Sürdürülebilirlik: Doğal Kaynaklar Yönetiminin Değişen Yüzü Hayri Önal Department of Agricultural and Consumer Economics University of Illinois at Urbana-Champaign

YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Paskalya Adası - Rapa Nui YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Orman Alanı Kaybı YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Dünya Nüfusu ve Orman Kaybı YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Sera Gazı Salınımı YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Borneo YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Malezya Amaç artık sadece gıda üretimi değil YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Meksika Körfezi Hipoksisi YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Çad Gölü - Afrika YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Hangzhou - Çin YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Ankara Metropolitan Bölgesi Şehirleşme Planları 1925 (6-0.3) (455-5.7) 1990 (1200-22.5) 2015 (2300-31.0) YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Özetle: Doğal kaynakların bugünkü durumu ‘sürdürülebilir’ değildir. Bu noktaya gelmemizin nedeni olan üretim ve tüketim biçimlerini ve doğal kaynakların yönetiminde uygulayageldigimiz yöntemlerin, yaklaşımların tümünü gözden geçirmek durumundayız. Verimlilik nüfusla aynı oranda artmadığı sürece bu daha fazla doğal kaynağa ihtiyacımız olacak demektir. Fakat katı sınırları olan bir sistemde yaşıyoruz. Rapa Nui’lilerin sorunu da buradaydı. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Gıda Enerji Doğa Kaybı Diğer tüketim Taşıma Rekreasyon Güvenlik … Cevre kirliliği Ekonomik kayıp Kalite kaybı … YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Neden Biyoyakıt? YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Etanol Üretimi Source: RFA YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Başlıca Yenilenebilir Yakıt Politikaları ABD, Yenilenebilir Yakıt Standardı -RFS (federal yasa, 2005, 2007) - 136 milyar litre biyoyakıtın petrol yakıtlarına katılmasını zorunlu kılıyor, yakıt türlerini ve alt limitlerini belirliyor; Vergi indirimi 0.13-0.12 $/lt konvansiyonel biyoyakıt, 1.01 $/lt sellülozik biyoyakıt ve biyodizel (programın yıllık maliyeti ~$7 milyar) Low Carbon Fuel Standard (LCFS) (California) Brezilya, Pro-Alcool: %25 petrol/biyoyakıt katma zorunluluğu AB, Yenilenebilir Enerji Direktifi: 2020’den önce biyoyakıt oranı konvansiyonel yakıtların tüketiminin %10undan fazla olmasını zorunlu kiliyor. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

