Türkiye'nin endüstri ve ısınma kaynaklı emisyon envanterinin grid sistemine aktarılması ve EMEP ile EDGAR verileriyle  mukayesesi
Transferring the industrial and heating source emissions inventory of Turkey to grid system and comparison with EMEP and EDGAR data
Yazar: ZEYNEP AKGÜL
Danışman: PROF. DR. KADİR ALP
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Atmosferik kirleticiler = Atmospheric pollution ; Coğrafi bilgi sistemleri = Geographical information systems ; Hava kirliliği = Air pollution

Özet:
Bu çalışmanın temel amacı, Türkiye' nin hava kirliliği envanterinin oluşturulması, kolay anlaşılır haritalar üretilmesi ve böylelikle ülke atmosferine salınan kirleticilerin hangi bölgelerde yoğunlaştığının rahatlıkla değerlendirebilmesidir. 

Oluşturulması hedeflenen haritalar için, 2014 yılında gerçekleştirilmiş olan,  İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Programı   Tez çalışmasında ulaşılmış olan  Türkiye' de enerji ve endüstri kaynaklı emisyonlar ve konut ısınma sistemlerinden kaynaklanan emisyonların mekansal dağılımları ile  EMEP (Avrupa İzleme ve Değerlendirme Programı) tarafından ülkemiz koordinatlarında  gerçekleştirilmiş olan emisyonlar ile EDGAR tarafından yayınlanan emisyonların mekansal dağılımlarından karşılaştırılabilmelerine olanak tanınacak şekilde faydalanılmıştır.
Kullanılan sayısal verilere bakılacak olursa; 2014 tarihli çalışmada, elektrik üretim kapasitesi 10 MW' tan büyük fosil yakıt kullanan termik santraller, petrol rafinasyonu, organik kimya endüstrisi, mineral endüstrisi, metalurji endüstrisi, kağıt ve karton endüstrisi, şeker endüstrisi dikkate alınmış, konut ısınma kaynaklı emisyon hesapları ise 81 il ve mevcut ilçelerin tamamında  gerçekleştirilmiştir. 

Hesaplamaların sonucunda, enerji üretim tesisleri için emisyon değerleri CO2, CO, SOx, NOx,  NMVOC, TSP,  PM10 ve  PM2.5 kirleticileri için, kontrolsüz durumlarda sırasıyla 123.587.348 ton/yıl, 11.018 ton/yıl, 2.325.499 ton/yıl, 325.716 ton/yıl, 2.452 ton/yıl, 5.333.215 ton/yıl,   1.343.733 ton/yıl,  ve 201.795 ton/yıl olarak; endüstri tesisleri için emisyon değerleri yine kontrolsüz durumlarda sırasıyla   için 55.124.263 ton/yıl, 790.861 ton/yıl, 42.737 ton/yıl, 28.609 ton/yıl,  220.055 ton/yıl,  5.834.130 ton/yıl,   3.300.394 ton/yıl,  ve 8.920 ton/yıl olarak; endüstriyel tesislerin yakıt kullanımından kaynaklanan emisyonlar kontrolsüz durumlarda CO2, SOx, CO, NOx,  NMVOC ve PM10  kirleticileri için sırasıyla 57.663.913 ton/yıl,  156.037  ton/yıl,   156.884 ton/yıl,   69.242 ton/yıl,   15.120 ton/yıl ve 156.844   ton/yıl oalark; son olarak da, konut ısınma sistemlerinden kaynaklanan emisyon değerleri  CO2, SOx, CO, NOx,  NMVOC,  TSP, PM10,  PM2.5  ve NH3  kirleticileri  için kontrolsüz durumlarda sırasıyla 38.195.817 ton/yıl,  232.559 ton/yıl,  37.471 ton/yıl,  1.059.298 ton/yıl,  136.015 ton/yıl,  108.954 ton/yıl, 127.182 ton/yıl,  124.877 ton/yıl ve   3.803 ton/yıl olarak  belirtilmiştir.
2014 tarihli bu çalışmada sayısal veriler,  emisyon faktörlerine dayalı olarak formulasyon sonucu elde edilmiştir. 

