Orta Karadeniz Kıyı Şeridi Abdal Irmağı Havzasında Toplam Maksimum Günlük Yük Belirlenmesi
Özet
Toplam maksimum günlük yük (TMDL), su kalitesi standartlarını düzenlemek için kullanılan bir araçtır ve nehir suyu kalitesindeki özellikler ve kirletici kaynağı arasındaki ilişkiye dayanır. Bu çalışmada; Orta Karadeniz Kıyı Şeridinde yer alan Abdal ırmağı havzasına WARMF (Havza Analizi Risk Yönetim Çerçevesi) modeli uygulanarak, havzadaki noktasal ve yayılı kaynaklı spesifik parametreler üzerinden toplam maksimum günlük yük değerleri hesaplanmıştır. Abdal Irmağı havzası, konum itibariyle Samsun içme ve sulama suyunun sağlandığı Çakmak Barajını da bünyesinde bulundurduğundan çevresel kirlilik boyutlarının değerlendirilmesi açısından önem taşımaktadır. WARMF modeli, havza yaklaşımını desteklemek üzere tasarlanmış bir araç olması, paydaş kurum ve kuruluşlara, bir nehir havzasında su kalite yönetim alternatiflerini değerlendirmek üzere birçok parametre üzerinden sonuç elde etmesi, özellikle havzadaki toplam maksimum günlük yükü hesaplayarak nedenlerini ortaya koyabilmesi için seçilmiştir.
Modelde en doğru ve hassas sonuçları elde edebilmek için 2008-2009 yılı ortalama mevsimsel sonuçları kullanılarak kalibrasyon yapılmış ve model ile ölçüm sonuçları arasında bağıl hata hesaplanmıştır. WARMF modelinin kalibrasyonu ve çalıştırılması sonrasında ırmak havzası boyunca bölgesel ve kaynaksal bazda toplam maksimum günlük yükleri hesaplanmıştır. Bu sonuçlara göre mevcut durum için nitrat azotu TMDL en yüksek değer alt havza 2’de WLA 730 kg/gün ve en düşük değer alt havza 3’de LA 380 kg/gün, toplam fosfor TMDL ise en yüksek değer alt havza 2’de WLA 72 kg/gün, en düşük değer alt havza 1’de LA 37 kg/gün olarak hesaplanmıştır. Ayrıca WARMF modeli ile ırmak havzasındaki nitrat azotu TMDL yükünün %22 yayılı kaynak, %33 zirai kaynaklı ve %45 diğer amaçlı kullanımlardan, toplam fosfor TMDL yükünün ise %42 yayılı kaynak, %26 zirai kaynaklı ve %32 diğer amaçlı kullanımlardan kaynaklandığı belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Abdal Irmağı Havzası, toplam maksimum günlük yük, WARMF Modeli.
Determining of Total Maximum Daily Load on Abdal River Basin of the Mid-Black Sea Abstract
Total maximum daily load is a tool that used to organize water quality standards and it bases on relationship between water quality conditions and pollutant sources. In this study, to apply WARMF (Watershed Analysis Risk Management) Model to Abdal river basin which is located at the Mid-Black Sea Coast, to calculate the total maximum daily loads over point and nonpoint specific parameters in the river basin area.
Abdal river basin is an important area because of Cakmak Dam which provides drinking and irrigation water in Samsun city constructed above the river basin area. WARMF model was chosen because of it is a tool designed to support the watershed approach, to evaluate alternatives the river basin water quality management to achieve results over many parameters for stakeholders and especially calculating total maximum daily load that to propose for the reasons. In order to obtain the most accurate and precise results in model, calibration studies were carried on according to 2008-2009 seasonal change results in study site and relative errors were calculated between measurements and model calculations. After then WARMF model calibration and run, TMDL calculated for regional loading and source contributions along the river basin. According to this results, it was calculated that for the present situation nitrate TMDL the highest value WLA 730 kg/day on the sub-basin 2 and the lowest value LA 380 kg/day on the sub basin 3, total phosphorus TMDL, the highest value WLA 72 kg/day on the sub-basin 2 and the lowest value LA 37 kg/day on the sub- basin 1. In addition to running WARMF model of the river basin, it was determined that nitrate nitrogen TMDL resulted from 22% distributed sources, 33% agricultural sources, 45% other usage sources and total phosphorus TMDL resulted from 42% distributed sources, 26% agricultural sources, 32% other usage sources.
Keywords: Abdal river basin, total maksimum daily load, WARMF Model.
Ozbayrak E, Bakan G (2012) Determining of Total Maximum Daily Load on Abdal River Basin of the Mid-Black Sea. Ekoloji 21(85): 80-88.
