Havzadaki su kalitesi, kirletici kaynaklar, korunan alanlar ve içme suyu kaynakları göz önüne alınarak ülkemiz coğrafyasındaki 25 adet hidrolojik havza puanlandırılmıştır. Göllerde ve Baraj Göllerinde Özümleme Kapasitesinin Belirlenmesi Yöntemi TÜBİTAK MAM Çevre ve Temiz Üretim Enstitüsü Ankara 15 Mart 2016 TÜRKİYE’DE HAVZA BAZINDA HASSAS ALANLARIN VE SU KALİTESİ HEDEFLERİNİN BELİRLENMESİ PROJESİ

Projenin Amacı Türkiye’deki 25 su havzasında bulunan yüzeysel sularda ve yeraltı sularındaki su kirliliği açısından hassas su alanlarının belirlenmesi, bu alanları etkileyen hassas bölgelerin tespiti, nitrata hassas bölgelerin güncellenmesi ve su kalitesi hedefleri ile su kalitesinin iyileştirilmesi için alınacak tedbirlerin belirlenmesidir.

Proje Kapsamı 1 Yüzey sularında su kütlelerinin ve tipolojilerinin belirlenmesi 2 Baskı ve etkilerin belirlenmesi, kirlilik yüklerinin belirlenmesi 3 Potansiyel Hassas Alanların belirlenmesi (modelleme, baskı etkiler, mevcut izleme verileri, uzman görüşü) 4 Potansiyel Hassas Alanlarda izleme (ÇO, pH, T, TN, TP, TOK, PO 4, NO 3, NH 4, seki disk, klorofil-a, AKM, biyolojik parametreler) 5 Nihai Hassas Alanların belirlenmesi 6 Hassas su kütleleri için referans su kütlelerinin ve su kalitesi hedeflerinin belirlenmesi 7 4 Bölgeden seçilen toplam 10 Hassas su kütlesi için modelleme çalışması yapılması, senaryoların üretilmesi, AAT planlamalarının yapılması 8 Potansiyel hassas olarak belirlenmiş göl ve baraj göllerinde literatürdeki ampirik ifadeler ile sınırlayıcı besin elementi açısından özümleme kapasitelerinin belirlenmesi 9 Tebliğde belirlenmiş olan kıyı hassas alanlarının revize edilmesi 10 Mevzuat altyapısının hazırlanması, Rehber doküman hazırlanması, Önlemler programı/Eylem planı hazırlanması, Bakanlık su kalitesi veri tabanına yapılan çalışmaların entegrasyonu

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ Özümleme Kapasitesi, su kütlesinin kirlenmemiş durumuna dönmek için bütün kirleticileri, su ortamındaki canlılara veya suyu tüketen insanlara zarar vermeden alma kapasitesi olarak tanımlanmıştır (YSKY, 2012).

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI Carlson İndeksine göre Potansiyel Hassas Alan (PHA) olarak değerlendirilen göl ve baraj su kütlelerinin hassas olup olmama durumunu belirlemek için ampirik formüllerin kullanılması uygun bulunmuştur. Proje kapsamında ele alınan göl, gölet ve barajların özümleme kapasitelerinin hesaplanması için farklı yaklaşımlar araştırılmıştır. Ele alınan yaklaşımların başlıcaları arasında Jones & Bachmann (1976), Vollenweider (1976), Chapra (1977), Schindler et al. (1978), Canfield & Bachmann (1981) bulunmaktadır. Bu yaklaşımlardan Jones ve Lee kullandığı (Use of Vollenweider-OECD Modeling to Evaluate Aquatic Ecosystem Functioning, 1988) Vollenweider yaklaşım yöntemi diğerleri ile karşılaştırıldığında, derinlik ve yüzey alanı kriterlerini ele alması nedeniyle görece daha avantajlı durumda olduğu düşünülmektedir. Bu nedenle fosfor parametresi üzerinden özümleme kapasitesi hesabında Vollenweider yöntemi tercih edilmiştir. Bu kapsamda, Vollenweider Yöntemi kullanılarak besin elementi yükleri ile birincil üretimin ilişkisi hesaplanmıştır. Yöntemde göl su kütlelerinin su toplama havzasından gelen yüklerden TP yükü ile klorofil-a parametresi ilişkilendirilmiştir.

