Kırsal alanlarda hava kalitesi modellemesi üzerine araştırma (Çan-Bayramiç bölgesi örneği)
Research on air quality modeling for rural areas (Case study for Can-Bayramic zone)
Yazar: NESİMİ ÖZKURT
Danışman: PROF. DR. MEHMET KARPUZCU
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Emisyon = Emission ; Hava kirleticiler = Air pollutants ; Hava kirliliği = Air pollution ; Modelleme = Modelling

Özet:
Türkiye'de pek çok sanayileşmiş yerleşim bölgesine ait hava kalitesi izleme çalışmalarıyla birlikte, emisyon envanteri çalışmalarına temel oluşturması sebebiyle bazı kirleticiler için modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Kaynak çeşitliliğinin olduğu ve kirletici yüklerinin oldukça yoğun olduğu sanayi ile iç içe geçmiş yerleşim bölgelerinde hava kalitesi izleme çalışmaları, mevcut durumun saptanıp iyileştirilmesine yönelik çözümlerin geliştirilmesinde fayda sağlamaktadır. Bununla birlikte, henüz sanayi sektörünün yoğunluk taşımadığı ve düzensiz kentleşmenin de olmadığı ya da göreceli olarak yapılaşma oranının daha az olduğu bölgelerde, mevcut hava kalitesinin tespiti, geleceğe yönelik planlamalar için bir yönetim modelinin geliştirilmesi de çok önemlidir.Çan-Bayramiç bölgesinde yer alan kaynakların çevre hava kalitesine etkilerinin belirlenmesine yönelik bir hava kalitesi yönetim modeli, kaynak-alıcı etkileşimi çerçevesinde değerlendirilmiştir. Konumu itibariyle hassas bir alan olan çalışma alanında yer alan 18 Mart Çan Termik Santralı ile birlikte Çanakkale Seramik sanayi tesisleriyle Çan ve Bayramiç yerleşim yerlerinden açığa çıkan kirleticiler tespit edilmiş, emisyon yükleri hesaplanmış ve dağılımları modelleme çalışmasıyla belirlenmiştir. Kaynaklarda açığa çıkan kirleticilerden en etkin yüke sahip olmaları ve uzun yıllar süresince ekonomik izleme kriterleri gözetilerek (pasif difüzyon örnekleyicileriyle) kükürt dioksit (SO2) ve azot dioksit (NO2) gaz kirleticileri incelenmiştir.Söz konusu kirleticiler araştırma alanında on ayrı izleme istasyonunda aylık olarak üç yıl süresince ölçülmüştür. Ayrıca, çalışma alanında yer alan kirletici kaynaklardan aynı kirleticilerin emisyon yükleri hesaplanmıştır. Elde edilen tüm veriler analiz edilmiş ve değerlendirilmiştir.Modellemede uluslararası kabul görmüş CALMET ile Lagrangien kararsız hal kabarık duman (non steady state puff) dağılım modeli olan CALPUFF kullanılmıştır. SO2 ve NO2 gazları için, CALPUFF dağılım modeli ile uzun erişimli alanda seçilen alıcı ortam noktalarındaki aylık ve yıllık konsantrasyonlar belirlenmiştir.Çalışma alanında uygulanan modelin kalibrasyonu için istatistiksel parametrelerden fraksiyonel yanlılık (FB), normalize ortalama kareler hatası (NMSE), korelasyon katsayısı (r), Faktör 2 (FAC2) ve uyumluluk indeksi (d) birlikte kullanılmıştır. Modelin performansını test etmek için, aylık olarak 2006 (kalibrasyon), 2007 ve 2008 (doğrulama) yıllarına ait SO2 ve NO2 veri setleri (her iki parametre için ölçüm ve model sonuçları ayrı ayrı) arasındaki ilişki irdelenmiştir. Genel değerlendirme yapabilmek için yıllık tüm veri setleri dikkate alınarak model başarı değerlendirme sonuçları elde edilmiştir.İstatistiksel parametrelerle yapılan değerlendirme sonucu, Çan-Bayramiç bölgesinde ve kırsal alanda yapılan ölçümlerle model tahminlerinin örtüştüğü ortaya çıkarılmıştır. Genel model performansı irdelendiğinde, tüm istatistik parametreler için sonuçların kabul edilebilir değerlerde bulunduğu, başka bir ifadeyle modelleme çalışmasının başarılı olduğu tespit edilmiştir.Model-senaryo yaklaşımlarının Çan-Bayramiç bölgesi gibi kırsal alanlarda, özellikle ülke gündeminde olan Temiz Hava Eylem Planları ve Çevre Düzeni planlamaları kapsamında kullanılabileceği ve hava kalitesi yönetimi perspektifiyle dikkate alınmasının önemi ortaya koyulmuştur. Kırsal alanlarda kirletici emisyonları açısından mevcut durumun tespiti, incelenmesi ve modelleme metodolojisiyle, farklı durum senaryolarına göre yapılacak veri analizleri ve değerlendirmelerinin, endüstriyel ve kentsel planlamalar yapılırken karar verme sisteminin geliştirilmesine de fayda sağlayacağı sonucuna ulaşılmıştır.Sonuç olarak, hava kirliliği dağılımında kullanılan bir matematik modelin, herhangi bir bölgede hava kirliliğini istenilen seviyeye azaltmak, hava kalitesi standartlarının altında tutmak ve kontrol etmek için çeşitli alternatifler, senaryolar ve öneriler geliştirmek adına etkin şekilde kullanılabildiği görülmüştür.

