Sustainable Development Goal "Goal 6: Clean Water and Sanitation" ile 'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeApplication of different strategies to improve aerobic granular sludge process performance for treatment of municipal wastewater(Graduate School, 2022-09-29) Koşar, Şadiye ; Erşahin, Mustafa Evren ; 501162714 ; Environmental Sciences, Engineering and ManagementAerobic granular sludge (AGS) process is an energy-efficient alternative biological wastewater treatment process to the conventional activated sludge (CAS) process which requires high energy and big space. In CAS systems, flocs sized above 0.2 mm are referred as granule. So far flocs and granules could be easily differentiated by size clustering as well as their capabilities of removal for organic matter and nutrients. Surface of the granule has porous morphology, and this allows the substrate penetration and as well as oxygen diffusion into the inner layers of the granule. The diffusion of oxygen is somehow can be a limiting factor for the simultaneous carbon and nutrient removal due to structure of the granule. In many cases, granule has a compact and dense structure that limits the oxygen transfer to the inner core layers of the granule which improves the denitrification and allows better phosphorus (P) removal within the granule. Whereas in some situations, granules have amorphous structure which do not improve any core inside the granule so affects the removal of substrate. Aerobic granules are heavier than flocs formed in waste sludge, so they settle faster, and this improves the settleability of the sludge which further allows to operate in one reactor. For this reason, large sedimentation tanks are not required in AGS systems. Since aerobic, anoxic and anaerobic biological activities take place inside the granule, AGS process offers 25-75% less space and consumes 20-50% less energy compared to conventional activated sludge plants. Nitrification takes place on the surface of the granule during aeration phase and denitrification occurs in the inner layers of the granule under anoxic conditions. P removal is maintained by polyphosphate accumulating organisms (PAOs) that are located in the core part of the granule. PAOs and denitrifiers which are responsible for the denitrification are both heterotrophic organisms and compete for the carbon sources as substrate. For this reason, it is important to have sufficient amount of organic matter for nitrogen (N) and P removal. Since PAOs are located in the inner layer of the granule they are only capable of using organic that are in dissolved form. In municipal wastewater, organic matter is particulate and dissolved forms. Particulate matter reduces N and P removal up to 40% and 46% respectively. Particulate organic matter is turned into dissolved form in the presence of extracellular polymeric substances (EPS) which are hydrolyzing them further. Hydrolysis ends up in anaerobic phase when the attached particulate matter on the surface of the granules hydrolyzed and it is uptaken by PAOs and denitrifiers. If dissolved organic matter cannot be consumed by these species, then it would be consumed by the aerobic heterotrophic bacteria on the surface of the granule which further causes filamentous microorganisms' overgrowth. This leads to amorphous structure and disintegration of the granule. In this thesis, the treatability municipal wastewater by AGS process was investigated under different circumstances. Four separate studies were conducted within the scope of this study. In the first study, two different sludge were comparatively investigated as inoculum: (a) waste activated sludge (WAS) taken from the return activated sludge line of an advanced biological wastewater treatment plant (WWTP), (b) WAS taken from the return activated sludge line of a pilot scale high-rate activated sludge (HRAS) system. This study was conducted in two stages: AGS system was seeded with the WAS taken from the return activated sludge line of an advanced biological wastewater treatment plant in the first stage; in the second stage, AGS system was seeded with the mixture of WAS taken from the return activated sludge line of an advanced biological WWTP and WAS of pilot scale HRAS process as volume in proportion of 1:1. This study was performed to reveal the contribution of microorganisms found in the flocculent sludge to the granulation process. Since HRAS process sludge has high settleability and the mixture of WAS with HRAS process as inoculum was expected to enhance the settling properties of granular sludge as well as achieving good treatment performance. Although at the start-up period sludge wash-out occurred and mainly fluffy waste sludge wasted, HRAS process sludge settles faster, and it remained in the reactor. So, in this case especially denitrifiers were mostly washed out of the system which deteriorated system performance compared to the AGS system operated solely with WAS. At the end of this study, WAS waste sludge was chosen as seed sludge for the further studies to obtain aerobic granulation based upon AGS system treatment performance. In the second study, WAS taken from the return activated sludge line of an advanced biological WWTP was used as seed sludge. Study was conducted in two stages: (a) AGS system was fed directly with the synthetic municipal wastewater, (b) AGS system was fed with the pre-settled synthetic municipal wastewater (30 min of settling) to simulate pre-sedimentation tanks in the full-scale wastewater treatment plants (WWTPs). With pre-settling application, it was proposed that particulate matter would settle so mainly dissolved organic matter could be introduced to the AGS system. Since AGS system is anaerobically fed, this would improve the nutrient removal by allowing the uptake of organic matter easily by PAOs and denitrifiers. It was shown that up to 60% of particulate matter was removed by settling and as a result carbon/nitrogen (C/N) ratio decreased 20% lead deterioration of the AGS system treatment performance. It was apparent that a combination of pre-sedimentation in AGS process didn't improve the system. In the third study, AGS system was operated in three different stages continuously following each other without having different start-up periods: (a) AGS system was fed directly with raw municipal wastewater, (b) AGS system was fed with the pilot scale HRAS system's effluent (treated wastewater), (c) AGS system was fed with the mixture these two flows: raw municipal wastewater (20%) and HRAS process effluent (80%). Waste sludge taken from the return activated sludge line of an advanced biological wastewater treatment plant was used as inoculum. Firstly, aerobic granulation was maintained by introducing municipal wastewater than HRAS process effluent fed to the system and AGS system performance was followed thoroughly. It was shown that the granule stability remained somehow same, but AGS system performance was affected by decreased C/N ratio. AGS system was fed with the mixture the raw municipal wastewater and HRAS process effluent to improve the system performance. As a result, AGS system performance was improved with the increase in C/N ratio (20% increase compared to feeding with only HRAS process effluent). Thus, HRAS process integration with AGS process was found to be energy efficient configuration. Both systems comparably occupy less space than conventional treatment systems and their integration will definitely improve the effluent quality. In the fourth study, digestibility of AGS which was obtained from the third study was compared to the WAS taken from the return activated sludge line of an advanced biological wastewater treatment plant. It is known that AGS process sludge has low digestibility than WAS. Thus, ultrasonication was applied to improve the solubilization of organic matter for increasing sludge digestibility. Since aerobic granules are clusters of microorganisms that are attached together, they are bigger in size and more compact than WAS flocs. Therefore, relying on their physical differences, it was assumed that ultrasonication would enhance digestibility of the AGS. It was shown that ultrasonication as pre-treatment method led to solubilization for both sludge sources in terms of volatile fatty acids (VFAs), protein and carbohydrates besides causing decrease in particle size. A direct relation found between the release of organic compounds, ammonium, phosphorus and heavy metals with the increase in ultrasonication intensity. Overall results obtained from this thesis showed a comprehensive approach to treat municipal wastewater by AGS process while improving the treatment performance by focusing on inoculum source as well as feeding strategy. Besides, sludge from AGS process was evaluated in terms of soluble products release by applying ultrasonication process compared to the WAS. This thesis would enhance the knowledge on AGS technology in terms of seeding and feeding regimes beneath giving clues for full-scale AGS process applications.