RFS Hedefleri (Milyar lt/Yıl) YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Mısır Üretimi ve Tarım Ürünleri Fiyatları YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Gida – Enerji Sistemi Büyük ölçekte biyoyakıt ve biyoenerji üretimi büyük miktarda tarım alanının gıda üretiminden enerji hammaddeleri üretimine aktarılmasını gerektiriyor. Bunun gıda ve yem fiyatları üzerinde önemli etkileri olacaktır. Biyoyakıtlar konvansiyonel yakıtları ikame edeceğinden yakıt piyasalarında da önemli degisiklikler olacaktır. Biyokütle taşıma maliyeti yüksek bir ürün, biyorafineriler maliyeti yüksek yatırımlardır. Optimum yer ve kapasite (tesis) seçimi bu problemin önemli bir bileşenidir. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Kaynak Tahsisine Standard Yöneylem Araştırması Yaklaşımı Sabit fiyatlar, birim maliyetler, girdi katsayıları, ve sınırlı kaynak varlıklarıyla, toplam net geliri maksimize et. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Basitleştirilmiş Bir Kısmi Denge Modeli KKT Şartları YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Sabit Fiyatlı Mikro Üretici Modeli (LP) Optimalite gerekli ve yeterli şartları YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Fiyatlar, Üretici/Tüketici Davranışı, Lojistik Araç: Tüketici ve üretici davranışlarının birarada ele alındığı, tarımsal ürün fiyatlarının ve yakıt fiyatlarının içsel olarak belirlendiği çok periyodlu dinamik bir ekonomik simulasyon modeli Amaç: Maksimum toplumsal artı (social surplus) Kısıtlar: Kaynak limitleri, yıllık biyoyakıt hedefleri (2007-2022) Değişkenler: Bölgesel ürün deseni (rotasyonlar), üretim ve tüketim miktarları, fiyatlar, tesis yeri ve ölçeği, taşıma ağı Büyük ölçekli 0-1 değişkenli bir kuadratik optimizasyon modeli YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Biraz Daha Detayli Model YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Optimum Tesis Seçimi Modeli Geriye Dönüşlü Algoritmik Yöntem Adim-1: t=T (2022). t yılındaki biyoyakıt talebi ve sektör modelinden elde edilen bölgesel hammadde arzları ile , optimal tesis seçimi ve ulaşım ağı problemini çöz {Bir yillik statik model, dogrusal tamsayili program} Adim-2: j yer seçeneğinde hiçbir tesis kurulmamıssa ileriki aşamalarda j’yi at, diğer seçenekler icin kurulan kapasiteyi maksimum kapasite olarak sabitle; t=t-1, adım-3’e git. Adim-3: t=0? Evet ise adım-4’e değilse adım-2’ye git. Adim-4: Dur, (Yit,Cit) optimum çözüm. Optimum tesis seçimi çözümünü ulaşım bileşeni eklenmiş sektör modeline gir, ürün deseni, bölgesel biyokütle arzını ve piyasa dengelerini yeniden belirle, tesis seçimi modelini yeniden çöz. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Selülosik Etanol Rafineri Sayısı YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Sonuçlar ve Bazı Gözlemler Tesis seçimi gözardı edildiğinde gözlenen yamalı ve mekansal olarak dağınık biyokütle arzı yerini secilen biyorafineriler etrafında kümelenmiş daha toplu bir arz yapısına bırakır, ekonomik olarak daha anlamlı olan ve beklenen bir sonuçtur bu. Tesis seçimi ihmal edildiğinde enerji bitkilerine 4.9 milyon ha alan ayrılması ve 13 milyon ha’lık bir alandan ise bitki artıkları toplanması en iyi çözüm. Tesis seçimi kaale alındığında ise optimal çözümler 2.6 ve 25 milyon ha. Bu çok farklı iki sonuç tarım üreticileri, yatırımcılar ve politika belirleyiciler açısından çok önemli bir bulgudur. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Bitki Artıkları Arzı (mısır, buğday) Without consideration of Refinery Locations With YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Enerji Bitkileri Arzı Without consideration of Refinery Locations With YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Optimum Tesis Seçimi (yer ve ölçek, 2022) YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Biyoyakıt Üretiminin Tarım Sektorü ve Sosyal Refah Üzerine Etkileri RFS: Mısır ve soya fiyatlarında %20 lik bir artış, gıda vs tüketicileri için %6.6 net kayıp, tarim üreticileri icin %22 net kazanç RFS+RPS: Mısır ve soya fiyatlarında %30 ve %32 lik artış, gıda vs tüketicileri için %7.3 kayıp , tarım üreticileri icin %26 kazanç, toplamda net %5.9 sosyal refah kaybı YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Alternatif Biyoyakıt Politikalarının Etkileri (% degisme) Scenario RFS RFS+LCFS RFS+LCFS+ CO2 tax US Emission -4.8 -8.3 -10.9 Global Emis. -1.1 -4.5 -6.5 Fuel Imports -10.8 -11.8 -14.1 RFS bir iklim politikasından cok bir enerji güvenligi politikasıdır YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Biyoyakıt Politikalarının Kaynak Kullanımına Etkileri (milyon ha) Scenario BAU RFS LCFS Total Agr. Land 295.3 301.7 (%2.2) 311.8 (%5.6) Energy Crops - 4.9 30.4 Marginal Lands 3.7 15.8 Regular Cropland 1.2 14.6 RFS 3.7 mil. ha lık marjinal tarım alanında enerji bitkilerinin ekilmesini gerektirecektir. Bu Türkiyede buğday ekili alanın yarısıdır. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Marjinal Tarım Alanlarının Üretim Amacıyla Kullanılmasının Sakıncaları Su kütlelerine (göl, nehir, dere) yakin meyilli arazilerde erozyon tehlikesi Kimyasal girdilerin bir kısmının yüzey akışı ve sızmalar nedeniyle su kaynaklarına karışması Monokültür, bazı alanlarda ekosistemlerin dengesinin bozulması, ve biyoçeşitlilik kaybı YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Kurtlar Nehir Yataklarını Nasıl Değiştirir Yellowstone Ekosistemi YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Arılarda Koloni Çökme Bozuklugu Bu neden önemli? Arılar olmadan pek çok bitkide, tükettiğimiz sebze ve meyvelerde yeterli tozlaşma olamaz. Kiş mevsiminin şiddetine ve ilkbaharda hava değişikliklerine bağlı olarak yılda %10-15 civarında koloni kaybı normal görülür. Ancak ABD’de 2006’dan bu yana her yıl %30u geçen kayıp normal değil. Avrupa da durum aynı. İtalya’da, 2007de kolonilerin %40-50’si çöktü. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Ekosistemlerin korunması, canlı hayatın devamı konusunda bilinmedik, beklenmedik tehlikelere karşı bir sigortadır. Muhtemel Nedenler - Bitki örtüsü çeşitliliğinde azalış - Çevre kirliliği - Küresel ısınma-iklim değişikliği - Cep telefonu ve elektromanyetik sinyaller - Tarım ilaçları, özellikle neonicotinoids - Genetiği değiştirilmiş ürünler … Doğa hem inatçı, hem kırılgan Türler arasındaki ilişkiler hayli karmaşık, çoğu kez bu ilişkileri bilemiyoruz! YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Öncelikli Doğa Koruma Alanları Orman, otlak ve sulak alanların kaybı pek çok canli türünün ve biyoçeşitliliğin kaybolması sonucunu doğuruyor. Biyoçeşitliliğin korunması ve geliştirilmesi icin doğa koruma alanları ve alan ağları oluşturmak etkin bir cözümdür. Öncelikli Doğa koruma alanlarının belirlenmesi ve geliştirilmesi ekolojik olduğu kadar ekonomik bir problemdir. Finansal kaynak yetersizliği en büyük sorundur. Problem : Kısıtlı kaynaklar altında ekolojik ve ekonomik bakımdan en etkin koruma alanlarının belirlenmesi. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