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI Besin Elementi Yükleri ile Birincil Üretimin İlişkisi Vollenweider, OECD yöntemini geliştirirken 5 yıl boyunca Batı Avrupa, Kuzey Amerika, Japonya ve Avusturalya’da, toplam 18 ülkede 20 farklı göl su tipinde ve 200 den fazla göl su kütlesinde fosfor yükü ve buna ekosistemin cevabı üzerine incelemeler yapmıştır. Bu çalışmanın sonucu olarak bir gölün yüzeyine düşen yıllık alansal fosfor yükünü (Lp), ortalama derinlik (Z) ve Hidrolik bekleme süresi (Tw) ile normalize eden bir istatistiksel bağıntı geliştirmiştir. Geliştirilen bu bağıntı tüm dünyada 750 den fazla su kütlesi için genişletilmiş ve Fosfor ve Klorofil a arasındaki ilişkiyi gösteren bir abak geliştirilmiştir.

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI L(P) = Göl su kütlesine drene olan alandaki yıllık toplam fosfor yükü (mg P/m 2 /yıl) qs = ortalama derinliğin (m), hidrolik bekletme süresine bölünmesi (yıl), ile elde edilen değer Tw = hidrolik bekletme süresi (yıl) Normalize edilmiş TP yükü (mg P/m 3 ) = (L(P)/qs)/(1+√Tw)

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI Klorofil-a parametresi ile Normalize P yükünün ilişkilendirilmesi (Jones ve Lee, 1986)

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI Bu yöntem kullanılırken bilinmesi gereken en önemli parametrelerden birisi olan hidrolik bekleme süreleri DSİ Genel Müdürlüğünden temin edilen Akım Gözlem İstasyonları (AGİ)’ndan temin edilen verilerden uzun yıllar aylık ortalamalar kullanılarak hesaplanmıştır. Barajların ve göllerin AGİ çıkış değerleri, çıkış değeri bulunmayan su kütlelerinde ise toplam giriş AGİ değerleri kullanılarak yıllık akım belirlenmiş, bu miktar ise su kütlesinin hacmine oranlanarak hidrolik bekleme süreleri hesaplanmıştır. Hiçbir AGİ değeri bulunmayan göl ya da baraj su kütlelerinin hidrolik bekleme süresi hesabı için gereken toplam akım değerleri ise, literatürde yüzeysel akış hesabı için kullanılan yöntemler arasından “Rasyonel Yöntem” in uygulanmasıyla hesaplanmıştır. Rasyonel yöntem, yüzeysel akış hesaplamalarında kullanılan en eski yöntemlerden birisidir. Akademik olarak fazla detaylı veriye ihtiyaç duymadığı için eleştirilse de yine bu niteliği nedeniyle günümüzde mühendislik hesaplarında halen yaygın biçimde uygulanmaktadır.

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI RASYONEL YÖNTEM Hesaplanan debiler her bir havzada 10 yılda bir meydana gelebilecek pik debi değerleri olup, bu değerlerden yıllık toplam yüzeysel akış değerine geçilmiştir. Göl ve baraj hacimleri ise hesaplanan yıllık yüzeysel akış değerlerine bölünerek her bir su kütlesi için Vollenweider yöntemi için gerekli olan hidrolik bekleme süresi (Tw) değeri hesaplanmıştır. Rasyonel yöntem uygulamasında varsayımlar: Yağış bütün drenaj alanına üniform olarak dağılmış ve zaman içerisinde sabit, Hesaplanan pik debi istatistiksel olarak kullanılan yağış şiddeti (I) ile aynı yineleme periyoduna sahiptir Yüzeysel akış katsayısı (c) bütün yağış esnasında sabit, Uygulamada göz ardı edilmemesi gereken uyarılar ise: Drenaj alanı küçüldükçe sonuçların doğruluğu artmaktadır. Rasyonel yöntem birim hidrograftaki yalnızca bir pik noktaya işaret eder. Rasyonel yöntemde kullanılan eşitlik: Q: Maksimum yüzeysel akış (pik debi) (m 3 /s) c: yüzeysel akış katsayısı (arazi örtüsü/kullanımına bağlı katsayı) i: 10 yıllık yinelenmeye göre suyun toplanma zamanına (Tc) eşdeğer sürede yağan yağışın şiddeti A: Havza alanı (ha) Prof. Dr. Orhan Doğan Ders notları