Geliş: 15.12.2011 / Kabul: 09.08.2012 Eda OZBAYRAK1*, Gulfem BAKAN2
1Karayollari 7. Bolge Mudurlugu, Etut Proje ve Cevre Basmuhendisligi 55200 Atakum, Samsun- TURKIYE
2Ondokuz Mayıs University, Faculty of Engineering, Department of Environmental Engineering 55139 Kurupelit, Samsun- TURKIYE
*Corresponding author: e.ozbayrak@gmail.com
GİRİŞ
Havza yönetim planlarının, noktasal veya yayılı kaynakların da değerlendirilebildiği bir karasal sistem tanımlaması baz alınarak geliştirilmesi gereklidir. Bu amaç için, matematiksel modeller en yaygın kullanılan ve gerekli tüm veriler temin edildiği sürece en güvenilir araçlardır. Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) gelişmeleri de, bu araçların bütünsel analizlerde kullanılması için geçmişe kıyasla çok daha zengin olanaklar sunmaktadır (Yüceil ve Gönenç 2006, Şener ve ark. 2012).
Model destek sistemi (MDS) ile modelleme çalışmasının tüm ihtiyaçlarının karşılanması hedef- lenir. Bu ihtiyaçlar; veri gereksiniminin belirlen- mesi, veri envanteri oluşturulması, veri kaynak- larının tespiti, veri elde edilmesi, farklı uzmanlık alanlarının katkılarının tespit edilmesi, bu ekiplerin oluşturulması, mali kaynakların ve imkanların tespiti, gerçekleştirilmesi ve sürekliliğinin sağlan- ması, vb. birçok teknik nitelikte olmayan proje yönetim konularının da hayata geçirilmesini kapsar (Akbulut ve ark. 2010). Dolayısıyla günümüzde, özellikle gelişmiş ülkelerde “Bütünsel Havza Modelleri” olarak havzada yer alan tüm elemanları, olayları ve bunların etkileşimlerini inceleyen havza benzeşim modelleri geliştirilmiştir. Bu kapsamda WARMF (Havza Analizi Risk Yönetim Çerçevesi) modeli, havza yönetim yaklaşımını desteklemek üzere tasarlanmış bir araçtır. Model, çoğu konvansiyonel kirletici için (toplam askıda katı madde, biyolojik oksijen ihtiyacı, nutrient, vb.) toplam maksimum günlük yük hesaplarına yardımcı olmakla birlikte, yönetim planını oluşturmak için paylaşımcı kurum ve kuruluşlara alternatif senaryolarda sunmaktadır. Bu amaçla birçok adımdan oluşmakta ve bu adımlara göre kararların alınmasında etkin olmaktadır (Chen ve ark. 1999, Quin ve ark. 2010). WARMF Modelinin çalışma prensibi, Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) altında matematiksel denklemler ve hesaplamaları içeren mühendislik modülü, model verilerinin yüklenmesini ve güncellemesini yapan veri modülü, paylaşımcıların bilgilerinin ve alternatif değerlendirmelerinin yapıldığı ortak görüş modülü, bilgilerin depolandığı ve rapor olarak kaydedildiği bilgi modülü ve maksimum günlük yük hesabının yapıldığı toplam maksimum günlük yük modülü olmak üzere 5 modül altında kullanıcının isteğine göre seçilerek uygulama yapılmasıdır (Keller 2000, Herr ve ark. 2001, Chen ve ark.2004). (Şekil 1)
WARMF Modeli ile ; su kalitesi limitleri için toplam maksimumum günlük yük hesabı, noktasal ve yayılı kirletici yükler arasında kirletici analizinin yapılması için şemaların oluşturulması, habitat gerekliliği ve su kalitesi kriterlerinin oluşturula- bilmesi için ve bu duruma uyumluluğun sağlana- bilmesi için alternatif farklı yönetim planlarının oluşturulması, paylaşımcılar arasında en iyi öneriyi sunabilmek için alternatif modifikasyonlar yapıla- bilmesi, yeni veri ve model doğrulama ile alternatiflerin süregelen projelerin planlanması yapılabilir (Herr ve ark. 2001, Keller 2000, Keller 2001).
Toplam maksimum günlük yük su kalitesi standartlarını düzenlemek için kullanılan bir araçtır.
Nehir suyu kalitesindeki şartlar ve kirletici kaynağı arasındaki ilişkiye dayanır. TMDL su kalitesi standart değerlerini aşmaksızın su bünyesinin aldığı kirleticiler için izin verilebilir yüke göre oluşturulur, böylece su kalitesi kirletici kontrolünü sağlaya- bilmek için bir temel yapı oluşturulmuş olur.
TMDL aşağıdaki denklem yardımıyla hesaplanır ;
TMDL = WLA +LA+ MOS (1)
TMDL : Toplam Maksimum Günlük Yük WLA : Noktasal Kaynak Yükleri
LA : Yayılı Kaynak Yükleri MOS : Güvenlik payı
Yük kapasitesi, tasarım kriterleri için su kalitesi standartlarını aşmaksızın, su bünyesine alınabilecek en yüksek kirletici yüküdür. WLA, mevcut ve gelecekteki noktasal kaynaklar için paylaştırılan TMDL’in kısmi yüküdür. LA ise, yayılı kaynaklardan ve geçmişten doğal yollarla gelen yükün oluşturduğu kirletici yükü değeridir. MOS güvenlik payı kirletici yükü ve alıcı su kalitesi arasındaki belirsizlik ilişkisini hesaplar. TMDL geliştirilmesi için oluşturulan döngüdeki bileşenler (Şekil 2)’de gösterilmiştir.
