Kocaeli ili Körfez ilçesinde hava kirletici kaynaklarının ve hava kalitesi seviyesinin belirlenmesi

Tam metin

(1)KOCAELĐ ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ. ÇEVRE MÜHENDĐSLĐĞĐ ANABĐLĐM DALI. DOKTORA TEZĐ. KOCAELĐ ĐLĐ KÖRFEZ ĐLÇESĐ’NDE HAVA KĐRLETĐCĐ KAYNAKLARININ VE HAVA KALĐTESĐ SEVĐYESĐNĐN BELĐRLENMESĐ. Kazım Onur DEMĐRARSLAN. KOCAELĐ 2012.

(2)

(3) ÖNSÖZ ve TEŞEKKÜR Kocaeli Đli Körfez Đlçesi, Marmara Bölgesi’nin önemli sanayi bölgelerinden birisidir. Đlçe, içerisinde barındırdığı sanayi tesislerinin yanında hızla artan konut alanları ve Marmara Bölgesi’ni ülkenin diğer bölgelerine bağlayan TEM Otoyolu ve D-100 karayolu nedeniyle hava kirliliğine maruz kalmaktadır. Bu nedenle çalışma kapsamında hava kirleticilerinden CO, NOx, SO2, PM ve toplam VOC emisyonları değerlendirilmiştir. Çalışmanın iki bakımdan önemli olduğu söylenebilir. Đlki Körfez Đlçesi hava kalitesinin belirlenmesidir ki, bu oldukça önemlidir. Çünkü emisyonların bölgedeki dağılımlarının ve maksimum değerlerinin, çevresel etkileri açısından bütün boyutlarıyla incelenerek yorumlanması yaratabileceği olumsuzlukları önceden belirleme, alınacak önlemleri gösterme ve geleceğe yönelik yapılacak planlama çalışmalarına katkı sağlayacaktır. Diğeri ise, farklı dağılım modellerinin ve ölçüm sonuçlarının kullanılarak kirlilik dağılım haritalarının oluşturulmasıdır. Bu da, model sonuçlarının hem birbirleriyle hem de ölçüm sonuçlarıyla kıyaslanmasına ve performanslarının değerlendirilmesine olanak sağlamıştır. Doktora eğitimi sürecinde engin bilgi ve tecrübelerini aktaran, lisans eğitiminden bu yana emeğinin önemli bir bölümünü bizler için harcayan ve doktora gelişim sürecime önemli bir katkı sağlayan, bizlere yolumuzu çizmemizde önderlik eden Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü kurucusu ve Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi eski dekanı Sayın Prof. Dr. Hamza Savaş AYBERK’e idari yoğunluğuna rağmen her zaman ilgisini esirgemeyerek vermiş olduğu destekten dolayı teşekkürü borç bilirim. Tüm çalışmalarım sırasında engin bilgi ve tecrübelerinden faydalandığım, çalışmalarımın yönlendirilmesinde ve devam ettirilmesinde her türlü desteğini ve sabrını benden esirgemeyen değerli danışman hocam Sayın Yrd. Doç. Dr. Şenay Çetin DOĞRUPARMAK’ a en içten saygı ve teşekkürlerimi arz ederim. Tez çalışması boyunca değerli katkı ve yardımlarını aldığım Tez Đzleme Komitesi hocalarımdan biri olan Yrd. Doç. Dr. Asude ATEŞ’e, Modelleme çalışmaları sırasında engin bilgilerinden yararlandığım, çalışmam boyunca benden yardım ve desteğini esirgemeyen Sayın Doç. Dr. Aykan KARADEMĐR’e, ve Doç. Dr. Ertan DURMUŞOĞLU’na, ayrıca doktora derslerimde bilgilerini esirgemeyen Sayın Yrd. Doç. Dr. Lale KIRLI ve Yrd. Doç. Dr. Mustafa KAVAKLI’ ya, hoşgörü, destek ve arkadaşlıklarını hiçbir zaman benden esirgemeyen Kocaeli Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü’ndeki tüm hocalarıma, çalışmanın tüm aşamalarında bana karşı gösterdikleri sabır, anlayış, destek ve sevgileri için, ablam Yrd. Doç. Dr. Deniz DEMĐRARSLAN, babam Prof. Dr. Ünal DEMĐRARSLAN, annem Öznur DEMĐRARSLAN ve tüm aileme, ayrıca ne yaptığımı bir türlü anlayamayan tüm arkadaşlarıma, sonsuz teşekkürlerimi ve saygılarımı sunarım. Kasım - 2012. Kazım Onur Demirarslan i.

(4) ĐÇĐNDEKĐLER ÖNSÖZ ve TEŞEKKÜR .............................................................................................. i ĐÇĐNDEKĐLER ........................................................................................................... ii ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ ..................................................................................................... v TABLOLAR DĐZĐNĐ ............................................................................................... viii SĐMGELER DĐZĐNĐ ve KISALTMALAR ................................................................ xi ÖZET.......................................................................................................................... xv ABSTRACT ............................................................................................................. xvi GĐRĐŞ ........................................................................................................................... 1 1. GENEL BĐLGĐLER ................................................................................................ 6 1.1. Atmosfer .......................................................................................................... 6 1.1.1. Atmosferin kimyasal yapısı ................................................................. 10 1.2. Hava Kirliliği, Kirletici Kaynakları ve Kirleticiler ....................................... 11 1.2.1. CO ........................................................................................................ 15 1.2.2. NOx ............................................................................................ 16 1.2.3. SO2 ............................................................................................. 18 1.2.4. PM .............................................................................................. 20 1.2.5. VOC ........................................................................................... 22 1.3. Hava Kirletici Kaynakları ve Alıcılar Arasındaki Đlişki ................................. 23 1.4. Hava Kirliliği Modellemesi ........................................................................... 23 1.4.1. Kirletici gazların yayılımı ................................................................... 24 1.4.2. Kaynak özellikleri ............................................................................... 25 1.4.3. Meteorolojik koşullar .......................................................................... 26 1.4.3.1. Karışım yüksekliği ................................................................. 28 1.4.3.2. Atmosferik sınır katmanı ....................................................... 28 1.4.3.3. Meteorolojik ölçekler ............................................................. 29 1.4.4. Hava kirliliği modellemesinde kullanılan veriler ................................ 30 1.4.4.1. Kaynak giriş verileri .............................................................. 30 1.4.4.2. Yüzey pürüzlülüğü ................................................................. 31 1.4.4.3. Meteorolojik veriler ............................................................... 31 1.4.4.4. Alıcı noktalarının seçimi ........................................................ 32 1.4.5. Modelleme yöntemleri ........................................................................ 32 1.4.5.1. Kutu (box) modellemesi ........................................................ 32 1.4.5.2. Gauss modellemesi ................................................................ 33 1.4.5.3. Lagrangian modellemesi ........................................................ 35 1.4.5.4. Eularian modelleme ............................................................... 35 1.4.6. Hava kalitesi modelleri ........................................................................ 35 1.4.6.1. Dağılım Modelleri .................................................................. 36 1.4.6.2. Fotokimyasal modeller .......................................................... 46 1.4.6.3. Alıcı modeller ........................................................................ 47 2. MALZEME VE YÖNTEM ................................................................................... 49 2.1. Çalışma Alanı ................................................................................................ 49 2.2. Kullanılan Dağılım Modelleri ....................................................................... 50 2.2.1. ISCST-3 ............................................................................................... 50 ii.