ABD Doğa Koruma Alanları Illinois eyaletinde son birkaç yüzyıl içinde ormanlar ve bataklıkların tarım topraklarına dönüşmesi yüzünden ciddi bir biyoçeşitlilik kaybi olmustur. Bugün eyalette varlığı tehdit altında olan 424 tür biliniyor (bunların 24ü aynı zamanda federal düzeyde de tehdit altındaki türler listesinde). Türlerin ve doğal yaşama alanlarının korunması amacıyla eyalette irili ufaklı 319 rezerv kurulmuş ve yönetiliyor. ABD’de koruma alanları 6770 kara (261 milyon ha) 787 deniz (63 milyon ha) Ulusal parkları ziyaretçi sayısı= 292.8 milyon/yıl Milli parklar bütçesi 3 milyar dolar YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Avrupada Doğa Koruma Alanları Türkiyede milli parklar ve koruma alanları: 0.9 milyon ha YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Basitleştirilmiş ÖDA Seçimi Problemi Içinde bütün türleri barindiran en küçük alan birimi seti? YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Biraz Daha Karmaşık Problem YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

ODA Seçimi Problemine Çözüm Tamamlayıcılık Yöntemi (sezgisel - heuristic): Her adımda daha önceki adımlarda koruma altına alınmıs tür setine en çok katkıyı sağlayan alan birimini seç, bütün türler seçilen alanlarda bulunuyorsa dur: En iyi çözum Kolay; fakat miyopik, alt-optimal çözüm YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Bir Doğa-koruma Bilimcinin Eleştirisi “Doğa-koruma bilimcileri arasında çok popüler olan ve tamamlayıcılık prensibi mertebesine yükseltilmiş bu algoritmik yaklaşım optimal değil bir alt-optimal çözüm bulma yaklaşımıdır.” “Biyolojik kaynakların optimal yönetiminin bulunması matematikçiler ve mühendislerin daha iyi ele alabileceği bir problemdir. Bu ifadem biraz aşırıya kaçıyor gibi görünebilir ama matematikçiler etkin doğa koruması probleminin çözümüne kesinlikle önemli katkı sağlayacaklardır.” Underhill, L.G. (1994). Optimal and suboptimal reserve selection algorithms, Biological Conservation 70, 85-87. L.G. Underhill YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Küme Kaplama Formülasyonu Church, R. L. & C. ReVelle. 1974 Küme Kaplama Formülasyonu Church, R.L. & C. ReVelle. 1974. The maximum covering location problem. Papers of the Regional Science Association 32 101-118. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Maksimal Kaplama Formulasyonu YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Pratik Sakıncalar - İtirazlar Seçilen alanların mekansal özelliklerini gözardı etmek gerçekci değildir. Bu optimizasyon yaklasımları ile bulunan çözümler genelde dağınık bir yapı gösterirler; böyle dağınık yapılar ne gerçekte türlerin korunmasına yardımcı olur ne de yönetimi kolaydır. Pratikte önemi olan bazı mekansal özellikler: süreklilik (contiguity), yoğunluk (compactness), bağlanabilirlik (connectivity), koruma alanının çevre boyunun minimizasyonu, … YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Modelleme ve Çözüm Zorluğu Mekansal özelliklerin önemli olduğu diğer ODA problemleri için de buna benzer iddialar yapıldı. Bu problemlerin doğrusal modeller olarak ifade edilmesinin ve çözülmesinin imkansız olduğu görüşü hakimdi. Ancak son on yıl içinde bu problemlerin hemen hepsinin doğrusal TP formulasyonlarının mümkün olduğu gösterildi. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Yoğun ÖDA Seçim Problemi YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