WARMF modeline göre, toplam maksimum günlük yük, tasarım kullanımlarında su kalitesi kriterlerini ihlal etmeden, su kalitesi limitlerine göre deşarj edilen noktasal ve yayılı kaynaklı yüklerin toplamıdır. Havza içerisinde birçok su kalitesi limit değerleri bulunmaktadır. TMDL modülü nehir üst kısım ve alt kısmında tek bir zamanda her sınırlı bölüm için TMDL hesaplanmasını sağlar. (Şekil 3)’de görüldüğü üzere modelde 6 adımda TMDL hesabı sağlanır. WARMF modeli TMDL hesapla- maları için birçok sayıda değişik varyasyonlar sunulabilir.
Abdal Irmağı havzası için TMDL çalışmalarında değerlendirilmek üzere WARMF modeli ile çalışılmış literatür incelemelerine örnek olarak;
Herr ve ark. (2002) tarafından yapılmış olan çalışmada, WARMF modeli ile sediman TMDL yükü değerlendirilmiş, toplam sediman konsant- rasyonu hedef kriteri sucul balık yaşam değerlen- dirmesi ve yüzme suları için değerlendirilmiş, bu kriterlere göre de noktasal kaynaklı ve yayılı kaynaklı kirletici yükleri hesaplanmıştır. Keller ve ark. (2004) tarafından yapılan çalışmada ise inorganik azot parametresi değerlendirilmek üzere toplam azot TMDL hesabı yapılmış ve yarı kentleşme gösteren nehir havzası için kritik koşullar değerlendirilmiştir.
Chen (2011), tarafından yapılan başka bir çalışmada ise San Francisco Deltasında WARMF modeli kullanılarak tatlı su kaynağında toplam maksimum akış değişimlerinin nesli tükenmekte olan tatlı su balıklarına etkisi irdelenmiştir.
Kompleks bir yapıya sahip havza sisteminde pek çok değişken bulunduğundan, su kaynaklarının iyi kullanılması için çeşitli modeller geliştirilerek senaryo analizlerinin yapılması, kaynakların kulla- nımı konusunda karar vericilere büyük fayda sağlamaktadır. Bu çalışmada ; Orta Karadeniz Kıyı Şeridinde yer alan Abdal ırmağı havzasına bu kapsamda USEPA kaynaklı WARMF modeli
seçilmiş ve havza koşullarının güvenli olarak sağlandığı veriler oluşturularak mevcut durum için model çalıştırılmış ve havzadaki noktasal ve yayılı kaynaklı spesifik parametreler üzerinden kirlilik belirleme çalışmaları, kirlilik profili, kirlilik ve nedenlerini ortadan kaldırmak için iyileştirme çalışmaları toplam maksimum günlük yük üzerinden hesaplanarak değerlendirilmiştir.
MATERYAL VE METOT Araştırma Alanı
41º 44’ 40º 05’ enlem ve 37º 05’ 35º 30’ boylam arasında Abdal ırmağı ve Samsun ili içme suyu ihtiyacını sağlayan Çakmak barajını içine alan Abdal ırmağı havza alanı, Samsun kent merkezinin 30 km güneydoğusunda, Çarşamba ilçesine bağlı sınırlar içinde kalmaktadır. (Şekil 4.) Samsun ili merkeze içme ve kullanma suyu sağlayan Çakmak Barajı, Abdal Irmağı yağış alanının 476 km2 lik kısmını kontrol etmektedir. Abdal Irmağının 476 km2’lik yağış alanından gelen yıllık ortalama akımı 168 hm3 ve buna göre yıllık ortalama debisi 5,34 m3/s dir.
Yılın en kurak ayı olan Ağustos ayındaki aylık ortalama debisi ise 0.83 m3/s dir. (Ersanlı 2006).
Abdal ırmağı ve yakın çevresinde jeolojik yapıyı Üst Kretase olarak belirtilen fliş serisi oluş- turmaktadır. Alanda bu seriyi temsil eden Akveren Formasyonu da görülmektedir. Abdal Irmağı havzası ve çevresinde büyük toprak grubunu kahverengi orman toprakları oluşturmaktadır. Arazi kullanım kabiliyet sınıfı VI olan bölgede arazinin mevcut kullanımı ormandır. Toprak derinliği 20-50 cm dir.
Havza alanında 2008 yılı ortalama sıcaklık 10,0ºC‘dir. Yıllık ortalamalarına göre en sıcak geçen aylar Temmuz (24,1ºC) ve Ağustos (25,4ºC), en soğuk geçen aylar ise Ocak (4,1ºC) ve Şubat (5,8ºC) aylarıdır. En yüksek sıcaklık ortalaması yıllık 14,2ºC, en düşük sıcaklık ortalaması ise 8,7ºC‘dir. Havza alanı kuzey rüzgarlarına devamlı olarak açıktır. 2008 yılı ortalama rüzgar hızı ise 1,9 m/sn‘dir. Çalışma alanında 2008 yılı ortalama buharlaşma 2,7 mm, ortalama yağış ise 726,6 mm’dir .