(5) 2.2.1.1. ISCST-3 giriş verileri ............................................................. 53 2.2.1.2. Kirletici kaynağı .................................................................... 63 2.2.1.3. Program seçenekleri ................................................................ 66 2.2.2. AERMOD ........................................................................................... 66 2.2.2.1. AERMOD giriş verileri ......................................................... 68 2.2.3. CALPUFF .......................................................................................... 70 2.2.3.1. CALPUFF giriş verileri ......................................................... 72 2.3. Ölçüm Yöntemi ............................................................................................. 80 2.4. Ölçüm Sonuçlarının Haritalandırılması ......................................................... 85 2.5. Kullanılan Đstatistiksel Yöntemler ................................................................. 85 3. BULGULAR VE TARTIŞMA ............................................................................. 87 3.1. Modelleme Bulguları ..................................................................................... 87 3.1.1. Körfez Đlçesi CO Dağılımları .............................................................. 88 3.1.1.1. Noktasal kaynak CO dağılımları ............................................ 88 3.1.1.2. Alansal kaynak CO dağılımları .............................................. 92 3.1.1.3. Çizgisel kaynak CO dağılımları ............................................. 95 3.1.1.4. Tüm kaynaklar CO dağılımları ............................................ 101 3.1.2. Körfez Đlçesi NOx dağılımları ........................................................... 108 3.1.2.1 Noktasal kaynak NOx dağılımları ......................................... 108 3.1.2.2. Alansal kaynak NOx dağılımları .......................................... 111 3.1.2.3 Çizgisel kaynak NOx dağılımları .......................................... 115 3.1.2.4. Tüm kaynak NOx dağılımları ............................................... 119 3.1.3. Körfez Đlçesi SO2 dağılımları ............................................................ 126 3.1.3.1. Noktasal kaynak SO2 dağılımları ......................................... 126 3.1.3.2. Alansal kaynak SO2 dağılımları ........................................... 130 3.1.3.3. Çizgisel kaynak SO2 dağılımları .......................................... 133 3.1.3.4. Tüm kaynak SO2 dağılımları ............................................... 133 3.1.4. Körfez Đlçesi partikül madde dağılımları ........................................... 137 3.1.4.1. Noktasal kaynak partikül madde dağılımları ....................... 137 3.1.4.2. Alansal kaynak partikül madde dağılımları ......................... 142 3.1.4.3. Çizgisel kaynak partikül madde dağılımları ........................ 145 3.1.4.4. Tüm kaynak partikül madde dağılımları .............................. 149 3.1.5. Körfez Đlçesi VOC dağılımları .......................................................... 157 3.1.5.1. Nokta kaynak VOC dağılımları ........................................... 157 3.1.5.2. Alansal kaynak VOC dağılımları ......................................... 161 3.1.5.3. Çizgisel kaynak VOC dağılımları ........................................ 161 3.1.5.4. Tüm kaynak VOC dağılımları ............................................. 165 3.2. Kullanılan Modelleme Programlarının Değerlendirilmesi .......................... 169 3.3. Zamana Bağlı Olarak Konsantrasyonların Belirlenmesi ............................. 175 3.3.1. Zamana bağlı CO konsantrasyonları ................................................. 175 3.3.2. Zamana bağlı NOx konsantrasyonları ............................................... 181 3.3.3. Zamana bağlı SO2 konsantrasyonları ................................................ 182 3.3.4. Zamana bağlı PM konsantrasyonları ................................................. 183 3.3.5. Zamana bağlı VOC konsantrasyonları .............................................. 183 3.4. Ölçüm Sonuçları Bulguları .......................................................................... 184 3.5. Modelleme ve Ölçüm Sonuçlarının Karşılaştırılması ................................. 187 3.5.1. Direk karşılaştırma ............................................................................ 187 3.5.2. Đstatistiksel Yöntemle Karşılaştırma ................................................. 193 iii.

(6) 3.6. Tahmin Edilen ve Gözlenen Konsantrasyonların Sınır Değerlerle Karşılaştırılması .......................................................................................... 196 4. SONUÇLAR VE ÖNERĐLER ............................................................................ 200 4.1. Sonuçlar ....................................................................................................... 200 4.2. Öneriler ........................................................................................................ 209 KAYNAKLAR ........................................................................................................ 212 EKLER .....................................................................................................................220 KĐŞĐSEL YAYINLAR ve ESERLER ...................................................................... 238 ÖZGEÇMĐŞ ............................................................................................................. 239. iv.

(7) ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ Şekil 1.1. Şekil.1.2. Şekil 1.3. Şekil 2.1. Şekil 2.2 Şekil 2.3. Şekil 2.4. Şekil 2.5. Şekil 2.6. Şekil 2.7. Şekil 2.8. Şekil 2.9. Şekil 2.10. Şekil 2.11. Şekil 2.12. Şekil 2.13. Şekil 2.14. Şekil 2.15. Şekil 2.16. Şekil 2.17. Şekil 2.18. Şekil 3.1. Şekil 3.2. Şekil 3.3. Şekil 3.4. Şekil 3.5. Şekil 3.6. Şekil 3.7.. Partikül madde ölçüleri ve özellikleri .................................................. 21 Karışım yüksekliği şematik gösterimi ................................................. 28 Gauss duman akımı .............................................................................. 34 Araştırma alanı uydu görüntüsü ........................................................... 50 Kocaeli Sanayi Odası’na kayıtlı Körfez Đlçesi sanayi kuruluşlarının sektörel dağılımları ....................................................... 50 ISCST-3 Modelleme programı giriş verileri ........................................ 52 Alıcı noktalarını gösteren harita .......................................................... 54 ISC modeli meteorolojik ön işlemci programının akış diyagramı .............................................................................................. 55 WRLPLOT ile hazırlanan, 2005-2009 yılı verileri için rüzgar gülü ............................................................................................ 57 Modelleme alanında 2005-2009 yılları arasında kaydedilen yağış yoğunluğu ................................................................................... 61 Karmaşık arazi yapısı örnek gösterimi ................................................ 62 Basit arazi yapısı örnek gösterimi ........................................................ 63 Körfez Đlçesi noktasal kaynaklar .......................................................... 64 Körfez Đlçesi’nden geçen yolların uydu görüntüsü .............................. 64 Körfez Đlçesi konut alanlarının uydu görüntüsü .................................. 66 AERMOD modelleme programının akış diyagramı ............................ 69 Kararlı hal ve kararsız hal modelleri arasındaki farklılıklar ................. 79 Environment S.A. Model CO11M CO ortam analizörü çalışma prensibi.....................................................................................81 Environment S.A Model AF21M SO2 analizörü çalışma prensibi ................................................................................... 82 Environmental S.A. Model AC31M NOx analizörü çalışma prensibi ................................................................................... 83 Andersen Enstürüman Modeli FH621-N PM10 analizör çalışma prensibi ................................................................................... 84 Noktasal kaynaklı CO emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımları ................................................................................. 89 Noktasal kaynaklı CO emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımları .................................................................................. 90 Alansal kaynaklı CO emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımları ................................................................................ 93 Alansal kaynaklı CO emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımları .................................................................................. 94 Çizgisel kaynaklı CO emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımları ................................................................................ 97 Çizgisel kaynaklı CO emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımları .................................................................................. 98 CALPUFF VIEW 5.8 programında bulunan çizgisel kaynak seçeneği görsel örneği .......................................................................... 99 v.

(8) Şekil 3.8. Şekil 3.9. Şekil 3.10. Şekil 3.11. Şekil 3.12. Şekil 3.13. Şekil 3.14. Şekil 3.15. Şekil 3.16. Şekil 3.17. Şekil 3.18. Şekil 3.19. Şekil 3.20. Şekil 3.21. Şekil 3.22. Şekil 3.23. Şekil 3.24. Şekil 3.25. Şekil 3.26. Şekil 3.27. Şekil 3.28. Şekil 3.29. Şekil 3.30. Şekil 3.31.. Nokta, konut ve çizgisel kaynaklı CO emisyonlarının tahmin edilen ünlük dağılımları ......................................................... 102 Nokta, konut ve çizgisel kaynaklı CO emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımları........................................................... 103 Noktasal ve alansal kaynaklı CO emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımları ........................................................ 105 Noktasal ve alansal kaynaklı CO emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımları .......................................................... 107 Noktasal kaynaklı NOx emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımları ................................................................... 109 Noktasal kaynaklı NOx emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı ......................................................................... 110 Alansal kaynaklı NOx emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı ....................................................................... 113 Alansal kaynaklı NOx emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı .......................................................................... 114 Çizgisel kaynaklı NOx emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı ........................................................................ 117 Çizgisel kaynaklı NOx emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı ........................................................................... 118 Nokta, konut ve çizgisel kaynaklı NOx emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı ............................................................ 120 Nokta, konut ve çizgisel kaynaklı NOx emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı ............................................................... 121 Nokta ve konut kaynaklı NOx emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı ............................................................ 123 Nokta ve konut kaynaklı NOx emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı .............................................................. 124 Noktasal kaynaklı SO2 emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı ................................................................................... 127 Noktasal kaynaklı SO2 emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı ...................................................................................... 128 Alansal kaynaklı SO2 emisyonlarının programıyla tahmin edilen günlük dağılımı ........................................................... 131 Alansal kaynaklı SO2 emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı ........................................................................... 132 Nokta ve konut kaynaklı SO2 emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı ............................................................ 135 Nokta ve konut kaynaklı SO2 emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı ............................................................... 136 Noktasal kaynaklı partikül madde emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı ........................................................... 139 Noktasal kaynaklı partikül madde emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı .............................................................. 140 Alansal kaynaklı partikül madde emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı ........................................................... 143 Alansal kaynaklı partikül madde emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı ............................................................... 144. vi.