Abstract:
The modeling is thought as a base for emission inventory studies. Therefore, for certain pollutants?, it is used together with air quality monitoring for many industrialized and residential areas in Turkey. Air quality monitoring is beneficial to determine existing situation and to develop air quality improving solutions for residential areas which are near industries and have high potential air pollution. However, it is also very important to develop a management model for rural or suburban areas which do not contain so dense industry and unplanned increase in constructional activities.Air quality management model had been evaluated according to source-receptor interaction, for determination impacts on air quality in Çan-Bayramiç zone Emission rates of air pollutants sourced from 18 Mart Çan Thermal Power Plant and Çanakkale Ceramic Plant together with residential areas (Çan and Bayramiç counties) were calculated and distribution over the area was defined by dispersion modeling. Sulphur Dioxide (SO2) and Nitrogen Dioxide (NO2) were investigated because both were the parameters which have highest emission rate among other pollutants in the zone and it is economical monitoring during long years (with passive diffusive sampler).SO2 and NO2 had been measured as monthly at ten monitoring stations during three years in the research area. Furthermore, the emission rates of these pollutants were calculated in the study area. All data gathered from these activities had been analyzed and evaluated.In the modeling study, CALMET, which is internationally approved and CALPUFF, which is a Lagrangien non steady state puff dispersion model were used. Monthly and yearly concentrations were calculated for SO2 and NO2 in the 50x35 km2 areas of 1x1 km2 grids by CALPUFF dispersion model.For calibration of applied model in study area, fractional bias (FB), normalized mean square error (NMSE), correlation coefficient (r), FAC2 and index of agreement (d) statistical tools were used. For testing model performance, relationship between the monthly data for NO2 and SO2 (for each pollutant measured and predicted results separately) of 2006 (calibration), 2007 and 2008 (verification) were evaluated, and then for overall model evaluation, all yearly data were used and performance results were completed.According to statistical evaluation, model predictions were agreed well with the measurement results in Çan-Bayramiç zone and rural areas. When the general performance of model were investigated, all results calculated for statistical parameters were found in criteria, in other words the modeling study was quite successful.The model-scenario approach in rural areas such as Can-Bayramic region, especially in our country is on our agenda can be used under the Clean Air Action Plans and Environmental Master planning and the importance of taking into account the perspective of air quality management has been revealed. The current situation in rural areas in terms of pollutant emissions detection, investigation and modeling methodology, data analysis and assessments made by different status scenarios, while industrial and urban planning in the decision-making system will benefit the development is concluded.In conclusion, a mathematical model in the dispersion of air pollution can be used in the name of a very useful way, to reduce to any desired level of air pollution in a region, to control air pollution with the various alternatives to keep under the limit of standartds, to develop scenarios and recommendations in air quality management studies.