Çakmak baraj havzası konumu itibarı ile geniş tabanlı vadi biçimindedir ve bu vadinin etrafındaki arazi dağlık ve topoğrafyası oldukça dalgalıdır. Bu nedenle vadi etrafında dağınık bir yerleşim gözlemlenmektedir. Söz konusu bölgenin geçim kaynağı tarımdır. Çakmak baraj havzası üzerinde 10’a yakın mahalle ve köy bulunmaktadır. Özellikle Baraj havzasının güneyindeki yerleşimler topografyanın çok engebeli olması nedeniyle Şekil 1. WARMF modeli akış şeması.
Şekil 2. Toplam maksimum günlük yük döngüsü.
oldukça dağınık durumdadır. Baraj havzasında bulunan mahalle, belde ve köylerin genelinde yağmursuyu şebekesi bulunmamakta olup yürütülen proje çalışmaları mevcuttur.
Arazi Çalışması ve Laboratuar Analizleri Abdal ırmağı havzasında 2008-2009 yılı mevsimsel sezonlarda seçilen 9 farklı noktadan su örnekleri alınmıştır. (Şekil 4) Örneklerin alınmasında Isco GLS Model Kompozit Portatif Numune Alma Cihazı kullanılmıştır. Örnekleme noktalarından alınan numunelerde, Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği (SKKY) Tablosunda yer alan parametrelerden sıcaklık, pH, çözünmüş oksijen, toplam organik karbon, nitrit azotu, nitrat azotu, toplam fosfor, kurşun, demir, nikel, klorür iyonu ve serbest klor değerleri ölçülmüştür. Bu analizlerde özellikleri UV-VIS-PG-T70 Spektrofotometresi, Apollo 9000 TOC cihazı ve standart kitler kullanıl- mıştır. Ölçümler 3 tekrarlı ve %95 korelasyon katsayısı aralığında yapılmıştır. Ayrıca noktasal kaynaklı ve yayılı kaynaklı yükler belirlenerek modelde kullanılmak üzere değerlendirilmiştir.
WARMF Model Uygulaması
Abdal Irmağı havzası bir adet rezervuar havzası (Çakmak barajı) ve 3 alt havza olmak üzere 4 adet alanda (Şekil 5) tanımlanmış, mühendislik modü- lünde yüklenmesi gereken havza katsayıları, nehir katsayıları ve rezervuar katsayıları bu havzaların spesifik özelliklerine göre verilmiştir (Tablo 1 ve Tablo 2). Sistem katsayıları ise tüm havzayı yansıta- cak şekilde belirlenmiştir.
WARMF modelinde Abdal ırmağı havzası havza katsayıları için fiziksel veriler ; alt havzaların alanları, eğimleri, genişlikleri, yüzey pürüzlülüğü (Manning katsayısı) her biri için modele yüklenmiştir. Abdal Irmağı havzası arazi kullanım katsayılarını belirlemek için Samsun İl Gıda, Tarım ve Hayvancılık Müdürlüğünden elde edilen bilgilerle söz konusu havza alanı ve alt havzalar üzerinde orman, tarla-otlak, mera, bağ-bahçe, çorak alan, yerleşim alanı, endüstri alanı yüzdeleri girilmiştir.
WARMF modeli en iyi yönetim uygulamaları katsayıları kısmında havza alanın korunması ve bir takım iyileştirmeler için yapılacak veya yapılan arıtım iyileştirme çalışmalarının modele yüklenmesi gerekmektedir. Abdal ırmağı havzası için Devlet Su İşleri 7. Bölge Müdürlüğünden alınan bilgilerle, söz konusu alanda taşkın koruma projelerinde koruma seddelerinin yapılmış olduğu belirlenmiştir.
Programda bu seddelerin havza alanı için koruma
çalışması olduğu kabul edilerek tampon bölge özellikleri kapsamında modele yüklenmiştir.
WARMF modeli havza katsayılarında noktasal kaynak; havzadaki noktasal kaynak girişinin yapıldığı modele yüklenecek verilerin girildiği bölümdür. Bu kısımda havza alanındaki noktasal kaynaklı kirleticilerin veri modülü altında dosyası oluştu- rulmuş olup Abdal ırmağı havzasında noktasal kaynak yükü tanımlaması yapılmıştır.
WARMF modeli nehir katsayıları bölümü için fiziksel katsayılar havza katsayılarında olduğu gibi Şekil 3. TMDL hesabı yol haritası.
Şekil 4. Abdal ırmağı havzası ve örnek alma noktaları.