EMEP ise verileri, merkez kurmuş olduğu ülkelerin verdiği raporlardan derlemekte ve  koordinatlara dayalı olarak oluşturduğu grid sistemlerine aktarmaktadır. Bu güne kadar yoğunluklu olarak 1x1 dereceli ve 0.5x0.5 dereceli grid sistemleri kullanılmakta iken, son dönemde artık çözünürlüğü daha da arttıran 0.1x0.1 dereceli grid sistemi kullanılmaya başlanmıştır. 

Çalışmada, hem baz alınan tezin sayısal sonuçları hem de EMEP tarafından sisteme işlenmiş olan veriler üzerinden her üç grid sisteminde de haritalar üretilmiştir.Bunun için EMEP tarafından geliştirilmiş olan 0.1x0.1 dereceli grid sistemi baz alınmış, bu sistemdeki veriler üzerinden 0.5x0.5 dereceli ve 1x1 dereceli mekansal dağılım haritaları oluşturulmuştur. Haritaların oluşturulmasında Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) yazılımlarından ARCGIS kullanılmıştır. Ayrıca koordinatların belirlenmesinde Google Earth Pro, verilerin yönetilmesinde de Excell programlarından yararlanılmıştır.

Katmanlı yapıda bir yazılım olan ARCGIS, Desktop, Mobile, Server ve Online olmak üzere dört bölümde tasarlanmıştır. Bu çalışmada kullanılan ARCGIS Desktop, ArcInfo, ArcView ve ArcEditor içerisinde bütünleşik olarak gelen ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, ArcGlobe ve Model Builder arayüzleri ile haritalama, coğrafi analizler, veri güncelleme, veri yönetimi ve görüntüleme işlemlerini gerçekleştirebilmesine imkan veren entegre bir coğrafi bilgi sistemi yazılımıdır.

 EMEP' in internet sitesinden Türkiye'ye ait olan  0.1x0.1 dereceli Grid  sistemi elde edilmiştir. Bu sistemde Türkiye sınırları dahilinde, 10x10 km2 lik, işlenebilir vaziyette, birebir koordinatları belirlenmiş hücreler bulunmaktadır. Toplam 8611 adet olan bu hücreler, ARCGIS yazılımıyla açılabilmekte ve yazılım üzerinden bu hücreler için veri girişi yapılacak alanlar atanabilmektedir.

Bu çalışmada öncelikle, Google Earth Pro kullanılarak, konut ısınma sistemlerinden kaynaklanan emisyonların işleneceği hücreleri belirlemek üzere, Türkiye'nin herbir ilçesinin koordinatları tek tek belirlenerek 0.1x0.1 dereceli grid sistemine aktarılmıştır. Daha sonra, GIS yazılımı üzerinde SOx, NOx, CO, PM10, PM2.5 ve  NMVOC alanları tanımlanarak, herbir ilçenin bu emisyonlara ait verileri tanımlanan alanlara işlenmek suretiyle, Türkiye' nin 10x10 km2 lik alanlar halinde herbir kirletici için özel olarak emisyon haritaları oluşturulmuştur.

EMEP ve EDGAR tarafından yayınlanan emisyonlar ile tez verileri arasında sağlıklı bir karşılaştırma yapabilmek adına, işlenecek parametreler SOx, NOx, CO,  PM10, PM2.5 ve  NMVOC olarak belirlenmiştir. EMEP internet sayfasında NOx, NMVOC, SOx,  NH3,  PM2.5,  PM10 , Pmcoars,e  CO,  Cd,  Hg,  Pb,  PCDD/PCDF,  benzo(a), benzo(b), benzo(k) Indeno ve HCB parametrelerine ait, ısınma, endüstri, trafik, gemicilik, tarım vb. kaynaklı emisyonların 0.1x0.1 dereceli grid sistemine aktarılmak üzere hazırlanmış olan (herbir grid hücresinin koordinatlarına ait) listeleri yayınlanmıştır. 
Anılan internet sayfasından,  SOx, NOx, CO, PM10, PM2.5 ve  NMVOC kirleticilerine ait, enerji ve endüstri kaynaklı emisyon verilerine ait listeler elde edilmiştir. Ancak, program tarafından yayınlanan veri grupları arasında Türkiye'nin koordinatlarına isabet eden ısınma kaynaklı emisyon verileri bulunmadığından karşılaştırma sadece enerji ve sanayi kaynaklı emisyonlar üzerinden yürütülebilmiştir.