-
ÖgeComprehensive flood risk assessment and identification of the potential flood mitigation strategies(Graduate School, 2022-06-09) Ekmekcioğlu, Ömer ; Özger, Mehmet ; 501162501 ; Hydraulics and Water Resources EngineeringFloods are among the natural disasters frequently encountered in our country, i.e. Turkey, and across the globe. Considering some of the conditioning factors, such as geographical location, geological and hydrological structure and even demographic characteristics, that characterize the formation of natural disasters, the most common natural disasters in Turkey are described as floods. A total of 1209 floods occurred in Turkey between 1975 and 2015, resulting in 720 deaths and the inundation of 900,000 hectares. In addition, floods cause an annual average of 100 million dollars of economic loss. The constitution of floods may vary in different types; scuh that coastal floods are frequent in coastal areas, while river floods mostly occur in rural and/or urban areas, and urban flooding poses significant challenges in densely populated regions. In this context, especially in cities with high population densities, urban flood events not only cost human lives but also cause serious property damage. Istanbul is also among the cities that frequently face urban floods across Turkey. The city is the most populated city in Turkey with a population of approximately 16 million (2986 people/km²) and is at serious risk of flooding. Therefore, within the scope of this thesis, it is aimed to determine the regions that may be affected as a result of the floods potentially occur in Istanbul and to reveal the factors that trigger the vulnerability of these regions. In order to ensure the functionality of both data collection procedures and the early diagnosis actions to be determined on an administrative basis, analyzes were carried out on a district basis in this thesis. Through district-based analyzes, both hazard and vulnerability factors, which are the two most critical pillars of the risk concept, were carried taken into account. In line with the hazard cluster, stormwater pipe network, slope, imperviousness (in terms of curve number), number of rainy days and return period of storm event criteria were taken into the consideration. Within the scope of vulnerability cluster, vulnerable structures, population density, vulnerable population, education level, income level, transportation network, number of households and land use criteria were considered. Thus, this thesis not only tried to determine the regions having high susceptibility of flooding but also sought to designate the social environments, i.e., residents and/or buildings, that have the potential to be damaged as a result of floods. In the research articles included in this thesis, multi-criteria decision-making algorithms were used to perform the district-based flood risk mapping of Istanbul. In the first research article published within the scope of the thesis, district-based flood risk maps were generated using the fuzzy analytic hierarchy process, and risky districts and the criteria to be taken into account specific to these districts were identified. In the second research article published within the scope of the thesis, the perception differences on the flood risk of four different stakeholders (i.e., Istanbul Water and Sewerage Administration, Disaster Coordination Center, Istanbul Metropolitan Municipality and Universities) at Istanbul scale were analyzed. For these purpose, the technique for order of preference by the similarity-to-ideal-solution (TOPSIS) method was integrated along with the fuzzy analytical hierarchy process method utilized in the first study. As a result of the model configurations on the basis of expert judgments pertaining to abovementioned four institutions, flood risk, flood hazard and flood vulnerability maps were separately generated. The third research article published within the scope of the thesis focused on the interrelationships of the criteria that were not examined in the previous two studies. On the other hand, for the first time in the literature, analyzes were carried out using two distintictive criteria weighting methods (analytical hierarchy process for the hazard cluster and analytical network process for the vulnerability cluster) together. At this point, another innovation that has been methodically accomplished is the integration of the decision-making trial and evaluation laboratory (DEMATEL) method which was used in the refinement of the analytical network process framework. Visekriterijumska optimizacija i compromisno resenje (VIKOR) method, which is accepted as an improved version of the TOPSIS method, was performed to prioritize the districts in terms of flood risk by combining the outputs obtained from the two different criteria weighting methods and the numerical values of the corresponding criteria. According to the findings obtained in the first of the articles published within the scope of the thesis, land use, population density and the vulnerable structures were determined as the most important vulnerability criteria, while the return period of a storm event, imperviousness and stormwater pipe networks were obtained as the most significant hazard criteria. On the other hand, the comparison between the main clusters, i.e., vulnerability and hazard, indicates that these two classes have almost equal importance in terms of the flood risk concept in Istanbul. In addition, sensitivity analyzes were implemented in order to