Akarsularda su kalitesi belirleme ve modelleme

Akarsu kirliliği, canlı yaşamını olumsuz etkileyen önemli bir çevre problemidir. Bu çevre probleminin önüne geçmek için, öncelikle akarsu havzalarında su kalitesinin izlenerek kirlilik kaynakları tespit edilmelidir. Sonrasında, belirlenen kirlilik kaynaklarının akarsuya etkisi araştırılarak çevre kirlenmesinin kontrol edilebilmesi için gerekli önlemlerin alınması gerekir. Kirlilik kaynaklarının akarsu uzunluğu boyunca oluşturabileceği olumsuz etkilerin öngörülmesi ve dolayısıyla yapılacak yatırımların akarsuya olası etkilerinin belirlenebilmesi için su kalitesi modellerinin oluşturulması ve bilgisayar ortamında benzetimi oldukça önemlidir. Su kalitesi modellerinde yer alan parametrelerin deneme-yanılma yöntemine gerek kalmadan optimizasyonla belirlenmiş olması model güvenilirliğini sağlamak için yeterlidir. Bu tez kapsamında, Malatya ili sınırlarında yer alan Beylerderesi akarsuyu üzerinde sahada ve laboratuvarda çalışmalar yapılarak, su kalitesi parametreleri analizlenmiştir. Akarsuyun dinamik modellenmesi için seri bağlı tam karıştırmalı tepkime kabı (CSTR) yaklaşımı kullanılmıştır. Beylerderesi akarsuyu dinamik olarak modellenmiş ve kinetik parametreler optimizasyonla bulunmuştur. Model parametrelerinin belirlenmesi, dinamik bir örnekleme süresince alınan tüm gözlem noktalarında hal değişkenlerinin deneysel ve öngörü değerleri arasındaki farkların karelerinin toplamına göre oluşturulan bir objektif fonksiyonunun minimizasyonuna göre yapılmıştır. Optimizasyon adımı için SQP (`Sequential Quadratic Programming?) yöntemi kullanılmıştır. Akarsu ve kirlilik yüklerine ait 9 hal değişkeni (amonyum, nitrit, nitrat ve organik azotlar; organik ve çözünmüş fosforlar; 5 günlük biyokimyasal oksijen ihtiyacı, çözünmüş oksijen ve klor) için ölçümler alınarak, model benzetimi gerçekleştirilmiştir. Akarsuyun 20 km uzunluğu boyunca, yapılan benzetim sonuçları ile deneysel ölçümler kıyaslanarak mutlak ortalama hata yüzdesi hesaplanmıştır. Sonuçlara göre model öngörülerinin, deneysel değerlerle önemli ölçüde uyum sağladığı görülmüştür. Bir akarsu için en önemli göstergelerden olan biyokimyasal oksijen ihtiyacı ve çözünmüş oksijen değişkenleri için hesaplanan mutlak ortalama hata değerleri sırasıyla % 1.39 ve % 0.95 olarak bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Akarsu Modellemesi, Dinamik Benzetim, Parametre Optimizasyonu.