Eğirdir Gölü hidrodinamik ve su kalitesinin delft3D modeli ile modellenmesi
Hydrodynamic and water quality modelling of the lake Eğirdir with deft3d model
Yazar: MELTEM KAÇIKOÇ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MEHMET BEYHAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, Eğirdir Gölü?nün mevcut hidrodinamik ve su kalite durumunun belirlenmesi, dinamik su kalite model aracı yardımı ile model kalibrasyonlarının ve doğrulamalarının gerçekleştirilmesi ve bu sayede havzadaki mevcut noktasal ve yayılı kirlilik yüklerinin Eğirdir Gölü su kalitesi üzerindeki etki sırasının belirlenmesi amaçlanmaktadır. Tez çalışması kapsamında, 1 Aralık 2010 ? 1 Kasım 2011 tarihleri arasında, göl içi 7 farklı örnekleme noktasında, derelerde ve kanalda, pH, sıcaklık, çözünmüş oksijen (ÇO), azot formları, fosfor formları ve klorofil-a (Chl-a) parametreleri aylık olarak, toplam organik karbon parametresi ise mevsimlik olarak izlenmiştir. İzlenen parametrelerin alansal ve zamansal değişimleri değerlendirilmiştir. Havzadaki noktasal ve yayılı kirlilik yükleri hesaplanmıştır. Toplam azot toplam fosfor oranları(TN/TP) hesaplanarak, göldeki sınırlayıcı element belirlenmiştir. Ayrıca trofik seviye indeksi (TSI) değerleri hesaplanarak, gölün trofik durumu saptanmıştır. Çalışmada Eğirdir Gölü?nün su bütçesi hesaplaması da gerçekleştirilmiştir. Bu hesaplama sonucunda dengede oluşan hatalar ve bu hataların sebepleri yorumlanmıştır. Daha sonra, hidrodinamik su kalite modeli kullanılarak, Eğirdir Gölü Havzası?ndaki yayılıve noktasal kirlilik kaynaklarının modele entegrasyonu yapılmış, model kalibrasyonları, doğrulamaları gerçekleştirilmiş ve senaryolar geliştirilmiştir. Geliştirilen senaryolar aracılığı ile havzadaki mevcut noktasal ve yayılı kirlilik kaynaklarının Eğirdir Gölü su kalitesi üzerindeki etki sıralaması ortaya konulmuştur. Tez çalışmasında, bilgisayar destekli modelleme aracı olarak ?WL/Delft Hydraulics? bağımsız araştırma enstitüsü tarafından geliştirilen Delft3D modüler modelleme sisteminin 3.28.10 sürümü kullanılmıştır. Delft3D-FLOW (hidrodinamik modül) ve Delft3D-WAQ (su kalite modülü) modüllerinin bir arada kullanılması ile Eğirdir Gölü için, dinamik su kalite modelleme çalışması gerçekleştirilmiştir. Ölçüm parametrelerinin değerlendirilmesi sonucunda, Yüzeysel Su Kalitesi Yönetimi Yönetmeliği, Ek-5 Tablo-5?de ?Kıtaiçi Yüzeysel Su Kaynaklarının Sınıflarına Göre Kalite Kriterleri?ne göre göl suyunun azot formları için 1. sınıf ve toplam fosfor için 2. sınıf suların özelliklerini gösterdiği belirlenmiştir. Ancak Tablo-10?da ?Göl, Gölet ve Baraj Göllerinde Trofik Sınıflandırma Sistemi Sınır Değerleri?ne göre toplam azot ve toplam fosfor parametreleri açısından ötrofikasyon kontrolü sınır değerlerinin aşıldığı görülmüştür. Gölün genel ortalama TSI değerine ivgöre Eğirdir Gölü ötrofik seviyede bulunmuştur. Eğirdir Gölü?nü ötrofik seviyeye taşıyan parametre toplam fosfor parametresidir. Gölde ölçülen klorofil-a değerlerinin beklenenden düşük olmasının, göldeki makrofit büyümesinden kaynaklandığıanlaşılmıştır. Eğirdir Gölü için hesaplanan TN/TP oranlarının yıllık ortalamasına göre, gölde birincil üretimin fosfor tarafından sınırlandığı sonucu elde edilmiştir. Ancak göl genelinde TN/TP oranlarının düşük değerlerde olması dikkat çekicidir. Eğirdir Gölü?nde sedimentin fosfor açısından, önemli bir içsel kaynak olabileceği düşüncesi ortaya çıkmıştır.Su bütçesi hesaplamaları sonucunda, Eğirdir Gölü için, yeraltısuyunun bir rezervuar görevi yaptığı kanısına varılmıştır. Hidrodinamik model çalışmaları sonuçlarına göre, hızların göle giren/çıkan debilerden lokal etkiler dışında etkilenmediği gözlenmişolup, yıl boyunca etkili olan rüzgarın göl yüzeyinde yer yer türbülanslar oluşturduğu ve gölde karışım sağladığı gözlenmiştir. Buna ek olarak, derelerden gelen debilerin göl suyu sıcaklığı üzerinde önemli bir etkisi bulunmadığı ve Eğirdir Gölü su sıcaklığının meteorolojik koşullara bağlı olarak değişim gösterdiği anlaşılmıştır. Su kalite model çalışmaları sonucunda, yıl boyunca hakim rüzgarın etkisi ile sürekli karışım halinde olan gölde, hidromorfolojik yapının, nütrient (azot ve fosfor) dinamikleri üzerinde etkisinin olduğu saptanmıştır. Tarım alanlarından gelen yayılıkirlilik yüklerinin arttırılmasının veya azaltılmasının nütrient yükleri üzerindeki etkisinin en fazla olduğu sonucu elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Eğirdir Gölü, su kalitesi, hidrodinamik modelleme, su kalite modelleme, Delft3D, yayılı kirlilik, noktasal kirlilik. 2013, 174 sayfa