illustrate the stability and robustness of the fuzzy analytic hierarchy process applications. According to the district-based analyzes, Bayrampasa, Bagcilar and Esenler were found to be the three most risky districts with the significant effect of their dense populations. While Uskudar, Bayrampasa and Bagcilar districts stand out according to the hazard cluster representing the probability of flood events, it was concluded that special precautions should be taken for Gaziosmanpasa, Gungoren and Beyoglu districts according to the analyzes made within the generic of vulnerability cluster. According to the findings obtained in the second of the articles published within the scope of the thesis, disaster management and coordination authorities and local municipalities have point out that hazard and vulnerability clusters have almost similar importance in terms of flood risk. On the other hand, water and sewerage administrations take the hazard class into consideration, while universities consider vulnerability more important than the other. Once the produced flood risk maps and correlation analyzes are examined, one can conclude that there are high perception differences between the judgments of the experts from universities and water and sewerage administration, while perception similarities can be seen among other stakeholders. Therefore, this study highlighted that the inclusion of only one type of stakeholder in the flood risk management system is not sufficient to evaluate the overall flood risk criteria. Instead, it was concluded that the participation of various stakeholders from different disciplines is required to make more reliable flood risk analyzes. Hence, the results of this study not only provide a flood risk maps showing the most flood-prone districts of Istanbul, but also reveal the perception differences among various stakeholders who are responsible for taking the necessary measures to reduce, prevent and manage the flood risk. According to the findings obtained in the third of the articles published within the scope of the thesis, the income level, which is one of the criteria evaluated in the vulnerability class, not only affects all the vulnerability criteria, but also has been affected by the others (vulnerable structures, population density, vulnerable population, and education level). In addition, although the education level criterion affects all other criteria, it is only affected by the income level. Also, the population density criterion is almost as important as the education level according to the results of the study. The insight gained from the DEMATEL analysis has indicated that the population density is highly correlated with the education level and income level. Furthermore, the analyzes performed for the hazard cluster showed that the return period of a storm event is the most important criterion. Hence, especially considering extreme rainfall events where climate change has a great impact, district management authorities should take special measures such as flood-retardant structures and rainwater harvesting on their agenda to deal with the floods. In addition, storm water pipe networks and imperviousness criteria, which are among the other hazard related criteria, have been found to have very close importance to each other. At this point, the fact that districts with old or insufficient storm water drainage systems focus on these investments, increase the amount of green areas in districts where the land use includes urbanization intensively, or implement sustainable measures such as green roofs on existing buildings will make significant contributions to reducing the flood risk in the relevant regions and/or districts. In general, within the scope of this thesis, comprehensive flood risk analyzes were carried out for Istanbul. In addition, not only flood risk mapping, but also the ways to be followed for strategies to reduce the flood risk in risky areas are pointed out. In this context, it is believed that the publications contained in this thesis will be useful for not only Istanbul but also entire country and will play a guiding role in taking the necessary actions.
-
ÖgeÇoruh havzası'nın kurak dönem uzunluklarının belirlenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2004) Öztürk, Saffet ; Önöz, Bihrat ; 152310 ; Hidrolik ve Su Kaynakları MühendisliğiKuraklığın ekonomik ve toplumsal boyutlar üzerine önemli etkileri mevcuttur. Kuraklık, ülke ekonomisi, toplumun sağlığı, psikolojisi, ve ticareti ile yakından ilgilidir. Bu amaçla bir bölgede kurak devrelerin uzunluğunu ve dönüş aralığını belirlemek son derece önemlidir. Bu çalışmada, Çoruh Havzası'nda bulunan 2304, 2305, 2315, 2316, 2323 nolu 5 ayrı istasyonda ölçülen yıllık akım serileri kullanılarak, Gidişler Analizi ile, akımların negatif gidiş uzunlukları ve olasılık kütle fonksiyonları belirlenmiştir. En uzun kurak dönemlerin dönüş periyotları tahmin edilmiştir. İlk olarak, istasyonların tek tek hidrolojik bağımsız ve serisel bağımlı olmaları hali incelenmiştir. Negatif gidiş uzunlukları q = 0.5, 0.4 ve 0.3 kesim seviyeleri için belirlenmiştir. Kesim seviyeleri, normal, lognormal dağılım kabulleri yapılarak ve amprik olarak hesaplanmıştır. Akımların bağımsız oldukları durumda, gözlemlerin negatif gidiş uzunlukları ortalama ve varyans değerleri teorik değerlere yakın çıkmıştır. Sadece, 2304 nolu istasyonda q = 0.5 ve 0.4 için, 2305 ve 2315 nolu istasyonlarda q = 0.5 için değişiklikler göstermiştir. Akımların serisel bağımlı oldukları durumda gözlemlerin