(9) Şekil 3.32. Şekil 3.33. Şekil 3.34. Şekil 3.35.. Şekil 3.36. Şekil 3.37. Şekil 3.38. Şekil 3.39. Şekil 3.40. Şekil 3.41. Şekil 3.42. Şekil 3.43. Şekil 3.44. Şekil 3.45. Şekil 3.46. Şekil 3.47. Şekil 3.48 Şekil 3.49. Şekil 3.50. Şekil 3.51. Şekil 3.52. Şekil 3.53. Şekil 3.54.. Çizgisel kaynaklı partikül madde emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı ............................................................ 147 Çizgisel kaynaklı partikül madde emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı ............................................................... 148 Nokta, konut ve çizgisel kaynaklı partikül madde emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı .................................. 151 Nokta, konut ve çizgisel kaynaklı partikül madde emisyonlarının ISCST-3 programıyla tahmin edilen yıllık dağılımı ...................................................................................... 152 Nokta ve konut kaynaklı partikül madde emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı ........................................................... 154 Nokta ve konut kaynaklı partikül madde emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı .............................................................. 156 Noktasal kaynaklı toplam VOC emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı ........................................................................ 159 Noktasal kaynaklı toplam VOC emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı .......................................................................... 160 Çizgisel kaynaklı toplam VOC emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı ........................................................................ 163 Çizgisel kaynaklı toplam VOC emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı ........................................................................... 164 Nokta ve çizgisel kaynaklı toplam VOC emisyonlarının tahmin edilen günlük dağılımı ............................................................ 167 Nokta ve çizgisel kaynaklı toplam VOC emisyonlarının tahmin edilen yıllık dağılımı .............................................................. 168 Noktasal kaynaklı CO konsantrasyonun zamana bağlı konsantrasyon grafikleri .................................................................... 176 Alansal kaynaklı CO konsantrasyonun zamana bağlı konsantrasyon grafikleri .................................................................... 177 Çizgisel kaynaklı CO konsantrasyonun zamana bağlı konsantrasyon grafikleri ..................................................................... 178 Tüm kaynaklar (noktasal, alansal ve çizgisel) kaynaklı CO konsantrasyonun zamana bağlı konsantrasyon grafikleri ................... 179 Tüm kaynaklar (noktasal ve alansal) kaynaklı CO konsantrasyonun zamana bağlı konsantrasyon grafikleri ................... 180 Pasif yöntemle ölçülen kirletici konsantrasyonları dağılımı .............. 185 Aktif yöntemle ölçülen kirletici konsantrasyonlarının aylara göre değişimi ............................................................................ 186 CO emisyonlarının tahmin edilen ve gözlenen % 95’lik santil grafikleri .................................................................................... 188 NOX emisyonlarının tahmin edilen ve gözlenen % 95’lik santil grafikleri .................................................................................... 188 SO2 emisyonlarının tahmin edilen ve gözlenen % 95’lik santil grafikleri .................................................................................... 189 PM emisyonlarının tahmin edilen ve gözlenen % 95’lik santil grafikleri .................................................................................... 189. vii.

(10) TABLOLAR DĐZĐNĐ Tablo 1.1. Tablo 1.2. Tablo 1.3. Tablo 1.4. Tablo 1.5. Tablo 1.6. Tablo 2.1. Tablo 2.2. Tablo 2.3. Tablo 2.4. Tablo 2.5. Tablo 2.6. Tablo 2.7. Tablo 2.8. Tablo 2.9. Tablo 2.10. Tablo 2.11. Tablo 2.12. Tablo 2.13. Tablo 3.1. Tablo 3.2.. Tablo 3.3.. Tablo 3.4.. CO konsantrasyonunun insanlara etkisi ............................................... 16 Kısa süreli NO2 konsantrasyonunun insanlara etkisi ........................... 18 SO2 konsantrasyon miktarları ve sağlık üzerine etkisi ........................ 19 PM10 konsantrasyonunun insanlara etkisi .......................................... 22 Pasquill ve Gifford kararlılık sınıflandırması ...................................... 27 Yatay ölçekli meteorolojik sınıflandırma ............................................ 30 ISCST-3 hava kirliliği dağılım tahmini programına girilen alıcı noktaları ile ilgili özellikler ........................................................... 54 Kullanılan meteorolojik veri özellikleri ................................................ 54 Rüzgar hızı frekans sayısı (rüzgar hızı m/s) ......................................... 56 Rüzgar hızı frekans dağılımı (rüzgar hızı m/s) ..................................... 56 Mevsimler ve arazi kullanım türlerine göre yüzey pürüzlülük uzunlukları (m) ..................................................................................... 58 Mevsimler ve arazi kullanım türlerine göre albedo değerleri (m) ........................................................................................ 59 Mevsimler ve arazi kullanım türlerine göre günlük bowen oranları kuru koşullar ................................................................ 59 Mevsimler ve arazi kullanım türlerine göre günlük bowen oranları ortalama koşullar ......................................................... 60 Mevsimler ve arazi kullanım türlerine göre günlük bowen oranları ıslak koşullar ................................................................ 60 Kullanılan meteorolojik veri özellikleri ................................................ 70 Kullanılan meteorolojik veri özellikleri ................................................ 73 AERMOD, ISCST-3 ve CALPUFF model özelliklerinin karşılaştırılması ..................................................................................... 77 Kocaeli Đli Körfez Đlçesi'nde pasif ölçüm noktaları ............................. 80 Kullanılan dağılım programları, kirletici kaynakları ve kirleticiler .............................................................................................. 87 Nokta kaynaklarda meydana gelen ve AERMOD, ISCST-3 ve CALPUFF VIEW programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek CO konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ........................................................................ 88 Alansal kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD, ISCST-3 ve CALPUFF VIEW programlarında zaman göre seçeneklerine hesaplanan en yüksek CO konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ................................. 92 Çizgisel kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD, ISCST-3 ve CALPUFF VIEW programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek CO konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ................................. 96. viii.

(11) Tablo 3.5.. Tablo 3.6.. Tablo 3.7.. Tablo 3.8.. Tablo 3.9.. Tablo 3.10.. Tablo 3.11.. Tablo 3.12.. Tablo 3.13.. Tablo 3.14. Tablo 3.15.. Tablo 3.16.. Noktasal, alansal ve çizgisel kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD ve ISCST-3 programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek CO konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ............................... 101 Noktasal ve alansal kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD, ISCST-3 ve CALPUFF VIEW programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek CO konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ............................... 104 Noktasal kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD, ISCST-3 ve CALPUFF VIEW programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek NOx konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ............................... 108 Alansal kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD, ISCST-3 ve CALPUFF VIEW programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek NOx konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ..................................................................... 112 Çizgisel kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD ve ISCST-3 programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek NOx konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ...................................................................... 116 Noktasal, alansal ve çizgisel kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD ve ISCST-3 programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek NOx konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları .............................................................. 119 Noktasal ve alansal kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD,ISCST-3 ve CALPUFF VIEW programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek NOx konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ............................... 122 Noktasal kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD, ISCST-3 ve CALPUFF VIEW programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek SO2 konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ............................... 126 Alansal kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD, ISCST-3 ve CALPUFF VIEW programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek SO2 konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ............................... 130 Noktasal ve alansal kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD,ISCST-3 ve CALPUFF VIEW programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek SO2 konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ............................... 134 Noktasal kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD, ISCST-3ve CALPUFF VIEW programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek partikül madde konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ........................................................................................ 138 Alansal kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD, ISCST-3ve CALPUFF VIEW programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek partikül madde konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları .................... 142 ix.