Abstract:
In this study, it is aimed to determine the current hydrodynamic and water quality situation, realize model calibration and verification through dynamic water quality modeling tool and to determine impact order of current point and diffuse pollution loads in the basin on the water quality of the Lake Eğirdir. Under the scope of the study, pH, temperature, dissolved oxygen, nitrogen and phosphorus forms and chlorophyll-a (Chl-a) parameters as well as total organic carbon parameters have been monitored monthly and seasonally respectively in 7 different sampling points, in streams and channels in the lake between 1 December 2010 and 1 November 2011. Spatial and temporal changes of the parameters monitored have been evaluated. Point and diffuse pollution loads in the basin have been calculated. Total nitrogen and total phosphorus ratios (TN/TP) have been calculated and limiting elements in the lake have been determined. Furthermore trophic level index (TSI) values have been calculated so that trophic status of the lake has been set forth. In the research, water budget calculation of Lake Eğirdir has also been carried out. As a result of this calculation, the errors occurring in the balance and reasons of these errors have been interpreted. Afterwards, through the use of hydrodynamic water quality model, diffuse and point pollution sources in Lake Eğirdir basin has been integrated to the model; model calibrations and validations have been carried out and scenarios have been developed. Impact order of current point and diffuse pollution sources in the basin on the water quality of the lake has been determined through the scenarios developed. The 3.28.10 version of Delft3D modular modeling system developed by ?WL/Delft Hydraulics? independent research institution has been used as computer aided modeling tool in the thesis. Dynamic water quality modeling for the Lake Eğirdir has been realized through the use of Delft3D-FLOW (hydrodynamic module) and Delft3D-WAQ (water quality module) modules together. At the end of the assessment of measured water quality parameters, it has been determined that the lake water displays the characteristics of Class 1 waters for nitrogen forms and Class 2 waters for total phosphorus according to ?Quality Criteria as per Intra-continental Surface Water Resource Classes? stipulated in Surface Water Quality Management Regulation, Appendix 5 Table 5. However, in Table 10, it has been observed that eutrophication control limit values have been exceeded in terms viof total nitrogen and total phosphorus parameters according to ?Trophic Classification System Limit Values in Lake, Pond and Dam Lake? in Table 10. According to TSI value of general average of the lakes, it is determined that Lake Eğirdir is at eutrophic level. The parameter that shows Lake Eğirdir in eutrophic level is total phosphorus. It has been understood that the fact that the chlorophyll-a values measured in the lake is lower than the expected emerges from macrophyte growth in the lake. It has been concluded that primary production in the lake is limited by phosphorus according to annual average of TN/TP ratios calculated for Lake Eğirdir. However, it is interesting that TN/TP ratios are at low values in the lake. It is considered that sediment in Lake Eğirdir may be a significant internal resource in terms of phosphorus. It has been concluded at the end of water budget studies that groundwater acts like a reservoir for Lake Eğirdir. According to the results of hydrodynamic model studies, it has been observed that the velocities are not affected except for local impacts by inflows and outflows in the lake; it has also been noted that the wind effect throughout the year creates turbulences on the lake surface, thus leading to mixture in the lake. Additionally, flows from streams do not have any significant impact on the water temperature of Lake Eğirdir and temperature changes are depending on meteorological conditions. At the end of water quality model studies, it has been determined that hydromorphological structure has an influence on nutrient dynamics in the lake where there is always a mixture due to the wind blowing throughout the year. It has also been noted concluded that increase or decrease in diffuse pollution loads emerging in agricultural areas has the biggest impact on nutrient loads. Keywords: Lake Eğirdir, water quality, hydrodynamic modeling, water quality modeling, Delft3D, diffuse pollution, point pollution. 2013, 174 pages