Transcript Su Kalitesi Modelleme Aşamaları

Havza Yönetim Planı ve
Modelleme
Y.Doç.Dr. Emre Alp
ODTÜ- Çevre Mühnedisliği Bölümü



Sürdürülebilirlik daimi olma yeteneği olarak
adlandırılabilir
Ekoloji bilimindeki anlamı ise biyolojik
sistemlerin çeşitliliğinin ve üretkenliğinin
devamlılığının sağlanmasıdır.
Birleşmiş Milletler Çevre ve Kalkınma
Komisyonu’nun 1987 yılı tanımına göre:
"İnsanlık, gelecek kuşakların gereksinimlerine
cevap verme yeteneğini tehlikeye atmadan,
günlük ihtiyaçlarını temin ederek, kalkınmayı
sürdürülebilir kılma yeteneğine sahiptir."

Geniş bir yelpazeyi kapsamaktadır:
◦
◦
◦
◦
◦
◦
◦
◦
Eko-belediyeler
Sürdürülebilir kentler
Sürdürülebilir tarım
Sürdürülebilir su yönetimi
Yenilenebilir enerji
...
..
..
Su Kaynaklarının Yönetiminde Sürdürülebilirlik Nasıl
Sağlanabilir?



SÇD: Suların sürdürülebilir şekilde yönetimini
amaçlar
2015 yılına kadar birlik üyesi ülkelerin havza
yönetim planlarını tamamlamış ve “iyi”
seviyede su kalitesi sağlanmış olması hedefi
konmuştur
Sürdürülebilir su yönetimi  Bütüncül Havza
Yönetimi
◦ Havza bazında tüm kirleticilerin, proseslerin, olası
su kullanımlarının ve paydaşların göz önüne alındığı
yaklaşım





Bir nehrin belli bir kesidi için, o kesitin üzerinde
kalan ve aldığı yağışın bütün yüzey akım kısmı
nehrin o kesitinden geçen alana, nehrin o noktası
için havzası denir.
Kontrol noktası aşağıya (mansaba) doğru gittikçe
havza büyür ve nehnrin denize ulaştığı noktada
maksimum olur.
Nehrin her kolunun da, kolun ana yatağa birleştiği
noktaya göre ayrı bir alt havzası vardır.
Havza alanı, topografik harita üzerinde, yüzey suyu
yerçekimi ile akarken o alan içerisinde kalacak
şekilde en yüksek noktalardan geçirilerek bulunur.
Komşu havzaları birbirinden ayıran bu sınıra da
havza alanı adı verilir



Havza, sınırları olan ve tanımlandığı hidrolojik
alan içinde bir sistemi temsil eder.
Bu sistem, bütün bileşenlerinin (hava, su,
toprak ve canlılar) arasındaki ilişkiler ile
ekolojik bütünlüğünü sağlamaktadır.
Havza’yı oluşturan bu bileşenlerden bir
tanesinde meydana gelebilecek bir aksama
tüm bileşenlerini zincirleme bir şekilde
etkiliyecektir.
1. Paydaşların
belirlenmesi
2. Havzanın özelliklerinin
ve sorunlarının
belirlenmesi.
3. Hedeflerin
tanımlanması
4. Yönetim
seçeneklerinin
geliştirilmesi
5. Eniyi yönetim
seçeneğinin uygulanması
6. Uygulamalar sonrası
değerlendirmeler
Yönetim Amaçları, Seçenekleri,
Kısıtlamalar
Kısa Çözümler
Problemin
Tanımlanması
Mevcut Verilerin
Toplanması
Model Seçimi
Teorik Kurgu
Terori
Denklemler
Mevcut
Model
Sayısal Model
Yeni Geliştirilen
Model
Bilgisayar Modeli
Ön Uygulama
Kalibre edilmemiş model
Kalibre model
Doğrulanmış model
Verilerin
Toplanması
Kalibrasyon
Verilerin
Toplanması
Doğrulama
Yönetim
Seçenekleri
Tahmin edilen Su Kalitesi
Denetim
Proses
Seçeneklerin gerçek
hayata geçirilmesi
Yeni
Ölçülmüş
Su Kalitesi
Verilerin
Toplanması
Bilgi, veriler
Güvenilirlik
Maliyet=sınırsız
İstenen Güvenilirlik
Maliyet
Maliyet
Zorluk Seviyesi

