Farklı arazi kullanım türlerinde sınırlandırılmış su aralığının değerlendirilmesi ve makine öğrenme algoritmalarıyla tahmini

Abstract

Küresel ısınma ve kuraklaşma ile suyun önemi artmaktadır. Suyun etkin kullanımı için teknolojik gelişmeler takip edilerek gelecek senaryolar ve tahminler dikkate alınmalıdır. Günümüzde her alanında var olan algoritmalar, teknolojik gelişmeler ile birlikte yaşantımızın merkezi haline gelmiştir. Tarımsal alandaki yeni gelişmelerle ile birlikte makine öğrenme algoritmalarının kullanımları araştırılmaktadır. Bu çalışmada; farklı arazi kullanım türleri üzerindeki (orman, mera ve tarım arazisi) toprakların, sınırlandırılmış su aralığı (SSA) içeriklerinin belirlenmesi sonucu alandaki sıkışma ve havalanma problemleri değerlendirilmiştir. Ayrıca, SSA’nın farklı makine öğrenme algoritmaları (rastgele orman, yapay sinir ağları ve destek vektör makinaları) ile tahmin edilebilirliği dağılım haritaları ile ortaya konmuştur. Tarım yapılan toprakların SSA içerikleri oldukça geniş olup 0.03- 0.21 cm3 cm-3 aralıklarında değişim göstermiştir. Çalışma alanında incelenen mera topraklarının % 43.63’ünde optimum koşullar, % 36’sında havalanma, % 14.54’ünde sıkışma, % 5.45’inde hem havalanma hem sıkışma problemleri tespit edilmiştir. Orman örtüsü altında toprakların % 37.037’sinde optimum koşullar yani yarayışlı su içeriği SSA ya eşit olarak tespit edilmiştir. İncelenen algoritmalar arasında en başarılı tahmin rastgele orman (RO) algoritmasıyla elde edilmiştir. RO algoritması ile SSA’nın tahmin edilmesinde RMSE değeri 0.039 cm3 cm-3, olarak belirlenmiştir. RO ile SSA’nın tahmininde kum ve kil en iyi tahmin edici parametre olarak tespit edilmiştir. Elde edilen gerçek ve tahmin değerlerinin dağılım haritalarında en düşük RMSE Simple Kriging yöntemi ile SSA için Spherical ve RO için ise Exponential model en uygun olduğu belirlenmiştir. Çalışma sonucunda RO algoritması ile SSA ‘nın düşük hata oranı ile tahmin edilebileceği ve dağılım haritalarının oluşturulabileceği ortaya konmuştur. Ayrıca tarım üretimde özellikle fındık arazilerinde dağılım gösteren topraklar, mera ve orman topraklarına göre daha fazla sıkışma ve havalanma problemlerinin olduğu tespit edilmiştir.