negatif gidiş uzunlukları ortalama ve varyans değerleri teorik değerlere yakın çıkmıştır. Bununla birlikte gözlem değerleri, logaritmik teorik değerlere daha yakın çıkmıştır. Teorik ve gözlemlerin negatif gidiş uzunlukları dağılımı q = 0.4 ve 0.3 için birbirine yakın çıkmıştır. q = 0.5 için ise değişiklikler göstermiştir. En uzun kurak dönem süresi, 2304 nolu istasyonda 9 yıl olarak bulunmuştur. Dönüş periyodu akımların bağımsız oldukları durumda 1024 yıl, akımların serisel bağımlı oldukları durumda ise 432 yıl olarak hesaplanmıştır. İkinci olarak, 2 istasyonun serisel ve karşılıklı bağımlı olmaları durumu incelenmiştir. Kesim seviyesi sadece amprik olarak belirlenmiştir. Ortak negatif gidiş uzunlukları q = 0.5 için bulunmuştur. Gözlemlerin ortak negatif gidiş uzunlukları ortalama ve varyans değerleri, 2304- 2305, 2305-2315, 2305-2316, 2305-2323, 2315-2316, 2315-2323 durumlarında teorik değerlere yakın çıkmıştır. Diğer durumlarda ise değişiklikler göstermiştir. Gözlemlerin ortak negatif gidiş uzunlukları dağılımı ile teorik dağılım 2304-2315, 2304-2323 ve 2316-2323 durumlannda yakın, çıkmıştır. Diğer durumlarda ise değişiklikler göstermiştir. Aynı yıllarda görülen en uzun kurak dönem süresi, 2304- 2305 nolu istasyonlarda 6 yıl, dönüş periyodu 95 yıl olarak hesaplanmıştır. Son olarak 3, 4 ve 5 istasyonun serisel ve karşılıklı bağımlı olmaları durumu incelenmiştir. Kesim seviyesi sadece amprik olarak bulunmuştur. Ortak negatif gidiş uzunlukları q = 0.5 için belirlenmiştir. 3 istasyon için, gözlemlerin ortak negatif gidiş uzunluktan ortalama ve varyans değerleri 2305-2315-2316, 2305-2315-2323 ve 2315-2316-2323 durumlannda teorik değerlere yakın çıkmıştır. Gözlemlerin ortak negatif gidiş uzunluklan dağılımı teorik dağılıma, 2304-2305-2315, 2304-2305- ıx 2323, 2304-2315-2323, 2304-2316-2323 ve 2305-2316-2323 durumlarında yakın çıkmıştır. Diğer durumlarda ise değişiklikler göstermiştir. Aynı yıllarda görülen en uzun kurak dönem süresi, 2305-2315-2316 nolu istasyonlarda 5 yıl, dönüş periyodu 83 yıl olarak hesaplanmıştır. 4 istasyonun serisel ve karşılıklı bağımlı olmaları durumunda ise gözlemlerin ortak negatif gidiş uzunlukları ortalama ve varyans değerleri teorik değerler ile değişiklik göstermiştir. Gözlemlerin ortak negatif gidiş uzunlukları dağılımı teorik dağılıma yakın çıkmıştır, sadece 2304-2305-2315-2316 durumunda değişiklik göstermiştir. Aym yıllarda görülen en uzun kurak dönem süresi, 2305-2315-2316-2323 nolu istasyonlarda 3 yıl, dönüş periyodu 44 yıl olarak hesaplanmıştır. 5 istasyonun serisel ve karşılıklı bağımlı olmaları durumunda, teorik değerler, P[XijX2j...X5j) olasılığı hesaplanamadığı için belirlenememiştir. Bu yüzden sadece gözlemlerin ortalama ve varyans değerleri hesaplanmıştır.
-
ÖgeDetermination of river pollution sources using source apportionment method: Ergene river(Institute of Science and Technology, 2018-06-08) Çingiroğlu, Fulya ; Tezel Kaynak, Burçak ; 501151745 ; Environmental Sciences, Engineering and ManagementErgene Watershed in Thrace Region has been in the news about the river pollution problems. The provinces within the watershed, especially Tekirdağ, have intense industrial activity due to the geographical location. Uncontrolled industrialization and unplanned urbanization have increased rapidly since 1990s in the region, and caused numerous environmental problems. Ergene River and its tributaries supply water to the watershed. A significant part of the industrial facilities is concentrated in the Çorlu-Çerkezköy region close to Çorlu Stream in Tekirdağ Province, and the pollution in the river starts in this region, which is at the beginning of Ergene River. The population has been also increasing by the influence of the organized industrial districts and industrial activities. There are approximately 1 768 000 people living and 2 000 industries in the region. Additionally, agricultural activities are carried out intensively in the watershed as well as the industrial activities. Water quality is analyzed to estimate pollution level and determine the potential uses of the water source. Sampling and measurements are the important steps in watershed management along with the inventory of pollution sources to identify the problem. Environmental Quality Standards (EQSs) for specific and priority pollutants recently included in "Surface Water Quality Regulation". Measurements of these pollutants give more information than the routine monitoring for conventional pollutants to distinguish different pollution sources. Firstly, Ergene Watershed, boundaries of watersheds, and river were determined using ArcGIS software using a current high-resolution Digital Elevation Model (DEM) dataset. The current river was investigated using Google Earth to take into account the human interferences such as changes in riverbed and water irrigation channels. A total of 75 sampling locations were determined according to the number and spatial distribution of discharge points in the watershed. Measurements were evaluated and statistical analyses were performed to understand the characteristics of Ergene River pollution and contributing sources. In this study, three season (summer, fall, and winter) measurements of several micropollutants in addition to conventional pollutants and metals were used from 75 sampling locations in Ergene River. Pollution sources and contributions need to be identified to understand the state of the pollution and control pollution sources. Thus, source identification and apportionment using multivariate statistical analysis