Samsun Mert ırmağına QUAL2E su kalitesi model uygulaması

Bu tez çalışmasında, Karadeniz'e deşarj olan Samsun iline bağlı Mert ırmağı'nın su kalitesi açısından taşıdığı mevcut kirletici yükünü ve gelecekte karşılaşacağı kirletici değişimlerini belirleyebilmek için geliştirilmiş nehir su kalitesi (QUAL2E) modeli uygulaması amaçlanmıştır. QUAL2E su kalitesi model programım herhangi bir nehir sistemine uygulayabilmek için ilk adım nehri benzer hidrolik özellikleri taşıyan bölümlere ayırmaktır. Daha sonra her bölüm kendi içinde eşit uzunlukta hesaplanan elementlere ayrılır. Modelde hesaplanan elementler ise genel olarak ana kaynak elementi, standart element, üst bağlantı noktasından gelen element, bağlantı elementi, sistemdeki en son element, giriş elementi, su çekme elementidir. Mert Irmağı'na QUAL2E programı uygulamak için öncelikle nehrin 2.5 km uzunluğundaki kısmı 6 bölüme ayrılmıştır Bu kısım Mert Irmağında kurulan setin yukarısından başlar, Samsun- Çarşamba karayolu köprüsü deniz tarafında sona erer. Hesaplanan element sayısı 28'dir. Nehir için ; iki ana kaynak, üç adet noktasal kirlilik yükü tespit edilmiştir. Bu noktalar arasında nehre bağlanan tek dere Yılanlıdere olduğu için yan kollardan gelen bağlantı sayısı bir olarak alınmıştır. Samsun ilinin katı atıkları Yılanı derenin havzasına dökülmekte ve buradan gelen sızıntı suları ırmağa karışmaktadır. Yılanlıdere hem ana kaynak hem de taşıdığı noktasal yük olarak iki hesaplanan element içinde tanımlanmıştır. Diğer noktasal kaynaklar ise evsel atıksu deşarj mm olduğu nokta ile küçük sanayilerden kaynaklanan endüstriyel atıksu deşarj inin olduğu nokta olarak belirlenmiştir. Aynı zamanda tarımsal çalışmalara bağlı olarak noktasal olmayan yüklerin de olduğu modelde belirtilmiştir. QUAL2E, 15 su kalitesi parametresini modelleyebilme yetisine sahiptir. Su kalitesi değerlerini irdeleyebilmek için nehrin farklı noktalarından su örnekleri arınmıştır. Bu örneklerde 5 günlük biyokimyasal oksijen ihtiyacı ( BOI5), çözünmüş oksijen, nitrat azotu (NO3-N), amonyak azotu (NH3-N), toplam fosfor, orto - fosfat, sıcaklık ve pH parametreleri ölçülmüştür. QUAL2E modelinin herhangi bir nehir ortamına uygulanabilmesi için modelin öncelikle mevcut koşullara göre kalibrasyonu sağlanmalıdır. Bunun için kurak hava şartlarında ( Haziran 2002 ) yapılan ölçümlerin sonucu kullanılmıştır. Nehir boyunca Ç. O. derişimi ölçüm ve kalibrasyonda 8.0 - 8.3 mg / 1 civarında, BOI5 ise ölçüm ve kalibrasyonda 8-16 mg / 1 civarında belirlenmiştir. Noktasal yüklerin olduğu kısımlardaIV parametre değerlerinin diğer noktalara göre yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Nitrat azotu 0.40 - 1.00 mg / 1 arasında, amonyak azotu ise 0.22 - 0.45 mg / 1 arasında düşük değerlerde seyrederken, fosfor değerleri ise ortofosfat için 0.20 - 0.30 mg / 1 arasında, toplam fosfor 0.30 - 1.71 mg / 1 arasında olup yüksek derişimlere sahip olduğu belirlenmiştir. Aynı zamanda model ölçüm ve kalibrasyonlan arasında bağıl hata hesabı yapılmıştır. Kalibrasyon için modelde gerekli olan hidrolik karakteristikler, reaksiyon hız katsayıları ve sabitleri her bölüm için belirlenmiştir. Bu değerlerin bazılarında QUAL2E su kalitesi model programı tarafından verilmiş olan değerler, bazılarında ise Mert Irmağı'nda yapılan ölçüm çalışmaları sonucu bulunan değerler kullanılmıştır. Örneğin modelde kullanılan biyokimyasal oksijen ihtiyacı parçalanma hız sabiti laboratuar şartlarında hesap edilmiştir. Bunun için nehrin farklı noktalarından kompozit örnek alınmış ve 20 günlük biyokimyasal oksijen ihtiyacı ölçülmüştür. Biyokimyasal oksijen ihtiyacı parçalanma hız sabiti 0.042 gün' 1 olarak hesaplanmıştır. Atmosferden oksijen alım hız sabiti (k2) nehrin hız ve derinliğine bağlı olarak literatürde tanımlanan Churchill - arkadaşları ve Owens - arkadaşları tarafından geliştirilen denklemlerden modele hesaplatılmıştır. Kalibrasyon sonucunda bu değer bölümler için 1-24 gün' 1 arasında değişmektedir. Model kalibrasyonu sağlandıktan sonra, QUAL2E, Mert Irmağı için mevcut durum ve farklı senaryolar uygulanarak çalıştırılmıştır. Bu senaryolar, nehirde en iyi koşullar sağlandığı zaman karşılaşılabilecek durum ve en kötü koşullarda karşılaşabilecek durum olarak belirlenmiştir. En iyi durum olarak nehre verilen deşarj noktalarında %90'lık bir arıtım uygulaması ve su kalitesi parametrelerinin Çevre Mevzuatı Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği Kıta İçi Su Kaynaklan 1. Sınıf değerlere sahip olduğu kabul edilmiştir. En kötü durum olarak ise su kalitesi parametrelerinin Çevre Mevzuatı Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği Kıta İçi Su Kaynaklan 4. Sınıf değerleri ve noktasal olmayan kirletici yük miktarında yüksek değerler uygulanmıştır. Bu senaryolara göre Mert Irmağı'ndaki kirlilik derişimleri belirlenerek değerlendirilmiştir. Mert ırmağı QUAL2E su kalitesi modeli uygulamasıyla nehirdeki mevcut koşullar hesap edilmiş ve Karadeniz'e daha sonraki yıllarda taşıyacağı kirletici yük miktan farklı senaryo şartlannda değerlendirilmiştir. Böylece bu çalışma, Mert Irmağı ıslahı ve geliştirme çalışmalanna bir yol göstermektedir.