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI

RASYONEL YÖNTEM c: yüzeysel akış katsayısı (arazi örtüsü/kullanımına bağlı katsayı) Yüzeysel akış katsayıları, arazi örtüsü veya kullanımına göre suyu sızdırabilirliği arttıkça azalır. Değeri 0-1 arasındadır. Üzeri bitki örtülü toprak yüzeyler için katsayı 0'a yaklaşırken, yerleşim ve ticari faaliyetler nedeniyle sızdırmaz yüzeyler arttıkça 1'e yaklaşır. Havza içerisinde karışık arazi kullanım tipleri bulunması durumunda, arazi kullanımına göre hesaplanan yüzeysel akış katsayıları ağırlıklı ortalama yöntemiyle hesaplanır. Proje kapsamında tüm havzalarda bu durum söz konusu olduğundan, ağırlıklı yüzeysel akış katsayıları aşağıdaki formülasyona göre belirlenmiştir. C W = Ağırlıklı yüzeysel akış katsayısı C j = j alanı için yüzeysel akış katsayısı A j = Yüzey alanı (m 2 ) n = Arazi kullanım tipi sayısı

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI Arazi Örtüsü veya KullanımıYüzeysel Akış Katsayısı, c Çimen (bahçe)0,05 – 0,35 Orman0,05 – 0,25 Ekilebilir alan0,08 – 0,41 Çayır0,1 – 0,5 Parklar, mezarlıklar0,1 – 0,25 Gelişmemiş alanlar0,1 – 0,3 Mera0,12 – 0,62 Yerleşim alanları0,3 – 0,75 Ticari alanlar0,5 – 0,95 Endüstriyel alanlar0,5 – 0,9 Asfalt yollar0,7 – 0,95 Döşeme yollar0,7 – 0,85 Çatılar0,75 – 0,95 Beton yollar0,7 – 0,95 Arazi tipine göre yüzeysel akış katsayıları, c C W = Ağırlıklı yüzeysel akış katsayısı C j = j alanı için yüzeysel akış katsayısı A j = Yüzey alanı (m 2 ) n = Arazi kullanım tipi sayısı

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI Atikhisar ve Bakacak Baraj Gölleri İçin Örnek Su KütlesiCode2006Alan (ha)C katsayısıCiAiCiAi MAG_018Bitki değişim alanları (324)6780, ,42712,11819 MAG_018Doğal bitki örtüsü ile bilikte bulunan tarım alanları (243)3718, ,31115, MAG_018Doğal çayırlıklar (321)3071, ,3921, MAG_018Geniş yapraklı ormanlar (311)2985,963420,1298, MAG_018İğne yapraklı ormanlar (312)7157, ,12858, MAG_018Karışık ormanlar (313)8683, ,1868, MAG_018Seyrek bitki alanları (333)49, ,419, MAG_018Su kütleleri (512)297, ,0010, MAG_018Sulanmayan ekilebilir alan (2111)172, ,4577, MAG_018Sulanmayan karışık tarım (2421)143, ,457, MAG_020Bitki değişim alanları (324)3623, ,41449, MAG_020Doğal bitki örtüsü ile bilikte bulunan tarım alanları (243)3449, ,31034, MAG_020Doğal çayırlıklar (321)1104, ,3331, MAG_020Geniş yapraklı ormanlar (311)6709, ,1670, MAG_020İğne yapraklı ormanlar (312)565, ,1267, MAG_020Karışık ormanlar (313)3362, ,1336, MAG_020Kesikli kırsal (1122)199, ,4589, MAG_020Su kütleleri (512)506, ,0010, MAG_020Sulanmayan ekilebilir alan (2111)5806, ,452612, MAG_020Sulanmayan karışık tarım (2421)87, ,434,

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI i: 10 yıllık yinelenmeye göre suyun toplanma zamanına (Tc) eşdeğer sürede yağan yağışın şiddeti Suyun toplanma zamanı (Tc), yağış ile toprakların doygun halde olması ve arazideki küçük çöküntülerin su ile dolmalarından sonra, havzanın en üst noktasına düşen yağışın, çıkış noktasına gelinceye kadar geçen zamandır. Havza mecra eğimi, bitki örtü durumu ve diğer hidrolojik şartlara göre değişir. Tc = × K 0.77 K = L/ √S L: havzadaki en uzun akım uzunluğu (m) S: akım boyunca eğim (%) Hesap yapılan her bir havza için CBS kullanılarak ana akım'ın uzunluğu (L) ve akım boyunca eğim (S) değerleri hesaplatılarak Tc değerleri hesaplanmıştır. Tc değeri hesaplanan havzaya en yakın meteoroloji istasyonu için 10 yıl yinelemeli 1 saat süreli yağış şiddeti (mm/sa) değeri seçilmiştir. Daha sonra Tc değerine göre düzeltme katsayısı uygulanmıştır.

