NOT: Tanımlanmayan diğer sabitler, katsayılar ve veri grupları için Q2master dosyasından faydalanabilirsiniz.

Transkript

1 ÇEVRESEL MODELLEME DERSİ UYGULAMA-1 QUAL2K modelindeki Q2Master.xls dosyasında tanımlanan nehir sistemini size ekte verilen nehir sistemi ile değiştiriniz ve modeli çalıştırınız. Yeni veri bilgileri: Nehir adı: Porsuk Nehri Simülasyon yılı: 2017 Dispersiyon: 50 m 2 /sn Alkalinite headwater değeri: 250 mg CaCO3/L Bottom algae coverage: 55% Buharlaşma: 20 mm/gün Reach 21, Prescribed Reaeration: /gün Reach 1, inorganik askıda katılar çökme hızı: 0.20 m/gün Reach 5, Fitoplankton sonunum hızı: 0,15 1/gün Hava sıcaklığı: 25 ºC Nemli hava sıcaklığı: 15 ºC Rüzgar hızı: 2,5 m/sn (10 m yükseklikte) Bulutluluk oranı: %45 Gölgeleme: %10 Yeniden havalandırma eşitliği: Owens & Gibbs Manning katsayısı: Taban eğimi: 1/1000 Headwater temperature: 21,50 ºC Reach-1 length: 0,30 km Organic N hydrolysis rate: 0,3 1/gün Patojen çökme hızı: 1,5 m/gün Model değişkeni 1 için 1. derece reaksiyon hızı: 2,5 1/gün Point source location: 40.1 km inflow: m 3 /sn NOT: Tanımlanmayan diğer sabitler, katsayılar ve veri grupları için Q2master dosyasından faydalanabilirsiniz.

2 UYGULAMA-2 Giriş Akımı Q = 3 m 3 /s BOI5= 5 mg/l ÇO = 7 mg/l Yan Kol I Q = 1 m 3 /s BOI5= 5 mg/l ÇO = 7 mg/l X = 20 km Noktasal Kaynak I Q = 0.2 m 3 /s BOI5 = 50 mg/l ÇO = 3 mg/l Noktasal Kaynak II Q = 0.4 m 3 /s BOI5 = 80 mg/l ÇO = 2 mg/l Su Çekimi Q = 0.4 m 3 /s Yayılı Kaynak Q = 0.05 m 3 /km.s BOI5 = 10 mg/l ÇO = 4 mg/l 11 km 29 km 13 km 7 km 16 km 1 km 16 km Yan Kol II Q = 0.5 m 3 /s BOI5= 10 mg/l ÇO = 7 mg/l X = 20 km Baraj 16 km 10 km 20 km 1:1 1:1 2 m

3 ÇEVRESEL MODELLEME DERSİ UYGULAMA-3 Porsuk Baraj Gölü membaında bulunan Porsuk Nehri havza alanından ve Kütahya şehrinden birçok kirletici almaktadır. Porsuk Nehri nin hidrolik özellikleri, ortalama debiler ve ortalama kirlilik yükleri 2000 yılı kış dönemi için aşağıda verilmektedir. Şekil 1 de Porsuk Nehri nin Porsuk Baraj Gölü membaındaki bir kesiti (A-405 km noktasından B-245 km noktasına kadar) görülmektedir. Bu şekilde önemli kirlilik kaynaklarının ve su kalitesi izleme istasyonlarının lokasyonları gösterilmektedir. Kış mevsimine ait su kalite ölçümlerinin ortalama değerleri aşağıda verilmiştir. A B Şekil 1. Porsuk Nehri ve Baraj Gölü üzerindeki önemli noktasal kirlilik kaynakları ve su kalitesi KWWTP: Kütahya Atıksu Arıtma Tesisi, SH: Mezbaha, SF: Şeker Fabrikası, FI: TUGSAS Azot Gübre Sanayi, FS: Felent Çayı, KS: Kuduzlu Deresi, SS: Sabuncupınar Deresi. Aşağıdaki işlemleri yapınız: izleme istasyonları. (1) Porsuk Nehri nin 405 ila 245 kilometreleri arasındaki BOİ, Çözünmüş Oksijen (ÇO), azot ve fosfor grupları ve alg konsantrasyonlarını tahmin etmek için bir Q2K giriş dosyası oluşturunuz. Su kalitesi yönetimi açısından her noktasal kirlilik kaynağının nehir su kalitesi üzerindeki etkilerinin tek tek gösterilmesi gerekmektedir. Buna göre uygun bölümleri oluşturunuz. Eksik olan verileri belirterek, bunlar için geçerli değerleri tahmin ediniz. Reachleri ve noktasal kaynakların yerlerini gösteren bir şekil çiziniz. Sonuçlarınızı yorumlayınız. (2) Ç.O., BOİ, İnorganik azot ve çözünmüş fosfor parametreleri için model kalibrasyonunu yapınız. Model tahminleri ile ölçümler arasındaki hatayı hesaplayınız. Nehir kesiti boyunca ölçüm ve model tahminlerini beraberce gösteren grafikler hazırlayınız. Sonuçlarınızı yorumlayınız.