Şekil 5. Abdal ırmağı havzasının WARMF modelinde gösterimi.
nehir bölmeleri için fiziksel verilerin girildiği bölümdür. Bu bölümde nehir yatak yüksekliği, uzunluğu, başlangıç su derinliği ve Manning katsayısı modele yüklenmiştir. Nehir katsayıları bölümünde Katman-Genişlik eğrisi Abdal ırmağı havzası için yaklaşık 1m. su derinliğine karşılık, 10 m. nehir genişliği kesitleri modele yüklenmiş, nehirdeki çeşitli parametrelerin konsantrasyon değerleri ve nehir reaksiyon katsayıları modele yüklenmiştir. Ayrıca nehir katsayılarından sediman katsayısı kısmında Abdal ırmağı havzasında 2008- 2009 mevsimsel periyodunca yapılan deneysel çalışmalar sonucunda sedimanda tane boyutu analizine göre katsayılar belirlenerek modele yüklenmiştir.
WARMF modeline yüklenmesi gereken rezer- vuar katsayıları fiziksel veriler için; model su yüzeyi yükseklikleri, başlangıç, minimum ve maksimum değerleri seçilmiş ve modele yüklenmiştir. Ayrıca Akış- Katman Eğrisi bölümünde Çakmak barajı için akış yüksekliğine karşı debi sütunları oluşturulmuş modele yüklenmiş ve rezervuar reaksiyon katsayıları
içinde Çakmak baraj özelliklerini yansıtan katsayılar modelde tanımlanmıştır.
Sistem katsayıları tüm havza için geçerlidir, belirli bir arazi havzası, nehir bölmesi veya rezervuar bölmesinden ziyade bütün havzayı kapsamaktadır.
Abdal ırmağı havzası sistem katsayıları fiziksel veri parametrelerinde enlem, boylam, yükseklik ve tüm havza alanı verileri girilmiştir.
BULGULAR
Abdal Irmağı Havzası Su Kalitesi İzleme Ölçüm Sonuçları Değerlendirmesi
Abdal ırmağı havzası boyunca örnekleme noktalarında 2008 yılının Mart ve Kasım ayları ile 2009 yılının Ocak ve Temmuz aylarında alınan numunelerde sıcaklık, pH, çözünmüş oksijen, toplam organik karbon, nitrit azotu, nitrat azotu, toplam fosfor, kurşun, demir, nikel, klorür iyonu ve serbest klor değerleri ölçülmüş ve havza ortalama değerleri Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği Kıtaiçi Su Kaynaklarının Sınıflarına Göre Kalite Kriterlerince değerlendirilmiştir (Anonymous 2004). (Tablo 3)
Abdal Irmağı havzası için sunulan fiziksel parametreler (Sıcaklık, pH vb.) Kıtaiçi Su Kaynakları Su Kalite Sınıflarında 1.ve 2. Sınıf su kalitesi özellikleri taşımaktadır. Çözünmüş oksijen değerleri ise mevsimsel olarak değişimler göstermiş, ortalama en düşük 8,02 mg/L ve en yüksek 8,85 mg/L arasında bulunmuştur. Havza boyunca toplam fosfor değerlerinde sadece Sonbahar 2008 döneminde yıllık ortalamaya göre yüksek değerler çıktığı gözlemlenmiştir. Bunun sebebi olarak bölgede uygulanan tarımsal amaçlı çalışmalarda kullanılan fosforlu gübrelerin sonbahar aylarında kullanılması gösterilebilir. Kıtaiçi Su Kaynakları Kalite Sınıflarında toplam fosfor için 2. Sınıf 0,2 mg/L, 3.
Sınıf ise 0,65 mg/L olarak verilmiştir. Abdal Irmağı için toplam fosfor su kalitesi standardı nehir genelinde 2. Sınıf su kalitesi özellikleri taşımakla beraber, evsel atıksu deşarjlarının olduğu örnekleme noktalarında bu değerlerin yükseldiği belirlenmiştir.
Havza boyunca nitrit ve nitrat azotu konsantrasyon değerlerinin mevsimsel ve yıllık ortalama değişimleri irdelenmiştir. Nitrat azotunda İlkbahar 2008 döneminde ortalamaya göre yüksek değerler çıktığı belirlenmiştir. Bunun sebebi olarak bölgede uygulanan tarımsal amaçlı çalışmalarda kullanılan nitratlı gübrelerin ilkbahar aylarında kullanılması gösterilebilir. Ayrıca evsel atıksulardan gelen nitrat yükleri su kalitesini etkilemekte ve Tablo 1. WARMF Model Uygulamalarında Kullanılması
Gerekli Katsayı ve Sabitler (Herr ve ark. 2001).
Tablo 2. Abdal ırmağı havzasında kullanılan WARMF model katsayı ve sabitler.
konsantrasyon değerlerini yükseltmektedir. Havza alanı için nitrat azotu su kalitesi standardı 5 mg/L olarak alınmış ve 1. Sınıf su kalitesi özelliklerini genel anlamda taşıdığı gözlemlenmiştir. Nitrit azotunun ortalama 2. Sınıf su kalitesi kriterlerine uyduğu belirlenmiş ve ortalama havzadaki konsant- rasyonun 0,01 mg/L seviyesinde gözlemlenmiştir.
