Afet öncesi zarar azaltma faaliyetlerinin insani yardım lojistiğindeki etkisinin en iyileme kullanılarak incelenmesi

Abstract

Dünya nüfusunun artması, yeryüzünde insanların kullanımına açılan alanların çoğalması, kentleşme ve küresel ısınmanın etkileriyle birlikte her geçen yıl meydana gelen doğal afetler de artmaktadır. Doğal afetler, çok büyük insan kayıplarına neden olabileceği gibi ekonomik etkiler açısından da yıkıcı olabilmektedirler. Doğal afetlerin ne zaman ve hangi şiddette gerçekleşeceği önceden bilinemediğinden ve engellenemediğinden, gerçekleştiğinde çok büyük hasarların, can ve mal kayıplarının önüne geçebilmek için afet gerçekleşmeden ve gerçekleştikten sonra etkin afet yönetimi çalışmaları yapılmalıdır. Etkin bir afet yönetimi çalışması, afet öncesi, afet esnası ve afet sonrasındaki tüm gereksinimleri kapsayacak şekilde olmalıdır. Afet öncesinde bina ve bağlantı yolarının güçlendirilmesi, afet olduktan hemen sonra afetzedelere insani yardım malzemelerinin iletilmesi, daha sonrasında ise hasar görmüş bina ve bağlantı yollarının iyileştirilmesi gerekmektedir. Literatürde, bu bahsedilen afet yönetimi kararlarının tamamını ayni anda içeren bir model bulunmamaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, afet öncesi ve sonrası tüm kararların birbirleriyle etkileşimlerinin bir bütün olarak dikkate alındığı iki kademeli tam sayılı stokastik programlama modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen modelin ilk kademesinde deprem gerçekleştiğinde olası can, mal ve ekonomik kayıpları azaltmak amacıyla afetten önce güçlendirilecek bina ve bağlantı yollarının seçimine ve güçlendirme seviyesine karar verilmektedir. Modelin ikinci kademesinde ise deprem sonrasında oluşan insani yardım malzemesi talebine ait dağıtım kararları ile yıkılan bina ve bağlantı yollarını onarma kararları verilmektedir. Modelde depremin farklı zaman periyotlarında farklı olasılıklar ile gerçekleşebilme durumu da dikkate alınmaktadır. Matematiksel modelin çözümü için iki kademeli tam sayılı stokastik programlama modellerinin çözümü için geliştirilmiş ayrıştırma yöntemlerinden biri olan Tam Sayılı L-Şekilli (Integer L-Shaped) yöntemi kullanılmıştır. Geliştirilen test problemleri iki saatlik çözüm süresi içerisinde hem önerilen Tam Sayılı L-Şekilli yöntemiyle hem de ticari bir çözücü olan CPLEX ile çözülerek sonuçlar karşılaştırılmış ve önerilen yöntemin etkinliği gösterilmiştir. CPLEX ele alınan toplam 840 problem örneğinin 228 tanesi için (problemlerin %28'i) uygun bir çözüm elde edebilirken, önerilen yöntem 600 problem için (problemlerin %71'i) uygun bir çözüm elde edebilmiştir. Özellikle, görece büyük boyutlu problemlerin çözümünde önerilen yöntem CPLEX' e göre çok ciddi avantaj sağlamaktadır.

Natural disasters are gradually increasing due to population growth, expansion in the areas open to human usage on earth, urbanization and the effects of global warming. Natural disasters can result in massive human casualties as well as devastating economic consequences. Since natural disasters cannot be predicted when or how severe they will be, and because they cannot be prevented; effective disaster management studies should be conducted in order to prevent serious damage, civilian and property losses before and after they occur. An effective disaster management study should cover all the requirements before, during and after the disaster. In advance of the disaster occurrance buildings and transportation networks must be strengthened, immediately after the disaster occurrance humanitarian aid must be delivered to catastrophe victims and much later the disaster occurrance damaged buildings and transportation network sould be recovered. However, in the literature, there is no such a model that includes all of these disaster management decisions together. Within the scope of this thesis, a two-stage stochastic integer programming model has been developed which takes into consideration the interactions of all pre-disaster and post-disaster decisions as a whole. In the first stage of the developed model, in order to reduce possible life, property and economic losses when an earthquake occurs, the selection of buildings and transportation roads to be strengthened before the disaster and the level of reinforcement are decided. In the second stage of the model, distribution decisions regarding the humanitarian aid material demand after the earthquake and decisions to repair the destroyed buildings and transportation networks are made. In the model, the possibility of the earthquake to occur with different probabilities in different time periods is also taken into account. The Integer L-Shaped algorithm, which is one of the decomposition strategies that allows us to obtain effective results in the solution of two-stage stochastic programming models, is implemented to solve the given mathematical model. Developed test problems are solved in two hours by using both the proposed Integer L-Shaped method and the commercial solver CPLEX. The results are compared and the efficiency of the proposed methodology is shown. CPLEX was able to obtain a feasible solution for 228 (28% of problems) from the total 840 problem examples, while the proposed method obtained a feasible solution for 600 problem (71% of problems). In particular, the proposed method significantly outperforms CPLEX for tackling reasonably large problems.