Beşeri baskı altındaki akarsu metabolizmasının modellenmesi
Modelling of stream metabolism under human-induced disturbances
Yazar: MİRAC ERYİĞİT
Danışman: DOÇ. DR. NUSRET KARAKAYA
Abant İzzet Baysal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Sucul ekosistem = Aquatic ecosystem

Özet:
Bu çalışma ile Türkiye'de ilk defa diel oksijen tekniği kullanılarak akarsu metabolizma bileşenleri; brüt birincil üretim, net ekosistem üretimi ve komünite solunumu belirlenmiştir. Diel oksijen tekniği olarak Odum (1956) tarafından geliştirilen "İki-istasyon" yöntemi kullanılmıştır. Büyüksu Deresi'ne (Bolu, Türkiye) verilen kentsel atıksu arıtma tesisi deşarjlarının akarsu metabolizmasına olan etkisinin incelenmesi, akarsu metabolizma bileşenleri ile çevresel değişkenler (su sıcaklığı, bulanıklık, elektriksel iletkenlik, pH, biyokimyasal oksijen ihtiyacı, toplam azot, toplam fosfor, atmosferik basınç, hava sıcaklığı, bağıl nem vb.) arasındaki ilişkilerin irdelenmesi ve istatistiksel olarak modellenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, Ağustos 2015-Aralık 2016 tarihleri arasında 17 ay süreyle Bolu Kentsel Atıksu Arıtma Tesisi deşarj öncesi ve deşarj sonrası noktalarında ve Büyüksu Deresini besleyen Abant ve Mudurnu çaylarının başlangıç noktalarında metabolizma bileşenlerinin belirlenmesi için gerekli olan değişkenler (çözünmüş oksijen ve su sıcaklığı) ölçülmüştür. Doğallık derecesine göre ("Deşarj öncesi", "Deşarj sonrası", "Abant Çayı başlangıç noktası", "Mudurnu Çayı başlangıç noktası") akarsu metabolizma bileşenlerinin grup ortalamaları, tek yönlü varyans analizi uygulanarak karşılaştırılmıştır. Varyans analiz sonuçları, kentsel atıksu arıtma tesisi deşarjlarının akarsu metabolizmasını etkilediğini göstermiştir. Deşarjların ortalama komünite solunumunu arttırdığı (deşarj öncesi: -30.6 gr O2 m-2 gün-1, deşarj sonrası: -130.9 gr O2 m-2 gün-1), ortalama brüt birincil üretiminde ise istatistiksel olarak anlamlı derecede bir fark yaratmadığı (deşarj öncesi: 15.6 gr O2 m-2 gün-1, deşarj sonrası: 9.1 gr O2 m-2 gün-1) sonucuna varılmıştır. Çevresel değişkenler ile net ekosistem metabolizması ve komünite solunumu arasında oluşturulan çoklu doğrusal olmayan regresyon modellerinin validasyon tahmin sonuçları sırasıyla 74.9 % ve 66.6 % olarak bulunmuştur. Ayrıca, STELLA yazılım programı kullanılarak Abant Çayı başlangıç noktası için çözünmüş oksijen ve net ekosistem metabolizması tahmin edebilen süreç temelli bir model geliştirilmiş ve saha ölçüm değerlerine yakın validasyon sonuçları (Çözünmüş oksijen için MAE: 0.096 – 0.809 mg L-1, net metabolizma için MAE: 0.0009 – 0.0054 gr O2 m-2 dk-1) elde edilmiştir.

Abstract:
With this study, components of stream metabolism; gross primary production, net ecosystem production, and community respiration were estimated by using the diel oxygen technique for the first time in Turkey. "Two-station" method developed by Odum (1956), was used as the diel oxygen technique. This study aimed at investigating effects of discharges of the urban wastewater treatment plant on stream metabolism of Büyüksu Stream (Bolu, Turkey), examinating and statistically modelling the relationships between components of stream metabolism and environmental variables (water temperature, turbidity, specific conductivity, pH, biochemical oxygen demand, total nitrogen, total phosphorus, atmospheric pressure, air temperature, relative humidity, etc.). Within this scope, required variables (dissolved oxygen and water temperature) were measured in order to estimate metabolism components at the points of before and after discharges of Bolu Urban Wastewater Treatment Plants, and springs (headwaters) of Abant Creek and Mudurnu Creek feeding Büyüksu Stream for 17 months between August 2015 and December 2016. According to naturality gradient (Reach disturbance: "Before discharge", After discharge", "Spring of Abant Creek", Spring of Mudurnu Creek"), the group means of stream metabolism components were compared by performing one-way analysis of variance. Results of variance analysis showed that the discharges of the urban wastewater treatment plant influence the stream metabolism; increase the average community respiration (before discharge: -30.6 gr O2 m-2 day-1, after discharge: -130.9 gr O2 m-2 day-1), statistically make no significant difference on the average gross primary production (before discharge: 15.6 gr O2 m-2 day-1, after discharge: 9.1 gr O2 m-2 day-1). Validations of the multiple non-linear regression models between environmental variables and net ecosystem metabolism, and community respiration gave coefficients of determination of 74.9 % ve 66.6 %, respectively. Moreover, the process model estimating dissolved oxygen and net ecosystem metabolism was improved by using STELLA software for the spring of Abant Creek, and approximate validation results to the field measurement values (MAE for dissolved oxygen: 0.096 – 0.809 mg L-1, MAE for net metabolism: 0.0009 – 0.0054 gr O2 m-2 min-1) were obtained by the model.