Kıtaiçi Su Kaynakları Sınıflarına göre Abdal Irmağı boyunca klorür iyonu 2. ve 3. Sınıf, serbest klor ise 1. Sınıf su kalitesi özellikleri taşımaktadır. Klorür iyonu sağlıklı su için bir göstergedir. Pek çok içme suyunda klorür miktarı 30 mg/L’yi geçmemektedir (Taş 2006). Bu çalışmada, Abdal ırmağı havzasında klorür miktarının sınır değerden yüksek çıktığı gözlemlenmiştir. Klorür iyonunun havza boyunca yüksek olmasının sebebi olarak nehir genelinde klorür konsantrasyonunun yüksek olması ve baraj içmesuyu hattından karışım olma ihtimali gösterilmiştir.
Abdal Irmağı Havzasında WARMF Model Kalibrasyonu
Bu bölümde Abdal ırmağı havzasına WARMF modeline yüklenen verilerle modelin çalıştırılması sonucunda elde edilen çeşitli fiziksel ve kimyasal parametrelerdeki kalibrasyon irdelenmiştir. Model kalibrasyonu ve Abdal Irmağı’nda yapılan ölçümlerin karşılaştırılmasında bağıl hata hesabı gerçekleştirilmiştir.
%Bağıl Hata= x100 (2) m= Model Kalibrasyon Sonucu
c= Ölçüm Sonucu
Abdal ırmağı havzasında seçilen 9 farklı noktada, 2008 - 2009 yılları mevsimsel periyodunda kalib- rasyon için örnekleme çalışmaları yapılmış; bu sonuçlarla model yüklemesi sonucunda çıkan sonuçlar benzeştirilmiştir. Havza alanında yıllık ortalama debi değişimleri ölçüm sonuçlarına göre 15 m3/s ile 24 m3/s arasında değişirken, model sonuçlarında ise 16 m3/s ile 27 m3/s arasında değişmektedir. Debi değişimleri havza alanındaki örnekleme noktalarının bulunduğu alanların derinliği, genişliği ve suyun akış hızıyla orantılı olduğundan değişimler göstermiştir. Debi için model ve ölçüm sonuçları arasında ortalama bağıl hata değeri %8,5 bulunmuştur (Şekil 6).
Çalışma alanında pH değerleri ölçüm sonuç- larına göre 7,35 ile 8,20 arasında değişmektedir.
WARMF model kalibrasyonu sonucunda ise pH değeri 7,4-8,1 arasında hesaplanmıştır. Yönetmelik
gereği pH’sı 6,5-8,5 arasında değişen sular 1. Sınıf su kalitesi olarak belirlenmiştir ve Abdal Irmağı da bu değerler aralığında 1. Sınıf su kalitesi özelliklerini taşımaktadır. Bu parametre için, %2,56 ortalama bağıl hata hesaplanmıştır (Şekil 7).
Abdal Irmağı havzası WARMF modeli, model kalibrasyonu uygulamasında nehir havzasındaki 2009 yılı yaz verileri kullanılarak debinin düşük olduğu kurak mevsime göre de kalibrasyon çalışması yapılmıştır. Şekil 8’de WARMF Modeli Abdal Irmağı toplam fosfor konsantrasyonu kalibrasyonu (2009 yaz) sonuçları sunulmuştur. Abdal Irmağı havzasında 2009 yılı yaz verilerine bağlı olarak 9 noktadaki toplam fosfor konsantrasyonu 0,17 mg/L ile 0,45 mg/L aralığında değişmekte ve ortalama bağıl hatası %13,2 hesaplanmıştır. Toplam fosfor parametresi açısından Abdal Irmağı Kıtaiçi Su Kaynakları Kriterlerine göre 2. Sınıf Su Kalitesi özellikleri taşımaktadır. Irmak havzasında yaz 2009 döneminde 5 ve 7 numaralı örnek alma noktalarında daha yüksek toplam fosfor konsantrasyonu olduğu gözlemlenmiştir. Bu durum bu noktalarda evsel atıksu deşarjları (fosseptik) olmasından kaynaklan- maktadır. Ayrıca tarımsal çalışmalar neticesiyle yayılı kaynaklardan gelen bir fosfor artışı da gözlem- lenmiştir.
Nitrat azotu konsantrasyonu 2009 yılı yaz sonuçları WARMF model kalibrasyonu sonuçlarına göre 2009 yılı yaz verilerine bağlı olarak 9 noktadaki nitrat azotu konsantrasyonu 1,70 mg/L ve 2,52 mg/L seviyesinde, model sonuçları ise 1,45 mg/L ile 2,39 mg/L seviyesinde değiştiği hesaplanmıştır (Şekil 9).
2009 yaz verileri nitrat azotu parametresi için ırmak boyunca çok fazla değişim olmamış sadece deşarj noktalarında daha yüksek değerler bulunmuştur.