Öte yandan, EDGAR programı tarafından yayınlanan veriler ısınma kaynaklı emisyon verilerini de içerdiğinden, tez verileri ile mevcut tüm kaynaklar üzerinden karşılatırma yapabilme imkanı elde edilmiştir. 0.1x0.1 dereceli Grid baz alınarak ArcToolbox (Feature Class) arayüzü üzerinden,  0.5x0.5 dereceli (50x50km2) ve akabinde 1x1 dereceli (100x100km2) yeni Grid sistemleri oluşturulmuş ve her iki sistemde de parametrelere ait veriler, dahil oldukları hücreye tekabül eden alt hücre verilerinin toplanması suretiyle işlenmiştir.

Bu sayede,  Türkiye'nin hava kirliliği envanterinin görselleştirilmesine de vesile olunmuştur. Hazırlanan haritalar üzerinde yapılan incelemede, EMEP ve EDGAR' dan elde edilen verilerle, 2014 tarihli tez çalışmasından alınan verilerin birebir örtüşmeseler de, özellikle EDGAR verileri ile olumlu olarak tanımlanabilecek bir uyum içerisinde oldukları değerlendirilmiştir.

Ayrıca, bu çalışma, hangi kirleticinin hangi bölge ya da bölgelerde yoğunlaştığının görsel bir zemin üzerinde, kolaylıkla incelenmesine fırsat vermiş, emisyonların daha çok, İstanbul, İzmit, Kocaeli, Bursa, İzmir, Ankara, Adana, Kayseri, Gaziantep, İskenderun, Zonguldak, Karabük, Samsun, Konya, Çanakkale, Balıkesir, Kütahya, Eskişehir, Kahramanmaraş dolaylarında yoğun olduğu görülmüştür.