techniques namingly Cluster Analysis (CA), Principal Component Analysis (PCA), and Positive Matrix Factorization (PMF) were performed for this study. Out of 223 micropollutants, total of 132 in summer, 136 in fall, and 97 in winter were detected at least one sampling location. The multivariate statistical analyses were performed for the whole river, main river, and Çorlu Stream only. CA using Ward linkage method was performed with measured pollutants and sampling locations for three seasons with normalized concentration values. CA for sampling locations indicated two main clusters; first one with relatively clean locations and another one with polluted locations for all seasons. In addition, heatmaps were created. PCA was performed to the three seasons with pollutants with at least one measurement above Limit of Detection (LOD). The first 5-6 principal components usually explain more variation and 50% of the total variance was explained with the first seven components. PCA was also performed only with pollutants with more than 12.5% and 25% detection efficiency. For these cases, and main river, Çorlu Stream results, explained total variances were increased for all seasons. Çorlu Stream for three seasons with >25% detection of pollutants was identified approximately 100% with ten components. Fifty percent of the total variance was explained with the first three components Çorlu Stream with all measurements as well. PMF runs were performed for three to seven factors for three seasons (summer, fall, winter) and three cases (whole river, main river, and Çorlu Stream). Optimum number of factors were found as six factors for Ergene River, six factors for main river, and five factors for Çorlu Stream in summer; five factors for Ergene River, six factors for main river, and five factors for Çorlu Stream in fall; five factors for Ergene River, five factors for main river, and four factors for Çorlu Stream in winter. These findings were also consistent with the PCA results in which the same factors explained approximately 50%, 70%, and 70% of the variability in the dataset for Ergene River, main river, and Çorlu Stream, respectively. PMF runs were performed for three to seven factors for three seasons and three cases with pollutants greater than 25% detection frequency, and almost all of these pollutants were categorized as "Strong" according to their S/N ratio. According to the quality of fit parameter (Qtrue/Qexpected), optimum numbers of factors were determined as six factors for Ergene River, five factors for main river, and six factors for Çorlu Stream in summer; six factors for Ergene River, five factors for main river, and six factors for Çorlu Stream in fall; five factors for Ergene River, six factors for main river, and six factors for Çorlu Stream in winter. PMF results for the main river and Çorlu Stream with pollutants greater than 25% detection frequency were found to give the most stable solutions and used for identification of the sources. After determination the number of factors, uncertainty runs using Bootstrap (BS) and Displacement (DISP) methods were performed to understand the contributions of pollutants to source profiles. Factor fingerprints, factor contributions, and uncertainty methods error estimations of factor contributions for main river in three seasons were obtained. Major contributed pollutants for the factors and their contribution (%) in main river were combined, and contributions were indicated the important pollutants in each factor. According to pollutants with high factor profile percentages and low uncertainty, ranking was made. To understand the location of pollution sources, the factor contributions to the sampling locations of PMF were plotted against the distance from the beginning of the river (km) and the direction of flow. According to PMF results, Factor 1 was characterized by industrial pollutants, Factor 2 was by industrial, domestic, and agricultural pollutants, Factor 3 by industrial pollutants used in corrosion inhibitor, automotive and metal production, Factor 4 by pesticides, and Factor 5 strongly by metal pollutants in summer. In fall, Factor 1 was characterized by mixed industrial and domestic pollutants, Factor 2 by pesticides, insecticides, and herbicides, Factor 3 by industrial, domestic, and agricultural pollutants, Factor 4 mostly by domestic pollutants and Factor 5 by NO3 and pesticides. In winter, Factor 1 was characterized by specific industrial pollutants which can be identified as solvent and paint industry, Factor 2 by metal pollutants, Factor 3 by conventional pollutants and corrosion inhibitors, drug precursors, Factor by industrial pollutants and Factor 5 by metal pollutants, Factor 6 was strongly influenced by conventional and domestic pollutants in winter. According to PMF factor contributions for sampling locations, Factor 1 in summer, Factor 1 in fall, and Factors 1 and 4 in winter; Factor 2 in summer, Factor 3 in fall, and Factor 3 in winter; Factor 3 in summer, Factor 3 in fall, and Factor 4 in winter; Factor 4 in summer, Factor 5 in fall, and Factor 3 in winter; and Factor 5 in summer, Factor 4 in fall, and Factor 5 in winter were found similar contributed in main river. Factor 2 in winter was not related other factors in other seasons. According to PMF factor contributions for pollutants in main river, Factors 1 in summer, 1 in fall, and 4 in winter, Factors 2 in summer, and 3 fall, Factors 4 in summer, 5 in fall, and 4 in winter, Factors 5 in fall, 5 in winter were found similar.