Problemin Tanımlanması

Model Seçimi
◦ Yönetim amaçları, kontrol seçenekleri, ve
kısıtlamalar
◦ Yüzey suyunun fiziksel, biyolojik ve kimyasal
özellikleri
◦ Teorik olarak kurulması
◦ Sayısal özellikler ve doğrulama





Madde dengesi
Basit çözümler
Farklı aralıklarda denemeler
Grafiksel karşılaştırmalar
Gerçek sayılarla denemeler
Yönetim Amaçları, Seçenekleri,
Kısıtlamalar
Kısa Çözümler
Problemin
Tanımlanması
Mevcut Verilerin
Toplanması
Model Seçimi
Teorik Kurgu
Terori
Denklemler
Mevcut
Model
Sayısal Model
Yeni Geliştirilen
Model
Bilgisayar Modeli
Ön Uygulama
Kalibre edilmemiş model
Kalibre model
Doğrulanmış model
Verilerin
Toplanması
Kalibrasyon
Verilerin
Toplanması
Doğrulama
Yönetim
Seçenekleri
Tahmin edilen Su Kalitesi
Denetim
Proses
Seçeneklerin gerçek
hayata geçirilmesi
Yeni
Ölçülmüş
Su Kalitesi
Verilerin
Toplanması
Bilgi, veriler
 Ön
Uygulama
◦ Hassaslık Analizleri
 Kalibrasyon
◦ Modele girilecek bilgiler
 Zorlayıcı Fonksiyonlar
 Sınır Şartları ve Yğkleri
 Başlangıç Durumu
 Fiziksel
 Kalibrasyon Parametreleri
 Kinetik değerler
 Parametre
Değişimleri
◦ Parametrelerden bir tanesi sabit
tutulurken diğerinin değiştirilmesi
◦ Yüzde değişikliğe göre modelin hangi
parametreler için hassas olduğunun
belirlenmesi

Birinci-derece Hassasiyet Analizi
◦ Uses the derivative of the function with respect to
parameter as an estimate of the sensitivity

Monte Carlo Analizi
◦
◦
◦
◦
Parametreler dağılım tğrlerine göre karakterize edilir
Rastgele sayılar türetilir
Her türetilen sayı için modle çıktısı elde edilir
Çıktılar da istatistiksel dağılım olarak ifade edilir
Parametre Değişimleri
Birinci derece Analizi
Monte Carlo Analizi





Hassasiyet ve belirsizlik analizlerinde kullanılır
Monte Carlo simülasyonu bir aktivite, plan ve
proses ile ilgili belirsizliğin derecesinin
belirlenmesinde kullanılır.
Problem çözümü : rastgele sayılar ve olasılık içerir.
Modelin rastgele sayıların tekrarlarıyla elde edilen
çıktılarına dayanmaktadır
Y = f(x)
 X deki değişimler Y’ye aktarılır
 X olasılık yoğunluğu fonksiyonu şeklinde ifade
edilir
 Bu işlem defalarca tekrar edilerek Y’de
istatistiksel dağılım şeklinde ifade edilir