4 1. Model Kabulleri: 1. Dispersiyon katsayısı = Manning katsayısı = Noktasal kaynak ve başlangıç noktası için klorofil-a değeri = 1.0 μg/l 4. Mesafeler için birim km dir. 5. Yayılı yükler için azot, fosfor ve alg yükü sıfırdır. 6. Sıcaklık düzeltme katsayıları modelden alınacaktır. 7. SOİ ve sedimandan besin geçiş hızları dikkate alınmayabilir. 8. Yeniden havalandırma için O'Connor and Dobbins eşitliğini kullanınız. Kalibrasyon sırasında başka eşitlikleri de kullanabilirsiniz. 2. Hydraulic Data Distance SS1 SS2 WIDTH SLOPE (km) (m) SS1: side slope 1 of the river (vertical/horizontal) SS2: side slope 2 of the river (vertical/horizontal) SLOPE: slope of the river bottom (vertical/horizontal) 3. Headwater Data (Winter) FLOW TEMP D.O. BOD ORG-N NH3-N NO2-N NO3-N ORG-P DIS-P m 3 /s C mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l

5 4. Point Loads (Winter) LOCATION NAME FLOW TEMP D.O. BOD ORG-N NH3-N NO2-N N03-N ORG-P DIS-P km m 3 /s C mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l HAVZADAN ÇIFTLIK. D MURAT ÇAYI HAVZADAN HAVZADAN HAVZADAN PORSUK DERE KUREYSL. D HAVZADAN HAVZADAN HAVZADAN PORSUK KAY HAVZADAN ÇAT+DEG.DER HAVZADAN kutah. Mezb Kutah. ASAT Felent C Gural+Be TUGSAS Porselen Altin Cin Termik Sant Diffuse loads (Winter) Distance FLOW TEMP D.O. BOD Km m 3 /s C mg/l mg/l Monitoring Results (Winter) Ölçümler Mart ve Kasım aylarında gerçekleştirilmiştir. Ortalama değerler aşağıda verilmiştir. Sta.No. Location D.O. BOD Inorganic-N Diss-P Km mg/l mg/l mg/l mg/l

6 ÇEVRESEL MODELLEME DERSİ UYGULAMA-4 EŞEN NEHRİ UYGULAMASI Eşen Çayı yaklaşık 120 km uzunluğa sahip olan önemli bir yüzeysel su kaynağıdır ve havzasında çeşitli faaliyetler yürütülmektedir. Özellikle tarımsal sulama ve elektrik üretimi için Eşen Çayı'na pek çok noktada müdahale edilmiş ve akış rejimi değiştirilmiştir. Eşen Çayı Havzasında alabalık yetiştiriciliğinin Ülkemizin 2008 yılı iç su ürünleri üretimine katkısı yaklaşık 7000 ton/yıl (%8) olarak gerçekleşmiştir. Bu üretimin önemli kısmı (4500 ton/yıl; %5) yaklaşık 2 km uzunluğundaki akarsu eriminde gerçekleşmiştir. Şekil 1. Eşen Çayı akarsu ve sulama kanalı ağı ile örnekleme noktaları