(12) Tablo 3.17. Çizgisel kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD ve ISCST-3 programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek partikül madde konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ......................................................... 146 Tablo 3.18. Noktasal, alansal ve çizgisel kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD ve ISCST-3 programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek partikül madde konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ........................................................................................ 150 Tablo 3.19. Noktasal ve alansal kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD, ISCST-3 ve CALPUFF VIEW programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek partikül madde konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ......................................................... 153 Tablo 3.20. Noktasal kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD, ISCST-3 ve CALPUFF VIEW programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek toplam VOC konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ........................................................................................ 158 Tablo 3.21. Çizgisel kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD ve ISCST-3 programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek toplam VOC konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ......................................................... 162 Tablo 3.22. Noktasal ve çizgisel kaynaklardan meydana gelen ve AERMOD ve ISCST-3 programlarında zaman seçeneklerine göre hesaplanan en yüksek toplam VOC konsantrasyonu ve alıcı noktasının koordinatları ............................... 166 Tablo 3.23. Zamana bağlı olarak CO konsantrasyonlarını hesaplayan denklemler .......................................................................................... 181 Tablo 3.24. Zamana bağlı olarak NOx konsantrasyonlarını hesaplayan denklemler .......................................................................................... 182 Tablo 3.25. Zamana bağlı olarak SO2 konsantrasyonlarını hesaplayan denklemler .......................................................................................... 183 Tablo 3.26. Zamana bağlı olarak PM10 konsantrasyonlarını hesaplayan denklemler .......................................................................................... 183 Tablo 3.27. Zamana bağlı olarak toplam VOC konsantrasyonlarını hesaplayan denklemler ........................................................................ 184 Tablo 3.28. Tahmin edilen ve gözlenen değerlerin istatistik olarak değerlendirilmesi (nokta-alan-çizgi kaynakların tümü) ...................... 193 Tablo 3.29. Tahmin edilen ve gözlenen değerlerin istatistik olarak değerlendirilmesi (nokta-alan kaynaklar) ........................................... 194 Tablo 3.30. Tahmin edilen ve ölçülen kirletici konsantrasyonlarının ulusal ve uluslararası standartlarla karşılaştırılması ..................................... 198 Tablo 3.31. Pasif yöntemle ölçülen kirletici konsantrasyonlarının ulusal ve uluslararası standartlarla karşılaştırılması ...................................... 199. x.

(13) SĐMGELER DĐZĐNĐ VE KISALTMALAR Ar Co (CH3)2S CH4 CO CO2 COHb CS CS2 D Dj Ei Ei,j,km F gr H h H2 H2O H2S HCHO He Hg hs ht km K Kr kW L mg ml mm N2 N2O N2O3 N2O4 N2O5 Ne NH3 nm NOx O2. : Argon : Santigrat derece : Dimetil sülfit : Metan : Karbon monoksit : Karbon dioksit : Karboksihemoglobin : Karbon sülfit : Karbon disülfit : Yükseltinin kaynağa olan mesafesi (m) : Aracın kat ettiği mesafe (j) : Emisyon miktarı (i) : Araç tipi (j) ve hıza (km) bağlı emisyon faktör : Fahrenhayt : Gram : Efektif baca yüksekliği (m) : Fiziksel baca yüksekliği (m) : Hidrojen : Su : Hidrojen sülfit : Formaldehit : Helyum : Cıva : Baca yüksekliği (m) : Arazi yüksekliği (m) : Kilometre : Kelvin : Kripton : Kilowatt : Yatay ölçek (km) : Miligram : Mililitre : Milimetre : Azot : Diazot oksit : Diazot trioksit : Diazot tetroksit : Diazot pentoksit : Neon : Amonyak : Nanometre : Azot oksit : Oksijen xi.

(14) O3 Q s SOx u Vehj Xe y z ∆h δy, δz µg µm. : Ozon : Kaynaktan çıkan emisyon oranı (g/sn) : Saniye : Kükürt oksit : Rüzgar hızı (m/sn) : Araç tipine bağlı miktar (j) : Ksenon : Çapraz rüzgar yönü (m) : Yerden dikey yükseklik mesafesi (m) : Duman yüksekliği (m) : Dikey ve yatay dağılım parametreleri : Mikrogram : Mikrometre. Kısaltmalar ADAM. : Air Force Dispersion Assessment Model (Hava Kuvvetleri Dağılım Değerlendirme Modeli) ADMS : Atmospheric Dispersion Modelling System (Atmosferik Dağılım Modelleme Sistemi) AERMOD : American Meteorolojical Society/Environmental Protection Agency Regulatory Model (Amerika Meteoroloji Topluluğu/Çevre Koruma Birliği Düzenleyici Modeli) AFTOX : The USAF Toxic Chemical Dispersion Model (USAF Toksik Kimyasal Dağılım Modeli) ASPEN : The Assessment System for Population Exposure Nationwide (Ülke Çapında Nüfus Maruziyeti için Değerlendirme Sistemi) B : Batı BGB : Batı Güney Batı BKB : Batı Kuzey Batı BLP : Buoyant Line and Point Source (Yüzen Çizgi ve Noktasal Kaynak) CALPUFF : California Puff Model (Kaliforniya Puf Modeli) CAMx : Comprehensive Air Quality Model with Extensions (Karşılaştırmalı, Genişletilmiş Hava Kalitesi Modeli) CFC : Chlorofluorocarbon (Kloroflorokarbon) CMAQ : Community Multi-scale Air Quality (Çok Ölçekli Hava Kalitesi) CMB : Chemical Mass Balance Model (Kimyasal Kütle Denge Modeli) CTDMPLUS : Complex Terrain Dispersion Model Plus Algorithms for Unstable Situations (Kararsız Durumlar Đçin Algoritmalı Karmaşık Arazi Dağılım Modeli) CTSCREEN : Complex Terrain Screen (Karmaşık Arazi Tarama) D : Doğu DEM : Digital Elevation Model (Dijital Yükselti Modeli) DGD : Doğu Güney Doğu DKD : Doğu Kuzey Doğu EU : European Union (Avrupa Birliği) FB : Fractional Bias (Kesirli Sapma) G : Güney GB : Güney Batı xii.

(15) GD GGB GGD HKDYY HYROAD ISC ISCLT. : Güney Doğu : Güney Güney Batı : Güney Güney Doğu : Hava Kalitesi Değerlendirme ve Yönetimi Yönetmeliği : The Hybrid Roadway Model (Melez Yol Modeli) : Industrial Source Complex (Endüstriyel Karmaşık Kaynak) : Industial Source Complex Long Term (Endüstriyel Karmaşık Kaynak Uzun Dönemli) ISC-PRIME : Plume Rıse Model Enhancements (Geliştirilmiş Duman Yükselmesi Modeli) ISCST : Industrial Source Complex Short Term (Endüstriyel Kaynak Karmaşık Kısa Dönemli) K : Kuzey KB : Kuzey Batı KD : Kuzey Doğu KKB : Kuzey Kuzey Batı KKD : Kuzey Kuzey Doğu MM5 : Mesoscale Model (Büyük Ölçekli Model) MP : McElroy-Pooler dağılım sabiti NCDC : National Climatic Data Center (Ulusal Đklim Veri Merkezi) OBODM : Open Burn/Open Detonation Dispersion Model (Açık Alev/Açık Patlama Dağılım Modeli) OCD : Offshore and Coastal Dispersion (Açık Deniz ve Kıyısal Dağılım) OZIPR : Ozone Isopleth Plotting Package (Ozon Đzoplet Çizim Paketi) PAH : Poliaromatik Hidrokarbon PBL : Planetary Boundary Layer (Gezegensel Sınır Katmanı) PG : Pasquill-Gifford PM : Partikül Madde PMF : Pozitif Matriks Faktörizasyonu PPM : Parts Per Million (Milyonda Bir Birim) PRIME : Plume Rise Model Enhancements (Duman Yükselmesi Model Geliştirmesi) PTFE : Plume Rise Model Enhancements (Duman Yükselmesi Model Politetrafloroetilen REMSAD : Regional Modeling System for Aerosols and Deposition (Aerosol ve Birikim için Bölgesel Modelleme Sistemi) RTDM 3.2 : The Rough Terrain Diffusion Model (Engebeli Arazi Dağılım Modeli) SCIPUFF : Second-order Closure Integrated PUFF Model (Đkinci Düzen Kapalı Birleşik Puf Modeli) SDM : Shoreline Dispersion Model (Sahil Dağılım Modeli) TSCREEN : Toxic Screening Model (Toksik Tarama Modeli) UAM-V : Urban Airshed Model Variable Grid (Değişken Izgaralı Kentsel Havakuşağı Modeli) USEPA : United States Environmental Protection Agency (ABD Çevre Koruma Birimi) UTM : Universal Transverse Mercator (Evrensel Enlem Markatörü) UV : Ultraviyole UVD : Uzun Vadeli Değer xiii.

(16) VOC WHO. : Volatile Organic Compound (Uçucu Organik Bileşik) : World Health Organization (Dünya Sağlık Örgütü). xiv.