-
ÖgeDoğa Koruma Alanları İçin Bir Yönetişim Modeli Önerisi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020) Gündoğan, Şeymanur ; Gülersoy, Nuran Zeren ; 637476 ; Kentsel TasarımDoğa koruma alanlarının iyi yönetilmesi, biyolojik çeşitliliğin korunması, doğal kaynakların yönetilmesi ve iklim değişikliğinin önlenmesi gibi küresel ölçekte var olan sorunlar için çözüm olması anlamına gelmektedir. Bu nedenle, koruma ve yönetim eylemleri doğa koruma alanlarının korunarak gelecek nesillere aktarımında kilit unsur olarak görülmektedir. Son yıllarda IUCN gibi global olarak doğa koruma alanlarının korunmasında görev yapan kuruluşlar tarafından yeni yaklaşımlar ortaya konulmuştur. Doğa koruma alanlarının yönetimi yerine yönetişimi kavramı ortaya konularak işbirlikçi korumaya vurgu yapılmaktadır. Yönetişim kavramı Biyolojik Çeşitlilik Sözleşmesi'nin Archi hedeflerinde yer almakta olup, ülkelerin ulusal mevzuatlarına farklı yönetişim türlerinin eklenmesi konusunda birçok uluslararası direktif bulunmaktadır. Ülkemizde ise doğa koruma sistemi içerisinde 2011 yılında köklü değişiklikler meydana gelmiştir. Bu durum yetkili kurumlar arasında yetki karmaşası, yasaların uygulanması konusunda farklı yorumlara sebebiyet vererek etkin ve verimli korumanın önünde engel oluşturmuştur. Bu noktadan hareket ile, bu tez çalışması, doğa koruma alanlarının etkin ve verimli bir şekilde korunması için gerekli olan kilit unsurlardan birinin yönetişim olduğu hipotezinden yola çıkarak doğa koruma ve yönetişim konuları arasındaki ilişkiyi incelemiştir. Doğa koruma alanlarının sınırlarının çizilmesi ve ilan edilmesi süreci ile koruma eyleminin tamamlanmadığı, tüm bu süreçlerin yanında dinamik bir yapı sergileyen doğa koruma alanlarının yönetimi ve yönetişimi konusunda yapılması gereken eylemler olduğu düşünülmektedir. Bu tez çalışması boyunca doğa koruma alanlarının yönetişimini etkileyen ana unsurlar üzerinde durularak yeni yaklaşımlar incelenmiştir. Türkiye'de mevcut yönetim sorunlarından olan doğa koruma alanlarının korunmasında, etkin ve verimli yönetimin önünde engel olarak görülen iki farklı bakanlığın bulunması ve kurumlar arası eş güdümün sağlanmaması, bütüncül bir doğa koruma yasasının oluşturulmaması gibi koruma yönetimine ait sorunların çözümünde dünyada hızla yayılan "yönetişim" modeli ile yeni bir yapılanma önerilmesi araştırmanın amacı olarak belirlenmiştir. Tez çalışmasının araştırma yöntemi, literatür araştırması yapılması ve konuyla ilgili uygulama örneklerinin incelenerek sistem önerisi geliştirilmesi şeklinde belirlenmiştir. Tez çalışmasının literatür araştırması bölümünde, doğa koruma alanlarının tarihsel gelişimi ve doğa koruma alanı kavramı üzerinde durularak koruma ve yönetim eylemlerinin öznesi araştırılmıştır. Doğa koruma alanlarının farklı özelliklerine göre ayrılarak sınıflandırılması yönetim ve koruma eylemleri açısından gerekli olduğu için doğa koruma alanlarının uluslararası ve ulusal sınıflandırma sistemleri incelenmiştir. Literatür araştırmasının son bölümünde ise, doğa koruma alanlarındaki yönetişim kavramı, yönetişim tipolojileri ve ne tür yönetişim modeli uygulamalarının yapıldığı araştırılarak doğa koruma ve yönetişim ilişkisi incelenmiştir. Tez çalışmasının üçüncü bölümünde örnek ülkelerin ve Türkiye'nin doğa koruma sistemleri, idari yapı, doğa koruma sistemine dahil olan aktörler ve kurumlar, yasal mevzuat ve doğa koruma alanlarının yönetiminde belirlenen ulusal stratejiler bağlamında karşılaştırılmıştır. Türkiye ile karşılaştırılan ülkelerin (Fransa, İtalya, İspanya) doğa koruma sistemlerinin yönetimi konusunda potansiyelleri üzerinde durulmuş ve model önerisi için veri toplanmıştır. Bu bölüm içerisinde dünya genelinde uygulama örnekleri seçilerek ve başarılı kabul edilen yönetişim modelleri incelenmiştir. Uygulama örnekleri olarak Avustralya'dan UNESCO Doğal Miras Listesinde yer alan Riding Mountain Biyosfer Rezervi ve Kanada'da yine UNESCO Doğal Miras Listesinde yer alan Büyük Set Resifi Deniz Parkı incelenmiştir. Yönetişim modelleri incelenirken yine coğrafi yapı, aktörler ve kurumlar, yasal mevzuat ve stratejiler üzerinden sistematik bir inceleme yapılmıştır. Tez çalışmasının dördüncü bölümünde, Türkiye'de bulunan doğa koruma alanları için bir yönetişim modeli önerilmiştir. Önerilen bu model Türkiye'deki doğa koruma sisteminin yasal ve yönetsel yapısı üzerinden kurgulanmıştır. Yönetişim modeline oluşturulurken yararlanılan kavram ve örnek model incelemeleri üzerinde durulduktan sonra dört aşamaları bir model ortaya konmuştur. Modelin ilk aşaması olan hazırlık aşamasında doğa koruma sistemine ilişkin ilke ve kriterler ortaya konulmuştur. Hazırlık aşamasında modele ilişkin değerler ortaya konulduktan sonra 8 adet ilke ve 22 adet kriter belirlenerek bir çerçeve oluşturulmuştur. Ardından mevcut yönetim modeli için yönetişim analizleri yapılarak bir değerlendirme çalışması yapılarak mevcut durum ve sorunları belirlenmiştir. Yapılan bu analizler ile doğa koruma sisteminin mevcut yönetişim yapısının mekansal dağılımı, yasal mevzuattaki varlığı ve türü, yönetişim kalitesi gibi konularda durum analizi yapılarak varılmak istenilen amaca ilişkin değerlendirmeler yapılmıştır. Değerlendirme ve analiz aşamasından sonra üçüncü aşama olan öneri aşamasında mevcut sistemin yeni amaca uygun hale getirilmesi için birtakım önerilerde bulunulmuştur. Öneri aşamasında mevcut doğa koruma sistemini daha güçlü hale getirmek ve yönetişim etkinliği artırmak için yapılacakların yasal mevzuata tanınması için gerekli aşamalar sıralanmıştır. Modelin son aşaması olarak yönetişim eylem planı ile kısa, orta ve uzun vadeli plan ve teşvikler ile yönetişim etkinliği artırmak ve bunun sürdürülebilirliği sağlamak yapılcaklar zaman çizelgesine göre listelenmiştir. Sonuç olarak doğa koruma alanlarının etkin ve verimli korunması bağlamında, doğa koruma alanlarının yönetişim modelinin etkinliği önem teşkil etmektedir. Ortaya konulan doğa koruma alanlarının yönetişim modeli önerisi ile mevcut yetki çatışmalarının yasal ve yönetsel boyutta çözüme ulaştırılması ve doğa koruma alanlarının çok aktörlü bir yapı ile yönetilerek koruma eyleminin sadece merkezi hükümet düzeyinde değil, yerel düzeyde de bilinçli bir çaba haline gelmesini sağlamaktır.