Nitrat azotu ortalama bağıl hata ise %8,15 hesap- lanmıştır Fosfor ve nitrat azotu kalibrasyonunda bazı noktalarda model, bazı noktalarda ise ölçüm değerleri daha yüksek çıkmıştır. Bu durum için model kalibrasyonunda katsayı ve sabitlerde hassas değişimler yapılarak sapmaların minimuma getirilmesine çalışılmıştır.
WARMF Modeli ile Abdal Irmağı Havzası Mevcut Durum Toplam Maksimum Günlük Yük Değerlerinin Belirlenmesi
Abdal ırmağı havzasındaki noktasal ve yayılı kaynaklı yüklerden kaynaklanan toplam maksimum günlük yükler ırmak havzasında en fazla kirlilik yükü oluşturduğu hesaplanan nitrat azotu ve toplam fosfor parametreleri için değerlendirilmiştir. Toplam m-c
m
maksimum günlük yük modülü için değişik varyasyonların tanımlanması mümkündür. Ancak Abdal ırmağı havzasında nehir suyu kalite kriterleri olarak Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği Kıtaiçi Su Kaynaklarının Sınıflarına Göre Kalite Kriter değerleri belirlenerek modele yüklenmiştir.
Mevcut durum nitrat azotu için toplam maksimum günlük yük nitrat azotu kriteri seçiminde Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği Kıtaiçi Su Kaynakları Kalite Sınıfı 1. Sınıf su kalitesi şartı 5 mg/L olması şartı ve % 5 güvenlik payı ile 4,75 mg/L geçmeyecek şekilde oluşturularak modele
Tablo 3. Abdal ırmağı örnekleme noktaları mevsimsel ortalama değerleri ve su kalitesi sınıfları.
Tablo 4. WARMF modeli abdal ırmağı tüm havza bölgesel TMDL dağılımı.
Şekil 6. WARMF modeli abdal ırmağı havzası debi ölçüm ve model kalibrasyonu.
Şekil 7. WARMF modeli abdal ırmağı havzası pH ölçüm ve model kalibrasyonu.
Şekil 8. WARMF modeli abdal ırmağı havzası toplam fosfor konsantrasyonu kalibrasyonu (2009 yaz).
Şekil 9. WARMF modeli abdal ırmağı havzası nitrat azotu konsantrasyonu kalibrasyonu (2009 yaz).
Şekil 10. WARMF 2008 – 2009 yılı mevcut durum abdal ırmağı kaynakta nitrat azotu TMDL dağılımı .
Şekil 11. WARMF 2008 – 2009 yılı mevcut durum kaynakta abdal ırmağı toplam fosfor TMDL dağılımı.
yüklenmiştir. Şekil 10’da Baraj alanında nitrat azotu toplam maksimum günlük yükünün 133 kg/gün, en yüksek değerin alt havza 2’de noktasal kaynaklı kirleticilere bağlı olarak (WLA) 730 kg/gün, en düşük değerin yayılı kaynakta alt havza 3’de (LA) 380 kg/gün olduğu bulunmuştur. Abdal ırmağı alt havza 2 ve alt havza 3’de tarımsal çalışmalar, hayvancılık, düzensiz katı atık depolaması ve fosseptikler mevcuttur. Bu sonucun nitrat azotu yükü için (WLA) alt havza 2’den daha fazla bir kirletici yükü ile taşınımı olduğu ve dikkate alınması gerektiğini göstermiştir.
Toplam Fosfor Toplam Maksimum Günlük Yük için kriter olarak Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği Kıtaiçi Su Kaynakları Kalite Sınıfı 2. Sınıf su kalitesi şartı 0,16 mg/ l olması şartı ve % 5 güvenlik payı ile 0,15 mg/L geçmeyecek şekilde oluşturularak modele yüklenmiştir. Şekil 11’de Baraj alanında toplam fosfor toplam maksimum günlük yükünün 28 kg/gün, en yüksek değerin alt havza 2’de noktasal kaynaklı kirleticilere bağlı olarak (WLA) 72 kg/gün, en düşük değerin alt havza 1’de yayılı kaynakta (LA) 37 kg/gün olduğu bulunmuştur. Toplam fosfor konsantrasyonları Abdal ırmağında özellikle evsel atıksu deşarjlarının bulunduğu noktalarda yüksek çıktığı gözlemlenmiştir. Özellikle sonbahar döneminde fosforlu gübrelerin havza alanında kullanılmasından kaynaklanan artışa bağlı olarak (WLA) değerinin alt havza 2’de yüksek çıkmasının sebebi olabilir.
Mevcut duruma göre WARMF modelinin çalıştırılması sonucunda TMDL değerleri noktasal ve yayılı kirletici yükleri ayrı ayrı hesaplanmıştır.
Tablo 4’de Abdal Irmağı havzası boyunca toplam maksimum günlük yüklerin alt havza 1, alt havza 2 ve alt havza 3’de zirai amaçlı, diğer amaçlı (evsel atıksu deşarjları vb.) ve yayılı kaynaklar üzerinden
dağılımı gösterilmiştir.