1. Aşama: Parametrik modeli oluştur, y = f(x1,
x2, ..., xq).
2. Aşama : Rastgele sayılar kümesini oluştur,
xi1, xi2, ..., xiq.
3. Aşama : Modeli çalıştır ve sonuçları yi olarak
kaydet.
4. Aşama : 2 ve 3. Aşamaları i = 1’den n’e kadar
tekrar et
5. Aşama : Sonuçların analizi: histogram,
istatistiksel özetleri ve güvenilirlik aralıklarını
değerlendir
Yönetim Amaçları, Seçenekleri,
Kısıtlamalar
Kısa Çözümler
Problemin
Tanımlanması
Mevcut Verilerin
Toplanması
Model Seçimi
Teorik Kurgu
Terori
Denklemler
Mevcut
Model
Sayısal Model
Yeni Geliştirilen
Model
Bilgisayar Modeli
Ön Uygulama
Kalibre edilmemiş model
Kalibre model
Doğrulanmış model
Verilerin
Toplanması
Kalibrasyon
Verilerin
Toplanması
Doğrulama
Yönetim
Seçenekleri
Tahmin edilen Su Kalitesi
Denetim
Proses
Seçeneklerin gerçek
hayata geçirilmesi
Yeni
Ölçülmüş
Su Kalitesi
Verilerin
Toplanması
Bilgi, veriler
 Kalibrasyon
ve Doğrulama
◦ Doğrulama
 Modelin Gücü
 Yönetim
Uygulamaları
 Uygulamalar sonrası denetim
Veri Toplanması
•Fiziki parametreler
•Sınır şartları
•Başlangıç değerleri
MODEL
Model
Saha Çalışmaları,
Literatür
Kinetik Parametreler
Kalibrasyonu tekrar
başlat
HAYIR
Hata
Kabul
Edilebilir
EVET
Kalibrasyon Tamamlanır
Değişkenlerin
hesaplanması
Hata = (ölçülen-model çıktısı)
Ölçülmüş
değişkenler
Veriler
Yönetim Amaçları, Seçenekleri,
Kısıtlamalar
Kısa Çözümler
Problemin
Tanımlanması
Mevcut Verilerin
Toplanması
Model Seçimi
Teorik Kurgu
Terori
Denklemler
Mevcut
Model
Sayısal Model
Yeni Geliştirilen
Model
Bilgisayar Modeli
Ön Uygulama
Kalibre edilmemiş model
Kalibre model
Doğrulanmış model
Verilerin
Toplanması
Kalibrasyon
Verilerin
Toplanması
Doğrulama
Yönetim
Seçenekleri
Tahmin edilen Su Kalitesi
Denetim
Proses
Seçeneklerin gerçek
hayata geçirilmesi
Yeni
Ölçülmüş
Su Kalitesi
Verilerin
Toplanması
Bilgi, veriler
Ölçülen Debiler
Katsayılar
Parametreler
Ölçülen Debiler
İstatistiksel Analizler
Zaman
Ölçülen Yoğunluklar
Olasılık
Rastgele
Sayılar
Monte Carlo
Simülasyonu
İstatistiksel
Analizler
Çıktılar
Olasılık
Su Kalitesi Modeli
Limit Değerler
Limit üstü
Olasılık
Nehir sistemi için BOİ modeli:
BOİ = BOİ0e-k*xi/V
BOİ0 = BOİ yoğunluğu x= 0 km, 25 mg/L
BOİ = BOİ yoğunluğu x=10 km, % 95 değeri?
k = BOİ parçalanma hız sabiti (1/gün), Ortalama=0,1
1/gün,
standart sapma =0.05
V = Nehir ortalama hızı(m/sn), 2 m/sn

Su Kalitesi-Kirlilik YüküModelleme Uygulaması
NORMINV (RAND(),
mean, standard_dev)
16,0
4,00
14,0
3,50
Standart Sapma
Ortama BOİ @ x= 10 km ( mg/L)
18,0
BOİ @ x= 10 km
12,04
11,60
17,60
12,95
15,70
14,13
10,01
18,79
14,76
14,46
17,80
15,99
16,26
14,10
21,96
11,85
15,41
4,50
k
0,15
0,15
0,07
0,13
0,09
0,11
0,18
0,06
0,11
0,11
0,07
0,09
0,09
0,12
0,03
0,15
0,10
Ortalama BOİ @ x= 10 km
12,0
10,0
8,0
6,0
BOİ @ x = 10 km
Denemeler Ortalama Standart Spama
50
15,3
3,31
75
15,4
3,47
100
15,7
3,47
125
15,6
3,58
150
15,6
3,71
200
15,6
3,84
400
15,8
3,89
600
15,4
3,86
800
15,5
3,86
900
15,5
3,84
1000
15,7
3,87
Standart Sapma
3,00
2,50
2,00
1,50
4,0
1,00
2,0
0,50
0,0
0
200
400
600
Deneme Sayısı
800
1000
1200
0,00
0
200
400
600
800
Deneme Sayısı
1000
1200
KİRLİLİK YÜKÜ-SU KALİTESİ ETKİLERİ
YÜKLEME KAPASİTESİ
Girdiler
Model = Transfer Fonksiyonu
YK= F-1 (Su Kalitesi Limit
Değeri)
Çıktılar
Limit
Alıcı Ortam (Nehir, Göl)
Kirleticiler
Su Kalitesi-Kirlilik
Yükü –Modelleme
Uygulaması