-
ÖgeDökmetaş tipi dalgakıranlar yakınındaki düzenli dalga altında türbülans karakteristiklerinin deneysel olarak belirlenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-05-04) Durmuş, Özgür ; Çokgör, Şevket ; 517082005 ; Kıyı Bilimleri ve MühendisliğiDökmetaş tipi dalgakıranlar tüm dünyada uzun yıllardır ve çok çeşitli kıyı mühendisliği sorunlarının çözümü olarak uygulanmışlardır. Bu yapılar etrafındaki akım ve hız koşullarının incelenmesi; fonksiyonellikleri, dayanımları ve yakın çevrelerinin morfolojisi üzerinde yarattıkları etkilerin anlaşılması açısından önem arz etmektedir. Bu çalışmada dökmetaş tipi dalgakıranlar önündeki hız alanlarıyla ilgili laboratuvar ortamında ölçülmüş veriler sunulmuştur. Hız ölçümleri düzenli dalga koşulunda ve dalgakıran yakınında, bir akustik Doppler hız ölçeriyle (Nortek Vectrino) gerçekleştirilmiştir. Deneyler İTÜ Hidrolik Laboratuvarında bulunan 26 m uzunluğunda, 0.98 m genişliğinde ve 0.85 m yüksekliğindeki iki boyutlu dalga kanalı ile 26 m uzunluğunda, 6 m genişliğinde ve 1.4 m yüksekliğindeki üç boyutlu dalga kanalı olmak üzere iki farklı kanalda yürütülmüştür. Elde edilen veriler kullanılarak türbülans çalkantılarını faza bağımlı dalga hareketinden ayırabilmek için hem polinom yaklaşımı hem de sağlam (robust) yerel regresyon yöntemleri kullanılmıştır. Her bir dalga periyodu için türbülans çalkantılarının yatay ve düşey doğrultulardaki karesel ortalama değerleri (RMS) elde edilmiştir. Ayrıca dalgakıran önünde türbülans kayma gerilmesi (TSS) ve türbülans kinetik enerjisi (TKE) değerleri hesaplanmıştır. Daha sonra çalkantı bileşenleri (u_rms^', v_rms^',w_rms^'), TKE ve TSS değerlerinin kontür grafikleri çizilerek konuma bağlı değişimleri incelenmiştir. Sonuçlar, dalgakıran üzerinde dalga sıkışması olduğunda türbülans şiddetinin daha büyük değerler aldığını göstermiştir. Diğer yandan, pürüzlü yüzey etkisinin bir sonucu olarak en büyük türbülans kayma gerilmesi değerleri dalgakıran yüzeyinin yakınlarında gözlenmiştir.
-
ÖgeDynamic membranes in aerobic membrane bioreactor systems for municipal wastewater treatment(Graduate School, 2021-06-08) Işık, Onur ; Demir, İbrahim ; Özgün, Hale ; 501142704 ; Environmental Sciences Engineering and Management ; Çevre Bilimleri Mühendisliği ve YönetimiThe amount of municipal wastewater produced around the world is expected to increase parallel to the increase in population. Therefore, the treatment of municipal wastewater is very crucial for public health. Conventional activated sludge systems have been used for the treatment of municipal wastewater for a long time. Due to limited area availability and stringent discharge standards in most cases, compact treatment systems enabling high effluent quality have become attractive recently. Membrane bioreactor (MBR) technology is a good alternative to conventional activated sludge systems. There are several advantages of MBR technology over conventional biological treatment systems. Low footprint and high permeate quality can be considered as the most distinguishing features of the MBRs. Due to the retention of high suspended solids concentration in the bioreactor, smaller reactor volume and low sludge production can be achieved by the MBR process. However, some constraints have been observed during the operation of MBRs including membrane fouling and membrane costs. Dynamic membrane (DM) technology is a promising solution for problems encountered during the operation of MBRs for wastewater treatment. Membranes can be substituted with coarse-pore filters made of low-cost materials such as meshes or fabrics in dynamic membrane applications for cake (DM) layer formation. DM is a secondary layer formed on a low-coast porous support material. DM layer acts like a Microfiltration (MF) or Ultrafiltration (UF) membrane and keeps the sludge particles inside the bioreactor providing high permeate quality. Besides, physical cleaning, without using chemical reagents, may be enough for cleaning in dynamic membrane bioreactors (DMBRs), thus, the operational costs can be reduced. Flat sheet submerged module configurations were mostly used for aerobic DMBR studies for municipal wastewater treatment in the literature. Also, few studies used tubular modules in DMBRs. However, no studies reported using hollow fiber modules in the literature. The main aim of this thesis was to investigate the applicability of hollow fiber DM for municipal wastewater treatment in an aerobic DMBR. This thesis was conducted in 6 Stages. In stage 1, a hollow fiber polyester fabric support material was used for DM formation and compared with a commercial hollow fiber UF membrane. The system was fed with medium strength synthetic municipal wastewater to keep the characteristics of the wastewater same, and to evaluate the treatment and filtration performances of both membranes clearly. Morphological analyses were also carried out for DM and UF surfaces. The system was operated continuously at a flux of 5 L/m2·h for 85 days. High chemical oxygen demand (COD) removal efficiency and total suspended solids (TSS) rejection were achieved by the DM. Transmembrane pressure (TMP) of the DM was higher in comparison to the UF membrane, which was related to the formation of the cake layer in DM. In Stage 2, impact of support material type on DMBR performance was investigated for municipal wastewater treatment. A hollow fiber polyester support material was compared with a glass fiber support material in terms of treatment and filtration performances. Medium strength synthetic municipal wastewater