(17) KOCAELĐ ĐLĐ KÖRFEZ ĐLÇESĐ’NDE HAVA KĐRLETĐCĐ KAYNAKLARININ VE HAVA KALĐTESĐ SEVĐYESĐNĐN BELĐRLENMESĐ ÖZET Tez kapsamında, Körfez Đlçesi’nde kirletici kaynakları saptanmış, bu kaynaklardan yayılan CO, NOx, SO2, PM10, toplam VOC emisyonları modellenerek kirlilik haritaları çıkarılmış, kirletici kaynaklarının payları belirlenmiş, regresyon denklemleri oluşturulmuş, bölgenin hava kalitesi ölçümleri değerlendirilerek haritalandırılmış, model sonuçları birbirleriyle ve ölçüm sonuçlarıyla karşılaştırılarak performansları ortaya konmuş, model sonuçlarıyla ölçüm sonuçları standartlarla karşılaştırılarak bölgenin mevcut durumu belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, çalışma alanında CO için alansal, NOx için çizgisel, SO2, PM, toplam VOC için noktasal kaynaklar en kirletici kaynak sektörleridir. Çalışmada, elde edilen regresyon modelleri sayesinde, belirli zamandaki kirlilik konsantrasyonu tahmini yapılabilecektir. Çalışmada modelleme ve ölçüm sonuçları direk ve iki istatistiksel yöntemle karşılaştırılmıştır. %95’lik santil değerlerine göre tahmin edilenle gözlenen değerler arasında farklılıklar görülmüştür. “Ortalama Hatası” ve “Fraksiyonel Bias” kullanılarak yapılan karşılaştırmada, nokta-alan-çizgi kaynakların modellenmesinde, CO ve PM10 için AERMOD’un, SO2 için ISCST-3’ün performansının daha iyi olduğu anlaşılmış; ancak NOx’in zaman seçeneğine göre değişkenlik gösterdiği belirlenmiştir. Nokta ve alan kaynakların modellenmesiyle elde edilen sonuçlar incelendiğinde, kirleticilerin türüne göre değişim söz konusudur, ancak performans değerlendirmesinde sıralama CALPUFF - ISCST-3 - AERMOD şeklindedir. Elde edilen dağılım haritaları birbirlerine benzemesine rağmen, CALPUFF’da dağılımın daha fazla olduğu görülmektedir. Programların birbirlerinden farklı sonuçlar verdiği gözlenmiş, nedenleri açıklanmıştır. Anahtar Kelimeler: AERMOD, CALPUFF VIEW, Hava Kirliliği Dağılım Modellemesi, ISCST-3, Kocaeli Körfez Đlçesi. xv.

(18) DETERMINATION OF AIR QUALITY AND AIR POLLUTANT SOURCES IN KORFEZ DISTRICT IN KOCAELI ABSTRACT In this thesis, pollutant sources in Korfez district are determined. CO, NOx, SO2, PM10, VOC emissions, sourced from these sources, are modeled and created pollution maps. Shares of pollution sources are identified. Regression equations are created; region’s air quality measurements are evaluated and mapped. Model results are compared with each other. Measurement results and performance are determined. Measurement and model results are compared with standards’ so that current status of region is determined. According to results obtained from study area, spatial for CO, linear for NOx, point sources for SO2, PM, total VOC are the most pollutant source sectors in this area. By means of the obtained regression models, concentration of a specific impurity can be estimated at a specific time. In this study, modeling and measurement results are compared as directly and used two statistical methods. Many differences between observed and predicted values are observed according to the 95% centile values. In the comparison made use of “Meansquare Error” and “Fractional Bias”, in modeling point-in-line resources, performance of ISCST-3 for SO2 and performance of AERMOD for CO and PM10’s better. The variability of NOx’s determined according to option. Results of modeling analysis of point and area sources, there’s a variation depending on type of contaminants. However, assessment performance’s in form of CALPUFF - ISCST-3 and AERMOD. Though obtained distribution maps similar to each other, distribution on CALPUFF has been more than others. In this study, it’s observed programs are given different results from each other and explained reasons. Keywords: AERMOD, CALPUFF VIEW, Air Pollution dispersion modeling, ISCST-3, Korfez District. xvi.

(19) GĐRĐŞ Đnsanoğlu var olduğundan beri çevresi ile etkileşim içinde bulunmuş, onu kendi yararına kullanmayı öğrenmiştir. Ancak insanoğlunun ilk zamanlarda doğa ile etkileşimi genellikle sınırlı olmuş ve sadece kişisel ihtiyaçlarının karşılanması ötesine geçmemiştir. Sanayi devriminin başlamasına kadar çevreye verilen zararlar fazla bir etki ortaya çıkarmamıştır. Đnsanoğlunun ilk hava kirliliğine yol açması, yaklaşık 1,5 milyon yıl önce ateşi ilk olarak ısınma ve pişirme için kullanmasıyla başlamıştır [1]. Yaklaşık 5000 yıl önce ise metaller kullanılmaya başlanmış ve etrafa demir tozları yayılmış, kullanılmayan hasarlı veya buna benzer aletler çevreye atılmıştır. Tüm bu olumsuzlukların miktarı ekosisteme zarar verebilecek eşiğe ulaşmamıştır. Çünkü bu etkenler doğanın kendi kendini yenileyebilme sınırı içerisinde olmuştur. Ancak 16. yüzyılın sonlarına doğru yerleşim yerlerindeki hava kalitesinde bozulma problemi başlamıştır [2]. 18. ve 19. yüzyılda Avrupa'da insan emeğinin yerine geçen makinelerin ortaya çıkmasıyla birlikte sanayi devrimi başlamış, bu devrim boyunca teknolojideki ilerlemelerle birlikte artan küçük, orta ve büyük ölçekli fabrikalarda kullanılan makineler kirlilik problemini arttırmıştır. Günümüzde ise hava kirleticileri, endüstri tesisleri, enerji santralleri (özellikle fosil yakıtların kullanıldığı tesisler), atık yakma tesisleri, kuru temizlemeciler, taşıt araçları gibi antropojenik kaynaklar ile açık arazi yangınları, topraktaki organik çürümeler, yıldırım gibi doğal pek çok kaynaktan atmosfere yayılmaktadır. Yayılan bu kirleticilerin, başta insan sağlığı olmak üzere ağaçlar, göller, hayvanlar ve binalar üzerinde önemli etkilerinin yanı sıra ozon tabakası üzerinde de olumsuz etkileri görülmektedir. Tüm bu etkilerin yanında oluşan dumanlar da, görüş mesafesini oldukça kısaltmaktadır [3]. Herhangi bir kaynaktan meydana gelen kirleticiler rüzgarla beraber hareket etmekte ve atmosfer içerisinde yükselmektedir. Bir kaynakta oluşan duman gözlendiğinde ince bir katman halinde yayıldığı anlaşılmaktadır. Đçerisinde kirletici gazların olduğu bu dumanın yayılma hızı ve yönü bölgedeki meteorolojik koşullara bağlı olarak değişkenlik gösterebilmektedir. Kirletici emisyonların dağılımlarının incelenmesinde 1.

(20) farklı yollar kullanılmaktadır. Dağılım modelleri; atmosfer olaylarını, hava kirleticilerinin atmosferdeki fiziksel ve kimyasal hareketlerini, reaksiyonlarını, bozunmalarını ve konsantrasyonlarını matematiksel olarak hesaplayabilmektedirler. Dağılım modelleme yöntemlerinden biri, fiziksel yöntemdir. Bu yöntemde ortam şartları bir laboratuarda oluşturularak kirleticilerin dağılımları incelenebilmektedir. Diğer bir yöntem ise, kirletici dağılımlarını matematiksel olarak modellemektir. Bu yöntem en çok kullanılan yöntem olmakla birlikte, günümüzde bilgisayarlar yardımıyla hem hesaplamalar kısmı yapılabilmekte hem de görselleştirilme ile desteklenebilmektedir. Bu çalışmada, kirletici dağılımlarını matematiksel olarak modelleyen üç farklı dağılım modeli (AERMOD, ISCST-3, CALPUFF VIEW) kullanılmıştır. Bölge olarak, sanayileşmeye bağlı hava kirliliğinin yoğun olarak yaşandığı Kocaeli Đli Körfez Đlçesi seçilmiştir. Çalışma kapsamında sırasıyla izlenen adımlar: Bölgeye ait mevcut raporlardan temin edilen bilgilerden ve hazırlanan emisyon envanterinden yararlanılarak kirletici kaynaklarının saptanması, bu kaynaklardan yayılan karbon monoksit (CO), azot oksit (NOx), kükürt dioksit (SO2), partikül madde (PM10) ve toplam uçucu organik bileşik (VOC) emisyonlarının American Meteorolojical Society/Environmental Protection Agency Regulatory Model (AERMOD), Industrial Source Complex Short Term (ISCST-3) ve California Puff Model (CALPUFF VIEW) dağılım modelleri ile modellenerek kirlilik haritalarının çıkarılması ve kirletici kaynaklarının katkı paylarının belirlenmesi, modelleme çalışmasında zamana. karşı. maksimum. konsantrasyon. grafiklerinin. çizilerek. regresyon. denklemlerinin oluşturulması, bölgenin hava kalitesi ölçümlerinin değerlendirilerek haritalandırılması, model sonuçlarının hem birbirleriyle hem de ölçüm sonuçlarıyla direk ve istatistiksel metotla karşılaştırılarak performanslarının ortaya konması ve son olarak model sonuçları ile ölçüm sonuçlarının ulusal ve uluslararası standartlarla karşılaştırılarak bölgenin mevcut durumunun ortaya konması şeklindedir. Çalışmanın iki bakımdan önemli olduğu söylenebilir. Đlki Körfez Đlçesi hava kalitesinin belirlenmesidir ki, bu oldukça önemlidir. Çünkü bölge sahip olduğu sanayisi ile, buna bağlı olarak kentleşmenin yoğunluğu, liman ve iskeleleri, demiryolu ve karayolu ile Kocaeli Đli’nin hava kirliliğinin yoğun olduğu ilçelerinden birisidir. Çalışmada değerlendirilen hava kirleticilerinden, CO, NOx (NOx ve NO2 2.