7 Eşen Nehri nin Çaygözü (İst. 3) - Ova (İst. 26) mevkileri arasındaki su kalitesini tahmin etmek için bir Q2K giriş dosyası oluşturunuz. Uygulama için seçilebilecek uygun bölümler aşağıda verilmektedir. Ç.O., BOİ, azot ve fosfor parametreleri için model kalibrasyonunu yapınız. Model tahminleri ile ölçümler arasındaki hatayı hesaplayınız. Nehir kesiti boyunca ölçüm ve model tahminlerini beraberce gösteren grafikler hazırlayınız. Sonuçlarınızı yorumlayınız. Model Kabulleri: 1. Dispersiyon katsayısı = Rüzgar hızı = 13.3 m/s 3. Noktasal kaynak ve başlangıç noktası için klorofil-a değeri = 1.0 μg/l 4. Hava sıcaklığı = 17 C 5. Yayılı yükler için azot, fosfor ve alg yükü sıfırdır. 6. Sıcaklık düzeltme katsayıları modelden alınacaktır. 7. SOİ ve sedimandan besin geçiş hızları dikkate alınmayabilir. Headwater Data (Çaygözü mevkii = km) Ç.O (mg/l) 9.9 Debi (m3/s) 5.73 Org-N. (mg/l) 0.14 Taban eğimi (m/m) NH3-N (mg/l) Manning kat NO3-N (mg/l) 0.58 Genişlik (m) 14 Org-P. (mg/l) 0.11 elevation 305 İnorg-P (mg/l) BOİ5 (mg/l) 4.0 AKM (mg/l) 4 İletkenlik (umhos) 264 ph 8.2 Sıcaklık ( C) 12.9 Downstream Data (Ova mevkii = km) Ç.O (mg/l) 9.2 BOİ5 (mg/l) 5.5 Org-N. (mg/l) AKM (mg/l) 91 NH3-N (mg/l) İletkenlik (umhos) 270 NO3-N (mg/l) 0.77 ph 8.3 Org-P. (mg/l) Sıcaklık ( C) 13 İnorg-P (mg/l) 0.025

8 Reach data Reach No Reach Name Uzunluk (m) Enlem Boylam Genişlik (m) Taban eğimi Manning katsayısı 1 Çaygözü '18.15"N 29 24'20.90"E Ören '18.37"N 29 23'33.71"E Sahil ceylan '47.14"N 29 22'5.50"E Sahil ceylan '59.44"N 29 22'8.09"E Kemer '4.65"N 29 22'4.06"E Kemer '8.55"N 29 22'1.22"E Alaçat '51.17"N 29 21'1.44"E Çukurincir '29.71"N 29 19'28.54"E Kınık '19.04"N 29 18'55.86"E Ova '36.74"N 29 18'4.14"E Point Loads (Inflow) Parametreler Tesis-A Tesis-B Tesis-C Tesis-D HES Karaçay Ç.O (mg/l) Org-N. (mg/l) NH3-N (mg/l) NO3-N (mg/l) Org-P. (mg/l) İnorg-P (mg/l) BOİ5 (mg/l) AKM (mg/l) İletkenlik (umhos) Ph Sıcaklık ( C) Headwater a olan uzaklık (m) Debi (m3/s) Point Loads (Withdrawal) Tesis-A çekim Tesis-B çekim Tesis-C çekim Tesis-D çekim Kanal çekim Headwater a olan uzaklık (m) Debi (m3/s) Monitoring Results (Hydraulic data) Distance Q-data H-data U-data Distance Q-data H-data U-data x(km) m3/s m m/s x(km) m3/s m m/s