Abstract:
The main purpose of this study, Turkey 's creation of air pollution inventory, production and thus easy to understand maps that can be easily assess which areas of concentrated pollutants released to the atmosphere of the country.
Creating targeted for maps, which were performed in 2014, Istanbul Technical University, Institute of Natural Sciences, Environmental Sciences and Engineering Department, which was achieved in the Graduate Program thesis Turkey's energy and industry emissions and EMEP with the spatial distribution of the emissions from residential heating systems (European Monitoring and Assessment Program) in a way that allows them to be compared in terms of the spatial distributions of the emissions realized at the coordinates of my country.
If we look at the numerical values used, In 2014, electricity generation capacity is calculated by taking into consideration the thermal power plants using 10 megawatts of fossil fuel, petroleum refining, organic chemical industry, mineral industry, metallurgy industry, paper and cardboard industry, sugar industry, has been carried out in all of the existing provinces.
As a result of the calculations, the emission values for power generation facilities are 123.587.348 tons/year, 11.018 tons/year, 2.325.499 tons/year for uncontrolled pollutants for CO2, CO, SOx, NOx, NMVOC, TSP, PM10 and PM2.5 pollutants, 325.716 tons/year, 2.452 tons/year, 5.333.215 tons/year, 1.343.733 tons/year, and 201.795 tons/year; the emission values for industrial plants are again in the uncontrolled state of 55.124.263 tons/year, 790.861 tons/year, 42.737 tons/year, 28.609 tons/year, 220.055 tons/year, 5.834.130 tons/year, 3.300.394 tons/year, and 8.920 tons/year; year, 156,864 tons/year, 69,242 tons/year, 15,120 tons/year and 156,844 tons/year for CO2, SOx, CO, NOx, NMVOC and PM10 pollutants, respectively, in uncontrolled situations. ton/year ; Finally, the emission values from residential heating systems are 38.195.817 tons/year, 232.559 tons/year, 37.471 tons/year for uncontrolled cases for CO2, SOx, CO, NOx, NMVOC, TSP, PM10, PM2.5 and NH3 pollutants, respectively , 1,059,298 tons / year, 136,015 tons/year, 108,954 tons/year, 127,182 tons/year, 124,877 tons/year and 3,803 tons/year respectively.                                                                     
In this work of 2014, numerical data were obtained as a result of formulation based on emission factors.
EMEP transfers the data from the reports given by the countries where it has established headquarters to the grid systems it has created based on the coordinates. While 1x1 grade and 0.5x0.5 grade grid systems are being used to this day, 0.1x0.1 grade grid system which is increasing the resolution is started to use.
In the study, both the numerical results of the thesis based on the system and the maps processed by the EMEP were produced in all three grid systems. Based on the 0.1x0.1 grid system developed by EMEP, 0.5x0.5 degrees and 1x1 degree spatial distribution maps were created. ARCGIS was used in Geographical Information System (GIS) software for creating maps. In addition, Coordinates have been specified in Google Earth Pro, and data has been managed in Excell programs.
ARCGIS is a software in a layered structure, designed in four parts as Desktop, Mobile, Server and Online. ARCGIS Desktop is an integrated geographical information system software that enables mapping, geographical analysis, data update, data management and display operations with ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, ArcGlobe and Model Builder interfaces integrated in ArcInfo, ArcInfo, ArcView and ArcEditor.
EMEP 'in the website belonging to Turkey 0.1x0.1 degree grid system were obtained. In this system, within the boundaries of Turkey, 10x10 km2, processed condition, a literal coordinates determined cells. These cells, totaling 8608 units, can be opened with ARCGIS software and the fields to be used for data entry for these cells can be assigned via software.
In this study first, using Google Earth to determine cells to be processed emissions from residential heating system, the coordinates of each district individually determined 0.1x0.1 Turkey's grade was transferred to the grid system. Then, the SOx from the GIS software, NOx, CO, PM10, PM2.5 and NMVOC areas are defined, by each district incorporation into the area defined data for these emissions, Turkey's 10x10 km2 area in case specifically for each pollutant emission maps were created.
The parameters to be processed were determined as SOx, NOx, CO, PM10, PM2.5 and NMVOC in order to make a healthy comparison between EMEP and EDGAR emissions and thesis data. The EMEP internet site contains parameters such as NOx, NMVOC, SOx, NH3, PM2.5, PM10, Pmcoars, e CO, Cd, Hg, Pb, PCDD / PCDF, benzo (a), benzo , heating, industry, traffic, shipping, agriculture, etc. lists of the emissions of origin (for each coordinate of the grid cell) prepared for transfer to the 0.1x0.1 grid system have been published.
From this web page, lists of public power and industrial emission data belonging to SOx, NOx, CO, PM10, PM2.5 and NMVOC pollutants were obtained. However, there is no any data about heating emissions on EMEP, therefore  any comparison between
 these two data groups, EMEP and thesis, could not be possible. Only, emissions from public power and industry have been able to compared. On the other hand, since the data published by the EDGAR program includes the emission data of the heating source, it is possible to compare the data with the thesis data from all available sources.                                                    
New grid systems of 0.5x0.5 degree (50x50km2) and 1x1 degree (100x100km2) have been created on ArcFoolbox (Feature Class) interface based on a 0.1x0.1 grade grid in order to provide meaningful comparisons given by EMEP. are processed by collection of the subcellular data corresponding to the cells to which they belong.
In the examination made on the prepared maps, it is observed that a positive correlation could be identified between EDGAR and thesis data, but, clearly .there is no a totally compatible results, espacially by EMEP data.
 In addition, this study gave an opportunity to easily examine which pollutant concentrates in which region or regions on a visual basis, and the emissions are mostly found in the cities of Istanbul, İzmit, Kocaeli, Bursa, İzmir, Ankara, Adana, Konya, Kayseri, Gaziantep, Iskenderun, Zonguldak, Karabük, Samsun, Çanakkale, Balıkesir, Kütahya, Eskişehir  and Kahramanmaraş provinces.