(21) olarak), SO2, PM10 ve toplam VOC emisyonlarının bölgedeki dağılımlarının ve maksimum değerlerinin, çevresel etkileri açısından bütün boyutlarıyla incelenerek yorumlanması yaratabileceği olumsuzlukları önceden belirleme, alınacak önlemleri gösterme ve geleceğe yönelik yapılacak planlama çalışmalarına katkı sağlayacaktır. Diğeri ise, farklı dağılım modellerinin ve ölçüm sonuçlarının kullanılarak kirlilik dağılım haritalarının oluşturulmasıdır. Bu da, model sonuçlarının hem birbirleriyle hem de ölçüm sonuçlarıyla kıyaslanmasına ve performanslarının değerlendirilmesine olanak sağlamıştır. Hava kalitesi modelleri, hava kirletici emisyonlarını azaltma stratejilerinin. geliştirilmesinde. ve. hava. kalitesini. iyileştirmede. güçlü. bir. destekleyicidir. Farklı hava kalitesi modellerinin kullanılması, bu alanda kullanılan programların birbirlerine göre artı ve eksilerinin değerlendirilmesini sağlaması bakımından önemlidir. Çalışmada değerlendirilen kirleticiler ve kullanılan dağılım modelleri ile ilgili bilgiye birinci bölüm “1. Genel Bilgiler” kısmında ayrıntılı olarak yer verilmiştir. Çalışma yönteminin ana başlıkları aşağıda verildiği şekildedir:. -- Noktasal kaynaklardan meydana gelen CO, NOx, SO2, PM10 ve toplam VOC emisyonlarının, mevcut raporlardan temin edilmesidir.. -- Alansal ve çizgisel kaynaklardan meydana gelen CO, NOx, SO2, PM10 ve toplam VOC emisyonlarının, emisyon faktörleri ile hesaplanmasıdır. Alansal kaynak kapsamında, bölgede yaşayan nüfus ve ısınma amaçlı tüketilen yakıt miktarları esas alınmıştır. Nüfus değerleri T.C. Başbakanlık Devlet Đstatistik Enstitüsü’nün 2009 yılı nüfus sayımı sonuçlarına dayanan istatistiklerden sağlanmıştır. Yakıt tüketimlerinin belirlenmesinde Đl Çevre ve Şehircilik Müdürlüğü’nün çevre durum raporlarından elde edilen bilgiler kullanılmıştır. Çizgisel kaynak kapsamında ise, sadece motorlu kara taşıtları değerlendirilmiştir. Emisyonlar hesaplanırken araç sayıları temel alınmıştır. Araç sayıları Devlet Karayollarından temin edilen bilgiler sonucunda elde edilmiştir. Çalışmada kullanılan emisyon faktörleri; alansal kaynaklar için US Environmental Protection Agency’nin [4,5] mass-based emisyon faktörleri, çizgisel kaynaklar için CORINAIR’in [6] task-based emisyon faktörleridir.. -- Bölgeye ait meteoroloji ve topografyaya ilişkin verilerin belirlenmesidir. Bölgeye 3.

(22) ait saatlik sıcaklık, rüzgar hızı ve yönü, basınç, günlük bulut yükseklikleri ve yağış gibi meteorolojik veriler, Lakes Environmental Software’dan alınmıştır. Çalışma alanına ilişkin özellikler, literatürden elde edilmiştir. Harita olarak, Gebze. Yüksek. Teknoloji. Enstitüsü’nden. alınmış. .dwg. uzantılı. harita. kullanılmıştır.. -- Bu verilerin hava kalitesi dağılım modellerine girilerek modellerin çalıştırılması ve CO, NOx, SO2, PM10 ve toplam VOC emisyonları için kirlilik haritalarının oluşturulmasıdır. Çalışmada hava dağılım modeli olarak “Lakes Environmental Software” tarafından hazırlanmış olan ve US Environmental Protection Agency (USEPA) onaylı, Industrial Source Complex Short Term (ISCST-3) Modeli, American Meteorolojical Society/Environmental Protection Agency Regulatory Model (AERMOD) ve California Puff Model (CALPUFF) kullanılmıştır.. -- Ölçüm sonuçlarının değerlendirilerek kirlilik haritalarının oluşturulmasıdır. Kocaeli Đli’nde bulunan 3 bilimsel kuruluşun (TUBĐTAK MAM, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü ve Kocaeli Üniversitesi) ortak çalışmasıyla gerçekleştirilen “Körfez Bölgesi Hava Kirletici Kaynakların ve Hava Kalitesi Seviyesinin Belirlenmesi” projesi kapsamında, TÜBĐTAK-MAM tarafından aktif ve pasif yöntemlerle ilçedeki hava kirleticileri ölçülmüştür. Pasif ölçümler Ocak 2008~Mayıs 2008 tarihleri arasında NO2, SO2 ve toplam VOC emisyonları için 20 noktada yapılmış, aktif ölçüm ise Körfez Đlçesi’nde bulunan Petkim Lojmanları alanına yerleştirilmiş mobil ölçüm aracında Kasım 2007~Kasım 2008 tarihleri arasında CO, NOx, SO2, PM10 emisyonları için gerçekleştirilmiştir. Pasif yöntemle ölçülen hava kirleticileri konsantrasyonlarının dağılımları “Golden Software” tarafından geliştirilen analitik ve tematik haritalandırma programı olan “Map Viewer 7” harita programı ile haritalandırılmıştır. Aktif yöntemle ölçülen hava kirletici konsantrasyonları ise aylara göre grafiklendirilmiştir.. -- Sonuçların istatistiksel yöntemler ile değerlendirilmesidir. Tahmin sonuçları ile ölçüm sonuçları, santil grafikleri ile ve de iki farklı istatistiksel yöntem kullanılarak karşılaştırılmıştır. Đlk istatistiksel yöntem ortalama hatadır. Diğer istatistiksel karşılaştırma yöntemi fractional bias (kesirli sapma) yöntemidir.. 4.

(23) -- Kirlilik konsantrasyonlarının sınır değerlerle karşılaştırılmasıdır. Karşılaştırmada ulusal ve uluslararası sınır değerler dikkate alınmıştır. Tüm bu yöntemlerle alakalı ayrıntılı bilgi ikinci bölüm “2. Malzeme ve Yöntem” kısmında açıklanmıştır. Çalışma sonucunda elde edilen bulgulara üçüncü bölümde “3.Bulgular ve Tartışma” kısmında yer verilmiştir. Bu bölümde her bir kirletici için ayrı ayrı model bulguları verilmiş ve kullanılan modelleme programları literatür araştırması ile desteklenerek değerlendirilmiş, modelleme sonucu elde edilen en yüksek değerler için zamana göre konsantrasyon grafikleri çizilmiş, aktif ve pasif ölçüm sonuçları değerlendirilmiş, model sonuçları hem birbirleriyle hem de ölçüm sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Ayrıca model sonuçları ve ölçüm sonuçları ulusal ve uluslararası standartlarla da karşılaştırılarak bölgenin mevcut durumu ortaya konmuştur. Son bölümde ise, yapılan çalışmanın sonuçlarına değinilmiş ve konuyla alakalı gelecekte yapılması gereken çalışmalara ilişkin öneriler sunulmuştur.. 5.