En Küçük Çevreli ÖDA Seçim Problemi YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Mekansal-Bağlantılı ÖDA Seçim Problemi Süreklilik için yeterli şart: Seçilen bir birimden çıkan akış o birime gelen toplam akıştan fazla olmalıdır YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Çözüm Zorluğu? CFR Uygulaması, >4000 birim Minimum Çevre Çözümü Optimum Bağlantılı Çözüm M. Ridge: -These are looking really good! B. Pressey: - I'm also impressed with the results. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Bağlanabilirlik Özelliği Mekansal olarak sürekli koruma alanları her zaman anlamlı çözüm vermez. Sürekliliği sağlamak amacıyla aslında uygun habitat ozelligi olmayan bazı birimler de en iyi çözümde bulunabilirler (kayalık veya bataklık alanlar gibi). Ya da uzun kıvrımlı pratikte anlamlı olmayan şemalar elde edilebilir. Böyle durumlarda daha anlamlı bir formulasyon fonksiyonel sürekliliği (bağlanabilirlik) sağlamak ve seçilen alanların aynı zamanda yoğun (compact) olmasını sağlamaktır. Bu problemin doğrusal tamsayılı programlama olarak ve hem de hızlı çözülebilen bir formulasyonunu ve bazı uygulamalarını bugünkü E311 oturumumuzda sunacağım. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Önümüzdeki Problemler ÖDA problemine çözüm ararken türler arasindaki ilişkileri, kritik varoluş sınırlarını, dinamikleri, ve belirsizlikleri gözönüne almak istediğimizde çok daha karmaşık problemlerle karşı karşıya kalacağız. Sistem bilimi olarak Yöneylem Araştırmasının optimum doğa koruma alanlarının belirlenmesine önemli katkıları olacaktır. Yöneylem Araştırmacılar ekoloji, biyoloji, ve ekosistemlerle ilgili diger bilim dallarında çalışanlarla, ve en önemlisi karar verici durumda olan insanlarla yakın çalışma ortamı içinde olmalılar. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Teori ve Uygulama Koruma bilimcileri ve matematikçiler olarak gerçekten bir fark yaratabiliyormuyuz? Literatürde yayınlanmış bir hayli sofistike çalışmalar var, bunların kaçı şu veya bu şekilde gerçek problemlere uygulanmıştır? Uygulanmadıysa ne yapılabilir? Bob Pressey: Benim izlenimim şu ki uygulamalar doğru insanların doğru zamanlarda birbirleriyle konuşabildiği kazalardır. YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

Orta Doğu Su Sorunu ve Su Piyasası Su kaynakları üzerinde gerek insan faaliyetleri gerek doğanın yarattığı değişimler nedeniyle çift yönlü bir baskı vardır. Özellikle su sıkıntısı olan bölgelerde aşırı nüfus artışı, kırsal kesimden şehirlere doğru artan göç ve bunun sonucunda oluşan nüfus değişimleri, gıda güvenliği, sosyo-ekonomik refahın artması, tarımsal ve sanayi kaynaklı kirlilik, küresel iklim değişikliği sonucu yağış rejimlerinin değişmesi, hidrolojik döngünün tüm elemenlarını etkilemektedir. Bunun sonucunda su kaynakları gün geçtikce hem miktar hem de kalite açısından değişime ugramaktadır. Suyun arzı le tüketim talebi arasındaki uçurum her geçen gün büyümektedir. Türkiye ve yakın çevresi, bilhassa Ortadoğu, söz konusu sorunların en fazla hissedildiği bölgelerdir. Gerek Türkiyenin gerek bölge ülkelerinin bölgesel istikrar ve refahın artışı ile komşuluk ilişkilerinin derinleştirilmesi yönünde harcadığı çabaların hedefine ulaşmasında su kaynaklarının kullanılması konusunda bilgiye dayalı iyi niyetli ve aktif işbirligi içinde olunması tüm taraflar için elzemdir. Ortadoğu Stratejik Araştırmalar Merkezi, Rapor #63 YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara

TEŞEKKÜR EDERİM! YAEM2015, Eylul 9-11, Ankara