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI İstasyon Adı Yağış Şiddeti (mm/sa) İstasyon Adı Yağış Şiddeti (mm/sa) İstasyon Adı Yağış Şiddeti (mm/sa) İzmir33,5Kemalpaşa29,7Manisa41,8 Muğla56,7Aydın23,0Denizli32,0 Mersin38,5Adana36,0Hatay65,0 Dörtyol58,0Gaziantep30,0Islahiye19,9 Florya25,0Sarıyer34,0Çorlu50,0 Edirne36,4Ankara30,0Bolu17,2 Zonguldak68,0Niğde32,2Kastamonu40,0 İnebolu46,0Çankırı25,0Çorum35,0 Antalya60,0Isparta32,4Konya13,0 Diyarbakır22,0Şanlıurfa28,6Ceylanpınar19,5 Siirt23,0Kayseri23,0Kırşehir21,5 Yozgat16,0Erzurum21,4Erzincan25,0 Malatya22,5Elazığ28,5Samsun40,0 Samsun40,0Merzifon25,4Van23,0 Sivas21,5Trabzon36,0Rize70,0 Eskişehir33,4Afyon30,3Kütahya29,5 Uşak26,5Bilecik22,7Bursa28,5 Balıkesir33,5Bandırma50,0Çanakkale52,0 Kocaeli38,0 10 yıl yinelemeli 1 saat süreli yağış şiddeti (mm/sa) Süre (dakika)Düzeltme Katsayısı 50,29 100,45 150,57 200,66 300,79 400,88 500,95 601,00 Tc değerlerine karşılık gelen düzeltme katsayıları Prof. Dr. Orhan Doğan'ın ders notları

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI RASYONEL YÖNTEM Su KütlesiToplam CiAiToplam ALAN_Ha Ağırlıklı ortalama C HavzaL (m)S (%)Tc (dakika)i (mm/sa)Q (m3/s) ARG_003255, , , ,6227,189225, ,917181, ARG_ , , , ,051, , ,806794,254597

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI Vollenweider yöntemi kullanılarak her bir su kütlesi için hesaplanan Normalize P değerlerine karşılık gelen Klorofil-a değerleri, şekilde verilen abak kullanılarak bulunabilir. Hesaplanmış olan normalize P değerleri su kütlesi için mevcut durumu ifade eder. Her bir su kütlesi bazında belirlenecek trofik sınır değere göre hesaplanacak normalize P ve L(p) değerleri ise su kütlesinin özümleme kapasitesini ifade eder. (Jones ve Lee, 1986) Normalize edilmiş TP yükü (mg P/m 3 ) = (L(P)/qs)/(1+√Tw) L(P) = Göl su kütlesine drene olan alandaki yıllık toplam fosfor yükü (mg P/m 2 /yıl) qs = ortalama derinliğin (m), hidrolik bekletme süresine bölünmesi (yıl), ile elde edilen değer Tw = hidrolik bekletme süresi (yıl)

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI NPChl-a 10,5 20,8 31,2 41,5 51,6 61, ,2 92,5 102,6 153,5 204, ,

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI Yerüstü Su Kalitesi Yönetmeliği, Ek-6, “Tablo 9’da (Tablo 9: Göl, Gölet ve Baraj Göllerinde Trofik Sınıflandırma Sistemi Sınır Değerleri) “klorofil-a” parametresi için su kalite hedefleri doğrultusunda doğal göllerde mezotrofik trofik seviye için üst sınır olan 9 μg/L değeri, baraj ve göletlerde ise zayıf ötrofik üst sınır değeri olan 15 μg/L olarak belirlenmiştir.