(24) 1. GENEL BĐLGĐLER 1.1.. Atmosfer. Kelime olarak atmosfer Yunanca gaz, buhar anlamına gelen “atmos” ve Latince küre anlamına gelen “sphaera” kelimelerinden meydana gelmekte olup; “gaz küre” demektir [7]. En genel tanımıyla atmosfer, gezegenleri ve uyduları saran gaz tabakasıdır. Dünya atmosferi yerküreyi çepeçevre saran gaz katmanlarından meydana gelmektedir. Atmosferin kütlesinin yaklaşık olarak 5 katrilyon ton olduğu hesaplanmıştır [8]. Günümüzden yaklaşık olarak 400 milyon yıl önce şu anki biçimi ve bileşime sahip olan atmosfer tabakası dünya çevresinin % 1’ini oluşturmaktadır. Bu gazların yanında, buhar ve partikül formunda atom, molekül ya da molekül parçacıkları çok az miktarda da olsa bulunmaktadır. Çeşitli gaz karışımlarından meydana gelen havanın bileşenleri; doğal veya yapay kirlenme odaklarının yakınlığına, iklime, toz içeriğine, nem durumuna, deniz seviyesinden yüksekliğe göre az ya da çok değişmektedir [9]. Atmosfer ısıya, yüksekliğe, basınca, elektriksel özelliklere bağlı olarak çeşitli katmanlara ayrılmıştır [10]. Atmosferdeki sıcaklık farkları nedeniyle dört adet katman meydana gelmiştir. Bu katmanlardan ilki yerden 8 ila 16 km arasında değişen bir kalınlığa sahip olan troposfer tabakasıdır. Bu tabaka tropikal iklimin hakim olduğu bölgelerdeki sıcaklık artışına bağlı olarak havanın dikey genişleme göstermesiyle meydana gelmiştir. Ekvatordan kutuplara gidildikçe troposfer tabakası kademeli olarak incelmektedir. Tüm bu durumlar incelendiğinde troposferin ortalama kalınlığının 11 km olduğu görülmektedir. Atmosferin toplam kütlesinin yaklaşık olarak % 80’i troposferde bulunmaktadır. Troposfer tabakasında hava akımlarının büyük bir kısmı oluşmaktadır. Dünyadaki maksimum hava sıcaklığı da yine bu tabakada yeryüzüne yakın kısımlarda meydana gelmektedir. Ancak yine bu katmanda hava sıcaklığı yüksekliğe bağlı olarak her 1000 m de bir yaklaşık 6,5 oC düşmektedir. Bu nedenle troposfer takasının en üst kısmındaki hava sıcaklığı ortalama olarak -56,5 oC olmaktadır [11]. Ayrıca yeryüzündeki su buharlarının veya nemin çok büyük bir kısmı yine troposfer tabakasında yer almaktadır ve dünya 6.

(25) üzerindeki hava hareketlerinin ve meteorolojik koşulların en çok gerçekleştiği tabakadır. Moleküller bu tabakada en üst seviyeye kadar hareket etmekte ve birkaç gün içerisinde tekrar yeryüzüne dönmektedirler. Böylelikle bu tabaka içerisinde sürekli bir molekül hareketi gözlenmektedir. Dikey hareketler ve ısının yayılımı ve havadaki nem sayesinde bulutlar meydana gelmekte ve yağmurlar oluşmaktadır. Troposfer tabakası tropopoz denilen ve kararlı bir sıcaklığa sahip bir sınırla sonlanmaktadır [12]. Stratosfer tabakası, tropopozdan itibaren başlayarak 50 km kalınlığındadır ve atmosferik kütlenin yaklaşık % 10’unu oluşturmaktadır. Stratosfer toplam atmosferik ozonun büyük bir kısmını içermesine rağmen (yaklaşık olarak 22 km'si), güneşten gelen ultraviyole ışınlarının enerjisini ozon yapımında harcanmasından dolayı bu tabakadaki maksimum sıcaklık 0 oC’yi geçememektedir. Bu nedenle, tropopoz düzeyinde -50 °C ile -60 °C arasında olan sıcaklık stratosferin alt kesimlerinde her kilometrede 1 °C, üst kesimlerinde ise her kilometrede 3oC kadar artarak stratosferin üst sınırı olan stratopozda 0 °C düzeyine kadar yükselir. Bu katmanda hava yoğunluğu oldukça azalmaktadır. Bu katmanda yaz aylarına bağlı olarak ısı adeta artmaktadır. Kış aylarında ise ortalama -80 oC’yi bulan sıcaklıkla birlikte tabaka oldukça karmaşık bir yapı sergilemektedir. Benzer ısı düşüşleri tabakanın ortalarında da görülmekte ve ortalama olarak – 45~50 oC dolaylarına ulaşmaktadır. Kutup çevrelerinde meydana gelen girdaplar ve kutupsal rejimler nedeniyle bazen 20~30 km yüksekliklerde genelde sedef biçimindeki stratosferik bulutlar meydana gelmektedir. Bu bulutlar azot gazını absorbe etmekte ve bunun sonucu olarak ozon tahribatına neden olmaktadırlar [13]. Stratosfer tabakasında bulunan ozon tabakası, güneşten gelen zararlı ultraviyole ışınları absorbe etmektedir. Ozon tabakası bu tabakanın yaklaşık olarak % 90'ını oluşturmakta olup yeryüzünden itibaren 16 ve 48. km sini meydana getirmektedir. Oksijen ve ozon gazları güneşten gelen zararlı ultraviyole ışınlarının % 90 ~ 95’ini absorbe etmektedir [14]. Ozon gazı oksijen moleküllerinin özel bir formu olup üç oksijen atomundan meydana gelmektedir. Stratosferde oksijen iki biçimde bulunmaktadır. Bunlardan ilki iki oksijen atomundan oluşan normal oksijen gazı diğeri de üç oksijen atomundan oluşan ozon gazıdır. Đki moleküllü oksijen gazından 3 moleküllü ozon gazına dönüşüm için yoğun bir ultraviyole ışınımı gerekmektedir. Ultraviyole ışınları iki moleküllü 7.

(26) oksijen atomları arasındaki bağı kırmakta ve tek moleküllü oksijen atomu, Denklem (1.1) ve (1.2)’de görüldüğü gibi; uv 2O  O 2 → O+O → O 3. (ışık dalgaboyu < 240 nm). (1.1). uv O +O O 2 → 2. (ışık dalgaboyu < 290 nm). (1.2). 2. O2 ile birleşerek ozon gazına dönüşmektedir [15]. Yukarıdaki son iki reaksiyon dışarıya ısı veren reaksiyon olup atmosferin üst kısımlarını ısıtmaktadır. Atmosferde stratosfer tabakası içerisinde bulunan ozon, ultraviyole radyasyonunun etkisiyle bir taraftan oluşurken, öbür taraftan da yok edilmektedir. Stratosfer tabakasındaki hava kütlesi, sürekli olarak güneşten gelen ultraviyole radyasyon tarafından şiddetli olarak etkilenmektedir. Bu aşamada, yer yüzeyindeki canlılar için büyük bir tehlike oluşturan Ultraviyole-B (UV-B) ışınlarının tamamına yakını stratosfer tabakasındaki ozon tarafından emilmektedir. Atmosferin katmanlarında yukarılara doğru çıkıldıkça üçüncü katman mezosfer olmaktadır. Stratopoz ve termosfer tabakaları arasında yer alan mezosfer tabakası sözcük olarak orta küre anlamına gelmektedir. Bu tabakanın yüksekliği yeryüzünden yaklaşık olarak 55. km ile 85. km’ ler arasında değişmektedir. Mezosfer tabakasında yükseklik arttıkça sıcaklık azalmakta ve sıcaklık verileri -5 oC ile – 85 oC arasında değişiklik gösterebilmekle beraber, yüksekliğe ve mevsimlere bağlı olarak en üst kısımda sıcaklık -140 oC’ye kadar düşebilmektedir. Bu tabakada ozon ve önemsiz miktarda su buharı bulunmaktadır. Bu nedenle sıcaklık troposfer ve stratosfer tabakalarına göre burada daha düşüktür. – 140 oC gibi düşük bir sıcaklık bu tabakayı atmosfer tabakaları arasında, en düşük sıcaklığa sahip katman haline getirmiştir. Hava bu tabakada karışmış olmasına rağmen çok ince bir tabaka halindedir ve basıncı da oldukça düşüktür (deniz seviyesindeki hava basıncının yaklaşık olarak 1/1000’i). Ayrıca çok düşük oranlarda oksijen gazı bulunmaktadır. Uzaydan gelen herhangi bir gök taşı dünya atmosferine girdiğinde mezosfer tabakasında bulunan gaz partikülleri ile sürtünmeye başlayarak yanmaktadır [16].. 8.