9 Monitoring Results (Temperature data) Distance Mean Distance Mean x(km) Temp-data x(km) Temp-data Monitoring Results (Water quality data) Distance Cond (umhos) DO (mgo2/l) CBODf (mgo2/l) Norg (ugn/l) NO3 (ugn/l) Porg (ugn/l) Inorg P (ugp/l) km data data data data data data data

10 ÇEVRESEL MODELLEME DERSİ UYGULAMA km uzunluğundaki Pınarcık Nehir sistemine bir endüstriden atıksu deşarjı yapılmaktadır. Nehir ve atıksu için özellikler aşağıda verilmiştir. (N= öğrenci numarasının son iki rakamı) Özellik Pınarcık Nehri Atıksu Debi (m 3 /sn) 0,6 + (N/100) 0,18 BOİ5 (mg/l) 5 50 Çözünmüş oksijen (Ç.O.) (mg/l) 8 2 Sıcaklık ( C) Atıksu-nehir karışım özelliklerini bulunuz. (Qkarışım, BOİ5-karışım, Ç.Okarışım, Sıcaklıkkarışım) 2. Karışımdan sonra başlangıç için Ç.O. yetersizliğini bulunuz. 3. Streeter-Phelps eşitliğini kullanarak, Pınarcık Nehri boyunca Ç.O. konsantrasyonunu hesaplayan bir bilgisayar programı yazınız. Program k1, k2, Cs, nehrin akış hızı, nihai BOİ, başlangıç Ç.O. konsantrasyonu vb. gibi gerekli değişkenleri okuyup, farklı değerler için hesaplama yapabilmelidir. Modelde kullanılacak parametre değerleri aşağıda tanımlanmıştır. k1 = 0,25 1/gün (20 C) k2 = 0,50 1/gün (20 C) nehir akış hızı = 0,25 m/sn 4. Yukarıda tanımlanan nehir ve atıksu özelliklerine göre, Pınarcık Nehri nde 100 km boyunca 1 km aralıklarla Ç.O. değerlerini hesaplayınız ve mesafe boyunca Ç.O. eğrisini çiziniz. 5. Yazdığınız bilgisayar programını kullanarak, atıksu BOİ5 değerini i. % [30+(N/10)] ii. iii. % [60+(N/10)] % [90+(N/10)] azaltmak amacıyla farklı yönetim senaryoları geliştiriniz. Oluşturduğunuz her bir senaryo için Pınarcık Nehri nde 100 km boyunca 1 km aralıklarla Ç.O. profilini çiziniz. Her bir senaryo için Pınarcık Nehri su kalite sınıflamasını belirtiniz. NOT: - Bilgisayar programı herhangi bir bilgisayar dili ile yazılabilir. - Ç.O. profili mevcut durum ve yönetim senaryoları için çizilecek ve karşılaştırmalı olarak sunulacaktır.

11 ÇEVRESEL MODELLEME DERSİ UYGULAMA-6 UYGULAMA - PROBLEM Belirtilen (xyz) koordinatlarındaki noktada kirlilik konsantrasyonunu hesaplamak için kullanmayı planladığımız; Gauss olasılık dispersiyon modeli eşitliğini kullanabilmemiz için gerekli değerlerimiz ; Q = 0.01 kg/sn u = 4 m/sn H = 20 m y = 0 m z = 0 m = 3, e = 2, y = 36 z = 20 şeklinde belirlenmiş olur. GÜNDÜZ GECE Rüzgar Hızı (m/sn) (10 m yüksekte ) Açık Yarı Açık Kapalı Açık Kapalı < 2 A A - B B A B B C E F 3 5 B B C C D E 5 6 C C D D D D > 6 C D D D D

12 Genel Eşitlik: a * (x) c f x: km biriminden tanımlanmalı Örnek: x=600 m= 0.6 km için B kararlılık sınıfı σ y = 156 (0.6) = 98 σ z = (0.6) (-3.3) = 62

13 Gauss olasılık dispersiyon modeli C Q = 0.01 kg/sn ũ = 4 m/sn H = 20 m y = 0 m z = 0 m X=100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 ve 1000 m