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI SONUÇLAR Kabul edilen klorofil a sınır değerine karşılık gelen, normalize edilmiş TP yükü grafik üzerinde belirlenmiştir. Belirlenen normalize TP yüküne karşılık gelen L(P) fosfor yükü hesaplanmış ve özümleme kapasitesi olarak kabul edilmiştir. Havza Adı Su Kutle No Kütle Adı Su Kütlesi Tipi Chl-a (Nisan- Temmuz-Eylül Ort, μg/L) NP Np'ye göre LP (mg P/m2) Np' ye göre P yükü, ton/yıl (Özümleme Kapasitesi) Np=55'e göre P yükü, ton/yıl (Özümleme Kapasitesi) Np=90'a göre P yükü, ton/yıl (Özümleme Kapasitesi) Antalya HavzasıANG_004Sücüllü BarajıBaraj11,270, , Antalya HavzasıANG_015Uluborlu BarajıBaraj2,17,5358,0158 Aras HavzasıARG_003Deniz GölüGöl3,314,01.576,62610 Aras HavzasıARG_008Misk GölüGöl Aras HavzasıARG_012Şeyhli GölüGöl Aras HavzasıARG_019 Demirdöven- Sürbehan Barajı Baraj16,5105, , Batı Akdeniz HavzasıBAG_003Çavdır BarajıBaraj3,917, , Batı Akdeniz HavzasıBAG_007Finike Alakır BarajıBaraj1,54,0185, Batı Akdeniz HavzasıBAG_010Yazır GölüGöl45,3480, , Batı Akdeniz HavzasıBAG_016Belkaya BarajıBaraj1,33,5811, Batı Karadeniz Havzası BKG_004Beyler BarajıBaraj4,118, , Batı Karadeniz Havzası BKG_013Eften GölüGöl34,9330,01.758,1923 Batı Karadeniz Havzası BKG_014Abant GölüGöl2,811,0329,70,459 Burdur HavzasıBUG_009Karamanlı BarajıBaraj3,515,01.380, Büyük Menderes Havzası BMG_002Azap GölüGöl164,11.000, , Büyük Menderes Havzası BMG_047Bayır BarajıBaraj1,96,51.122,7158 Ceyhan HavzasıCEG_007Azapli GölüGöl26,5230, , Ceyhan HavzasıCEG_008Inekli GölüGöl28,0250, , Ceyhan HavzasıCEG_014Kesiksuyu BarajıBaraj4,723, , Ceyhan HavzasıCEG_015Kozan BarajıBaraj3,211,01.130,473761

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI ÖRNEK UYGULAMA Marmara Havzası’nda bulunan Bakacak Baraj Gölünün (MAG_020) alanı ha, maksimum derinliği 48 m, göl hacmi 139,8 hm 3 ve debi değeri 2,03 m 3 /sn’dir (DSİ verileri).  Proje kapsamında baraj gölleri için Chl-a değeri, zayıf ötrofik üst sınır değeri olan 15 μg/L olarak belirlenmiştir. Buna göre ilgili abak kullanılarak bulunan Normalize Edilmiş fosfor yükü 90 mg P/m 3 ‘dir. Normalize edilmiş TP yükü (mg P/m 3 ) = (L(P)/qs)/(1+√Tw) Tw = (Göl hacmi, m 3 /Debi, m 3 /yıl) = 2,18 yıl qs = (Derinlik, m / Alıkonma zamanı, yıl) = 21,98 m/yıl Normalize edilmiş TP Yükü, 90 mg/m3 L(P)= 4901,60 mg /m 2 P = L(P)*Yüzey Alanı/10 9 P = 54,7 ton/yıl, zayıf ötrofik üst sınır için yıllık fosfor yükü  Proje kapsamında 4 mevsim Chl-a değerleri izlenmiş olup, Nisan, Temmuz ve Eylül aylarının ortalama değeri 6,0 μg/L’dir. Buna göre ilgili abak kullanılarak bulunan Normalize Edilmiş fosfor yükü 30 mg P/m 3 ‘dir. Bu değer formülde yerine konduğunda; L(P)= 1633,9 mg /m 2 P = 18 ton/yıl, mevcut trofik durum için yıllık fosfor yükü Mevcut durum ile karşılaştırıldığında yönteme göre Bakacak Baraj Gölü özümleme kapasitesini aşmamıştır.

ÖZÜMLEME KAPASİTESİ BELİRLENMESİ YAKLAŞIMI REFERANSLAR; Canfield, D. E., Bachmann, R. W Prediction of total phosphorus concentrations, chlorophyll a and secchi depth in natural and artificial lakes. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 38, Chapra, S. C Total phosphorus model for the Great Lakes. Journal of Environmental Engineering Division, Americal Society of Civil Engineers. 103, Jones, R. A. and Lee, G. F., (1986) “Eutrophication Modeling for Water Quality Management: An Update of the Vollenweider-OECD Model” World Health Organization Water Quality Bulletin, Vol.11, No.2, pp ,118 Jones, R. A., and Lee, G. F. (1988). Use of Vollenweider-OECD modeling to evaluate aquatic ecosystem functioning. Functional testing of aquatic biota for estimating hazards of chemicals. ASTM STP, 988, Jones, J. R., Bachmann, R. W Prediction of phosphorus and chlorophyll levels in lakes. Journal of Water Pollution. 48 (9) Vollenweider, R. A Input-Output Models with Special Reference to the Phosphorus in Lake Eutrophication. Mem. Ist. İtal. Idrabio., 33, Schindler, D. W., Factors regulating phytoplankton production and standing crop in the World’s freshwates. Limnol. Oceanogr. 23 (3) Prof. Dr. Orhan Doğan ders notları CORINE 2006

TEŞEKKÜRLER

TEŞEKKÜRLER