TARTIŞMA
Abdal Irmağı havzasına WARMF modeli ile TMDL yükleri hesaplanmasında Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği Kıtaiçi Su Kaynaklarının Sınıflarına göre kalite kriterlerine oluşturulmuş ve havzada yapılacak iyileştirme çalışmalarında bu sınıfların dikkate alınması, oluşacak kirlilik yükünün azaltılmasında önemli rol oynamaktadır. Mevcut durumda toplam fosfor ve nitrat azotu için WARMF modeli ile noktasal ve yayılı kaynak yükü (LA ve WLA) arasında kaynak ve bölgesel dağılım sonuçları alt havza 1, alt havza 2 ve alt havza 3’de zirai kaynaklı, diğer amaçlı kaynaklı ve yayılı kaynaklara bağlı olarak Şekil 12’de gösterilmiştir.
Bu sonuçlara göre nitrat azotu TMDL yüklerinin alt havza 3’de, toplam fosfor TMDL yüklerinin ise alt havza 2’de daha yüksek olduğu hesaplanmıştır. Nehir Havza Yönetim Planları için AB Su Çerçeve Direktifi kapsamında, tüm su kütlelerine, gelişim süreci 2015 yılı ve nihai 2027 yılına kadar “iyi durum”da olması gibi kesin bir hedef konulmuştur. Bu nedenle, Abdal ırmağı havzası için kirletici yüklerin yüksek olduğu alt havza 2 ve alt havza 3 alanlarında iyileştirme çalışmaları olarak havzadaki paket arıtma tesislerinin işletmeye alınması, tarımsal kaynaklı kirliliği azaltıcı bilgilendirme çalışmalarının devamı ve yörede yapılacak organik tarım ve hayvancılık çalışmalarının düzgün ve önlemler alınarak teşvik edilmesi, katı atıkların düzenli bertarafı, arazi kullanımlarının makul şartlarda yapılması sonucunda özellikle azot ve fosfor türevlerinde daha az kirletici yükü oluşumu mümkün kılınarak AB Su Çerçeve Direktifi hedef değerlerine ulaşılabilecektir.
Şekil 12. WARMF modeli sonucu abdal ırmağı havzası mevcut durum TMDL dağılımı.
KAYNAKLAR
Akbulut M, Kaya H, Çelik EŞ, Odabaşı DA, Odabaşı SS, Selvi K (2010)Assessment of surface water quality in the Atikhisar Reservoir and Sarıçay Creek (Çanakkale, Turkey) Ekoloji 19(74): 139-149.
Anonymous (2004) Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği (revize). Türkiye Cumhuriyeti Resmi gazete Sayı:
25687, 31 Aralık 2004.
Chen CW, Herr J, Ziemelis L, Goldstein RA, Olmsted L (1999) Decision support system for total maximum daily load. Journal of Environmental Engineering 125 (7) : 653-659.
Chen CW, Herr J, Weintraub LHZ (2004) Decision support system for stakeholder involvement. Journal of Environmental Engineering 130(6) : 714-721
Chen CW (2011) Framework to determine total maximum daily flow diversions for fish protection Journal of Environmental Engineering 137(11) : 1099-1102
Ersanlı E (2006) Çakmak Barajı (Tekkeköy-Samsun) fitoplanktonu ve mevsimsel değişimi üzerinde bir araştırma. Doktora Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
Herr J, Weintraub LHZ, Chen CW (2001) User’s guide to WARMF: Documentation of graphical user interface. Electric Power Research Institute, Palo Alto.
Herr JW, Chen CW, Goldstein RA, Brogdon JN (2002) A tool for sediment TMDL development on Oostanuala Creek. In: Proceedings of the Total Maximum Daily Loads (TMDL): Environmental Regulations Conference, March 11-13, 2002, Fort Worth, 111-116.
Keller A (2000) Peer review of the watershed analysis risk management framework (WARMF): an evaluation of WARMF for TMDL applications by independent experts using USEPA Guidelines. Electric Power Research Institute, Palo Alto.
Keller A, Zheng Y, Robinson TH (2004) Determining critical water quality conditions for inorganic nitrogen in dry, semi-urbanized watersheds. Journal of the American Water Resources Association 40 ( 3) :721- 735.
Sener E, Terzi O, Sener S, Kucukkara R (2012) Modeling of Water Temperature Based on GIS and ANNTechniques: Case Study of Lake Egirdir (Turkey). Ekoloji 21(83): 44-52.
Tas B (2006) Investigation of Water Quality of Derbent Dam Lake (Samsun). Ekoloji 15(61):6-15.
Quinn NWT, Ortega R, Patrick JAR, Royer CW (2010) Use of environmental sensors and sensor networks to develop water and salinity budgets for seasonal wetland real-time water quality management.
Environmental Modelling Software 25(9): 1045-1058.
Yüceil K, Gönenç İE (2006) Kırsal yayılı kaynaklar için modelleme destek sistemi ve yerel uygulaması.
İstanbul Teknik Üniversitesi Mühendislik Dergisi 5(1): 161-174.