Hydrocomp Simulation Program-Fortran (HSPF)
◦ Hidrolojik Bileşeni




Havza bazında
Yayılı kirlilik
Nehir
Yüzey akış suyu
◦ Kirleticilerin modellenmesi
◦ Girdiler
 Zaman serisi (hava sıcaklığı, yağış, buharlaşma, debiler,
rüzgar)
 Parametreler (kanal geometrisi, toprak nem oranıand ürün
deseni,vb)
 Kirletici profilleri
 Kinetik parametreler
◦ Çıktılar
 Debi ve Kirleticilerin zamana göre değişimleri

WASP
◦ Göllerde su kalitesi modellemesi
◦ Alt programlar
 EUTRO4 : konvensiyonel kirleticiler
 TOXI4: Toksik maddeler

BASINS (Better Assessment Science Integrating
Point and Nonpoint)
◦ Çok amaçlı modelleme aracı
◦ 3 amaç:
 Çevresel bilginin incelenmesi
 Bütüncül havza modelleme işlevi
 Noktasal ve yayılı kirlilik yönetim seçeneklerinin
araştırılması

Brown and Barnwell 1987 tarafından
geliştirildi
◦ Tek boyutlu.
◦ Kanal düşeyde tam karışımlı.
◦ Kararlı durum – akım ve su kalitesi için
◦ Günlük değişimler modellenebiliyor
◦ Isı ve radyosyon bilgileri
◦ Noktasal ve yayılı kirlilik kaynakları
modelleniyor
(From: Environmental Science: A Global Concern, 3rd ed. by W.P
Cunningham and B.W. Saigo, WC Brown Publishers, © 1995)
Çözünmüş Oksijen
Çözünmüş Oksijen, QUAL2K
Atmosfer
Su
Kanalizasyon
Organik
Azot
Amonyum
Nitrit
Oksijen
Nitrifikasyon
Nitrat
Atmosfer
Organik
Maddeler
ÇO
Tüketilir
Su
SOİ
Organik
Maddeler
ÇO
Tüketilir
Sediman
•Ankara
metropolünün
ortalama 20 km güneyinde,
Gölbaşı
İlçesi
yakın
bitişiğinde
•516 ha yüzey alanına sahip
• Toplam Havza: yaklaşık
971 km2
•Mogan-Eymir gölleri ve
sulak-bataklık alanları, 227
kuş
türü
tarafından
barınma, üreme, konaklama
amaçlı
kullanılan
ve
Ülkemizde Ramsar’a aday
gösterilen
önemli
kuş
alanlarıdır.
Mogan Gölü Havzası Mevcut
Arazi Kullanım Durumu
Arazi
Kullanımı
Alan
Hektar
Yüzde
Sulu tarım
367
0,36
Kuru Tarım
64156
65,40
Mera
26489
27,0
Orman
1420
1,45
Su Yüzeyi
1320
1,35
Yerleşim Yeri
4358
4,44
T.V.K.G.M tarafından hazırlanan
Gölbaşı Çevre Durum Raporunda,
Mogan gölünün ve sulak alanların
karşılaştığı en önemli sorunlardan
biri olarak havzadaki erozyon
belirtilmiştir.
• Raporda,
gerek
derelerle,
gerekse yüzey akış ile taşınan
sedimandan dolayı gölün giderek
daraldığı,
•sediman
ile
birlikte
tarım
arazilerinden azot ve fosfor içeren
organik maddeler, pestisit ve
gübre kaynaklı organik maddeler
gelmesininde gölün su kalitesini
olumsuz
yönde
etkilediğini
vurgulamaktadır.