Yüzey sularında uzun süreli besi yüklerinin etkisinin belirlenmesi: Ergene Havzası örneği
Determination of the impact of long term nutrient loads on surface water: A case study of Ergene Basin
Yazar: GÖKÇEN BAYRAK YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. NÜKET SİVRİ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Doğal ve antropojenik kirleticilerin çeşitli yollarla ulaştığı yüzeysel su kaynakları, son otuz yıldır kirlilik düzeylerinin hızla artmasıyla sürdürülebilir yaşamın birincil konularından birisi haline gelmiştir. Dünyada kısıtlı su kaynaklarının hızla tüketildiği günümüzde, sorunlara çözümler aranırken kalitesi belirlenmiş su kaynaklarını etkileyen faktörlerin incelenmesi ve su kaynaklarının havzasıyla bütünsel olarak ele alınması gerektiği görülmüştür.Organizmaların en önemli hücresel bileşenlerinden olup sularda da sınırlayıcı etkisi olan azot ve fosforun, yüzey sularında ekosisteme etkilerinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu değerlendirme için havza ölçeğinde besi maddesi miktarının tahmin edilmesi, besi yüklerinin taşınımı ve tutulumu ile mekansal ve zamansal değişimlerinin ortaya konması gerekmektedir.Bu çalışmada, ülkemizde en fazla kirlenmiş akarsular arasında yer alan Ergene Nehri örneğinden yola çıkılarak, yüzey sularında uzun süreli besi (toplam azot ve toplam fosfor) yüklerinin ve etkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla; Ergene Havzası'nda 1985-2010 yılları arasında farklı zaman aralıklarına ait çevresel veriler Veri Madenciliği yardımı ile bütünleştirilmiş ve uzun süreli veriler ile bir veri tabanı oluşturulmuştur. Coğrafi Bilgi Sistemleri kullanılarak havzanın arazi kullanımı sayısallaştırılmış ve yayılı kaynaklardan gelen yüklerin tahmininde elde edilen arazi kullanım şekillerinin alansal değerleri kullanılmıştır. Üstel Fonksiyon Yöntemi ile nüfus öngörüleri yapılmış ve nüfusa bağlı yük değişimi hesaplanmıştır. Aktarım Katsayısı Modeli ile yayılı kaynaklardan gelen besi yükleri, Doğrudan Hesaplama Yöntemi ile mekansal ve zamansal olarak nehir suyundaki yük değişimi, Yapay Sinir Ağları yöntemi (İBGYSA) ile gelecekteki en yüksek debi ve besi yükleri tahmin edilmiştir. Elde edilen tüm veri ve tahminler sonucunda, Ergene Havzası'ndaki uzun süreli besi yüklerinin ekosisteme ve sosyo-ekonomik yapıya etkileri irdelenmiştir.Ergene Havzası'nda noktasal ve yayılı kirletici kaynaklardan gelen besi yükleri tahmininde TN (24000 ton/yıl) ve TP (2700 ton/yıl) yükleri için yayılı kaynakların %90 gibi büyük bir orana sahip olduğu görülmüştür. Noktasal kaynaklardan gelen besi yüklerinin büyük kısmının (%74 TN ve %93 TP) evsel atık sulardan kaynaklandığı; yayılı kaynaklardan gelen yük dağılımına bakıldığında ise kimyasal ve doğal (hayvansal) gübrelerin neredeyse toplam yükü oluşturduğu (%82 TN ve %92 TP) ortaya konmuştur.Ergene Nehri'nde uzun süreli besi yüklerinin zamansal ve mekansal değişimi mevsimlere göre incelendiğinde; TN ve TP için yaz mevsiminde yıllara göre artış olduğu, TN yükü için kış, ilkbahar ve sonbahar mevsimlerinde azalma, TP içinse dalgalanma olduğu belirlenmiştir. Tüm mevsimlerde en yüksek değerler TN için Uzunköprü ve TP için Alpullu ve Uzunköprü istasyonlarında görülmektedir.Ergene Havzası yüzey sularındaki besi yüklerinin etkileri hem ekolojik ve hem de sosyo-ekonomik açıdan değerlendirildiğinde, su kaynaklarının kullanım amaçlarının değiştiği, yüzey sularında bozulan ekolojik denge ile tarımsal ve sucul üretimin de olumsuz etkilendiği tespit edilmiştir. Havzada ekolojik yaptırımların sosyo-ekonomik yaptırımlardan daha öncelikli olması gerektiği belirlenmiştir.

Abstract:
Surface water sources, which natural and anthropogenic pollutants reaches in various ways, with rapidly increasing levels of pollution, has become one of the primary issues of sustainable life in the last thirty years. Nowadays, that limited waters sources in the world are consumed rapidly, while searching for solutions to problems, it has been seen that examining the factors affecting identified quality water sources and addressing water sources with its basin holistically are required.The most important cellular components of organisms and with the limiting effect in water, nitrogen and phosphorus?s effects to the ecosystem at surface water should be determined. For this assessment, estimating the amount of nutrient for the basin scale, and presenting the transportation and retention of nutrient load with the spatial and temporal variations should be placed.In this study, on the basis of the sample of Ergene River, which takes part in the most polluted rivers in our country, it is aimed to determine the long term nutrient (total nitrogen and total phosphorus) loads at surface water and the effects of the nutrient loads. For this purpose, in Ergene Basin, environmental data from different time intervals between 1985-2010 years has been integrated with the help of Data Mining and with long term data, a database has been created. Using Geographic Information System, land use of the basin has been digitized and the spatial values of patterns of land use which is used to estimate the load from diffuse sources has been used. By using Exponential Function Method, population predictions have been made and the assumption of load change connected to population has been calculated. By using Export Coefficient Model, nutrient loads from diffuse sources and with Direct Calculation Method spatial and temporal change of the load and by the method of Artificial Neural Networks (FFBPNN), the highest flow rate and nutrient loads have been estimated for future. As a result of all data and estimations, the effects of the long term nutrient loads in Ergene Basin to ecosystem and socio-economic structure have been discussed.In estimation of nutrient loads from point and diffuse sources of pollutants in Ergene Basin, for the loads TN (24000 tons/year) and TP (2700 tons/year) it has been seen that diffuse sources have a large share, such as 90%. Large portion of the nutrient loads from point sources (74% TN and 93% TP) are due to domestic wastewater, and when the distribution of the load from diffuse sources, chemical and natural (animal) fertilizers generates almost the total load (82% TN and 92% TP) has been out.When the temporal and spatial change in long term nutrient loads in Ergene River are analyzed according to the seasons, for TN and TP increase over the years in the summer season, for TN load reduction in the winter, spring and fall seasons, and for TP fluctuation has been identified. The highest values in all seasons are seen in Uzunköprü for TN and Alpullu and Uzunköprü stations for TP.When the effects of nutrient loads at surface waters in Ergene Basin are considered both ecologically and socio-economically, it has been identified that intended use of water sources was changed, agricultural and aquatic production was negatively affected by deteriorated ecological balance at surface water. It has been determined that ecological sanctions at Basin should have the precedence over the socio-economic sanctions.