGM, 998. 997 Yılı Hidrometerolojik Rasat Verileri Şanlıurfa Harran Ovası.Köy Hizmetleri Şanlıurfa Araştırma Enstitüsü, Şanlıurfa, Genel Yayın o: 3. LAKSHMIARAYAA, V. and RAAGOPALA, S. P., 977. Optimal Cropping Pattern for Basin in India. ournal of the Irrigation and Drainage Division Vol.03, o.ir, March, 53-7. MORALES,. C., MARIO, M. A. and HOLZAPFEL, E. A., 988. Planning Model of Irrigation District. ournal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol. 3, o. 4, 549-563. PAUDYAL, G.. and GUPTA, A. D., 990. Irrigation Planning by Multilevel Optimization. ournal of Irrigation of Drainage Engineering, Vol.6, o:2, 273-29. PADA, S.., KHEPAR, S. D. and KAUSHAL, M. P., 996. Interseasonal Irrigation System Planning for Waterlogged Sodic Soils. ournal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol.22, o.3, 35-45. TÜLÜCÜ, K., 975. Arazi ve Su Kaynaklarının İşletilmesinde Çok Düzeyli Yaklaşım Prensibi ve Doğrusal Planlama Yöntemiyle Çözümü. Ç.Ü. Ziraat Fakültesi Adana, Genel Yayın o: 75, Ders Kitapları Yayın o: 53, 238s.