(27) Mezosfer tabakasının üst sınırında mezopoz adı verilen ve mezosferin sınırını oluşturan tabaka bulunmaktadır. Bu tabakadaki sıcaklık dünyadaki tüm sıcaklıkların en düşüğüdür [17]. Atmosferde dikey sıcaklık profiline dayanan ve mezosfer tabakasının üzerinde yer alan tabaka termosfer tabakasıdır. Troposfer ve stratosfer tabakalarında sıcaklık yüksekliğe bağlı olarak, arttıkça azalmaktadır. Ancak termosfer tabakasında yükseklik arttıkça doğru orantılı olarak sıcaklığın da arttığı görülmektedir. Bu tabakadaki sıcaklık 1000 oC’nin üzerindedir. Yüksekliği yeryüzünden itibaren 90. km den başlayıp 500. km ye kadar ulaşabilmektedir. Termosfer tabakasındaki oksijen molekülleri güneşten gelen enerjiyi absorblamakta ve bunun sonucu olarak bu katmandaki sıcaklık yükselmektedir. Bu durum termosfer tabakasını atmosferdeki en sıcak tabaka haline getirmiştir. Ancak bu tabakada sıcaklık yüksekliğe göre bağımsız olarak değişkenlik göstermektedir [18]. Güneşten gelen ultraviyole enerjinin % 60’ı bu tabakada absorbe edilmektedir. Tabaka içerisindeki gazlar çok düşük konsantrasyonlarda. bulunmaktadır.. Bu. gazlar. molekül. ağırlıklarına. göre. sıralanmaktadır (hidrojen, azot, oksijen gibi) [19]. Termosfer tabakası yeryüzünden verilen radyo dalgalarını yansıtarak bu dalgaların çok uzun mesafelere kadar gidebilmesine olanak vermektedir [20]. Termosfer tabakası termopoz tabakasıyla sonlanmaktadır. Bu tabakanın yüksekliği ise 500 ila 1000 km arasında farklılık göstermektedir. Đyonosfer tabakası bilim insanlarınca termosfer tabakasının bir uzantısı olarak kabul edilmiş ve bu yüzden ayrı bir atmosfer tabakası olarak tanımlanmamıştır. Đyonosfer atmosfer yoğunluğunun % 0,1’inden oldukça az bir yoğunluğa sahiptir. Đyonosferde iyonize olmuş bileşikler bulunmaktadır. Burada iki farklı iyonizasyon işlemi görülmektedir. Bunlardan ilki güneşten gelen UV ve X ışınlarının oluşturduğu fotoiyonizasyon ve ikinci biçimi de dolu parçacıkların (güneşten gelen ve kozmik ışınların yüklediği parçacıklar) meydana getirdiği etkileşimli iyonizasyondur. Gün içerisinde güneş ışığının alındığı noktalarda fotoiyonizasyon süreci görülmekle birlikte güneş ışığının olmadığı kesimlerde ise etkileşimli fotoiyonizasyon görülmektedir [21].. 9.

(28) Termosfer tabakasının sona erdiği ve termopoz düzeyinin üstünde kalan tabaka egzosfer tabakasıdır. Çok seyrek hidrojen ve helyum atomlarından oluşur, giderek seyrelip gezegenler arası ortamla birleşir. 800 kilometreden oluşur. Burada artık belirgin bir sınır olmadığından boşluğa geçiş vardır. Pratik nedenlerle, yer yüzeyinden 100 km yükseğe yerleştirilen hayali Karman Hattı, dünya ile uzayın sınırı olarak kabul edilir. Yapay uydular bu katmanda bulunur. Atmosferin son katıdır. Sınırı kesin değildir. Bu katta gazlar çok seyrektir. Atmosferin en dış sınırı olduğundan dolayı bu tabakada sıcaklık oldukça düşüktür. Çok seyrelmiş iyonlardan oluşmuştur. Bu tabakada yükseldikçe iyonların oranı azalarak uzay boşluğuna geçilir. Egzosfer tabakasına gelen güneş ışınlarının değerine güneş sabitesi denir. Bu enerji çok yüksektir. Isıya dayanıksız olan metalleri kısa sürede eritebilir. Ancak egzosferde güneş enerjisini tutabilecek ortamda gaz olmadığından uzay gibi bu tabaka da soğuktur. 1.1.1. Atmosferin kimyasal yapısı Atmosferin kimyasal yapısı ilk bilim insanlarının ilgisini oldukça çekmiştir. Yunanistan’ın antik çağ filozofları, havanın dört elementten bir tanesi olduğunu kabul etmişlerdir. 17. yüzyıla kadar havanın bir gaz karışımından oluştuğu bilinmiyordu. 17. yüzyılda Robert Boyle bu konu hakkında çalışmalar yapmıştır. Ardından havayı oluşturan temel gazlardan olan azot ve oksijen gözlenmiş ve hava karışımını oluşturan diğer gazların ne olduğu sorusuna cevap aranmıştır [22]. Günümüzde ise atmosferin gazlardan ve partikül maddelerden oluşan bir karışım olduğu bilinmektedir. En çok bulunan gazlar ise kütlesel ve hacimsel yaklaşık olarak % 78 oranıyla azot (N2) ve % 21 oranıyla oksijen (O2) gazlarıdır. Atmosfer karışımını oluşturan gazlar N2, O2, argon (Ar), neon (Ne), helyum (He), kripton (Kr), hidrojen (H2), ve ksenon (Xe) olup bu gazların oranları sabittir, değişmezler. Karışımı oluşturan diğer gazların ve maddelerin oranları sıcaklığa ve göreceli diğer nedenlere bağlı olarak farklılık gösterebilmektedir. Göreceli olarak değişen bu gazlar su buharı (H2O), karbon dioksit (CO2), karbon monoksit (CO), metan (CH4), ozon gazı (O3), azot oksitler (özellikle N2O), amonyak (NH3), formaldehit (HCHO), kükürt dioksit (SO2), kükürt bileşiklerinden atmosferdeki en az orana sahip olan. 10.

(29) dimetil sülfit ((CH3)2S), karbon disülfit (CS2), karbon sülfit (CS) ve hidrojen sülfit (H2S) dir. Atmosfer hakkında günümüzdeki tüm bilinenler yapılan yoğun gözlemler sonucu elde edilmiştir. Bu gözlemler birbirinden oldukça farklı yapıda olup aralarında sıcaklık, rüzgar hızı veya yönü gibi parametreler bulunmakta ve genellikle bu parametreler günlük ölçülmektedir. Atmosfer bileşenlerinin miktarları genellikle benzer dalgalanmalarla birlikte farklı miktarlarda olabilmektedir. Bu farklılıkların nedeni atmosfer içersindeki sıcaklık dalgalanmaları nedeniyle oluşmaktadır. Hava hareketlerindeki bu düzensizlik atmosfer içerisindeki maddelerin yayılmasına ve böylece rastgele bir düzensizliğe sahip bölgesel konsantrasyonlar meydana getirmektedir. Bu tür farklılıkların kısa dönemlik etkilerini istatistiksel metotlarla kestirebilmek oldukça zor bir yöntemdir. Bu durum laboratuar koşullarından oldukça farklıdır, çünkü laboratuar koşullarında bütün şartlar her zaman kontrol altında tutulmaktadır. Atmosfer içerisindeki görülen rastgele dalgalanmalar genellikle mevsimsel döngülerden etkilenmektedir [23]. 1.2. Hava Kirliliği, Kirletici Kaynakları ve Kirleticiler Yüzyıllardır kentlerde çeşitli nedenlerle meydana gelen hava kirliliği kent sakinlerini olumsuz olarak etkilemiştir. Hava kirliliği kaynaklı ilk olumsuz etkiler mevsim olarak genelde soğuk geçen ve kalitesiz kömür yakılarak ısınma ihtiyacının giderildiği Kuzey Avrupa’da görülmüştür. Yüksek miktarlardaki SO2 ve partikül maddeler ciddi sağlık sorunlarına neden olmuştur. Erken dönem 13. ve 14. yüzyıl Đngiltere’sinde parlamento tarafından hava kirliliğinin azaltılması için kömür kullanımı yasaklanmıştır. Endüstri devrimi ile beraber birçok farklı hava kirleticisi yüksek emisyon oranlarıyla birçok noktasal kaynaktan atmosfere yayılmıştır. Bu kaynaklardan en önemlisi kömür yakan enerji üretim tesislerinden SO2 ve PM10 yayılımı gerçekleşmiştir. Küçük veya büyük tesislerde kömürün kullanımı hiçbir şekilde azalma göstermeden 20. yüzyıla kadar devam etmiştir. Bu dönemlerde kömür kaynaklı hava kirliliğinin önlenmesi amacıyla kullanılan tek yöntem emisyon kaynağı olan baca yüksekliklerinin arttırılması olmuştur. SO2 ve isliliğin atmosfere aşırı yüklenmesi, sıcaklık tersinmelerinin sıkça yaşanması ve hava basıncındaki kararlılık birleşerek en kötü hava kirliliği episodlarını meydana getirmiştir. Bu 11.