was used for a stable feed characteristics. Similar treatment performances were obtained with each membrane achieving high removal efficiencies for COD(>97%) and TSS (>99%) parameters. Higher TMP was observed for glass fiber material in comparison to polyester material. Based on morphological analyses, dynamic layers formed on both support materials had similar compositions, organic and inorganic materials. A homogeneous layer was formed on a polyester support material, while fine particles were deposited between the filaments of glass fiber support material, which caused clogging. In Stage 3, a hollow fiber polyester fabric support material was used for DM formation for raw municipal wastewater treatment. The wastewater had average COD concentration of 413 mg/L, sCOD concentration of 208 mg/L and TSS concentration of 259 mg/L. Treatment and filtration performances were evaluated. High treatment performance was obtained in the permeate achieving over 93% of COD removal efficiency and low TSS concentration (<10 mg/L) in the permeate. The average TMP value was observed as around 598 mbar after the system reached stable conditions. In Stage 4, effect of different TSS concentrations on the DM layer was evaluated in terms of biological treatment and filtration performances. Hollow fiber polyester support material was used for DM layer formation. Treatment and filtration performances of the DMBR were investigated at two different TSS concentrations (5 g/L; 10 g/L). The DMBR was operated at a flux of 18 L/m2·h at each condition. High treatment performance and permeate quality were achieved at each sludge concentration. However, a shift to a relatively higher range in particle size distribution of permeate was observed at high sludge concentration. Furthermore, higher TMP was observed at the sludge concentration of 10 g/L, resulting in a rapid clogging. Overall, results indicated that selection of the optimum sludge concentration played a significant role in achieving homogeneous and stable DM layer in DMBRs. In stage 5, hollow fiber polyester support material was used for DM formation and compared with a commercial UF membrane in terms of micropollutant and heavy metal treatment performance from raw municipal wastewater, also biological treatment and filtration performances were evaluated. The removal of different micropollutants; sulfamethoxazole, ciprofloxacin, trimethoprim, caffeine and acetaminophen, was assessed for both membranes. The membranes were operated at a flux of 10 L/m2·h. High TSS (>99%) and COD (> 91%) removal efficiencies were achieved with both membranes. Similar high removal efficiencies of micropollutants (>68.3->99.7%) were achieved with both membranes. DM was operated at higher TMP compared to UF membrane, since DM layer was formed on the support material. Morphological analyses were conducted for both membranes to get insight to the DM layers which accumulated on the membranes. In Stage 6, effect of using different inoculum on DMBRs performance was investigated. Excess sludge from HRAS and conventional activated sludge system retuned activated sludge were used as inoculums. Conventional UF membrane was used in parallel with a dynamic membrane (DM) in the same reactor to be operated at the same conditions. Both sludges were characterized to understand the changes during the operational period. Biological treatment and filtration performances of both membranes were investigated. High TSS (>99%) and COD (> 86%) removal efficiencies were achieved with both membranes for both inoculum sludge. Because of the inoculum sludge characteristics, lower TMP values were observed for DM at Phase-2. Morphological analys (ESEM measurement) was conducted to understand the effect of different inoculum on the sludge cake on the surface of the membranes.
-
ÖgeEffect of dynamic pet scaling with LAI and aspect on the spatial performance of a distributed hydrologic model(Graduate School, 2023-01-23) Demirci, Utku ; Demirel, Mehmet Cüneyd ; 501191520 ; Hydraulic and Water Resources EngineeringThere are many valuable materials in world but non of them is as vital as water. Humankind has wanted to control water throughout history. First calendars were invented to predict dry and wet seasons. Floods of rivers were calculated, and irrigation systems designed. Astronomy was used to monitor the movements of Sun, Moon, and Earth to predict tides. Therefore, desire to control water is important reason to lead people to build megastructures. Today, huge dams were built for irrigation, flood control, water supply and energy production for cities. With the advancement of technology, opportinutities and development in observation system are increased. For example, Global Navigation Satellite Sysytem (GNSS), photogrammetry, Light Detection and Ranging (LIDAR) and Radio Detecting and Ranging (RADAR), Geographic Information System (GIS), and remote sensing. Additionally, surveying, and geological techniques are developed. Therefore, to improve model many different parameters are taken consideration. For example, temperature, humidity, soil type parameters, vegetation, aspect etc. In this thesis, we examine the effect of leaf-area-index (LAI) and aspect together on the model simulated actual evapotranspiration (AET) and water balance. Evapotranspiration covers both water evaporation and transpiration. The mesoscale Hydrological Model (mHM) which is fully distributed model process calibration the cycle for five different cases. PET correction driven by neither LAI nor aspect in Case 0. The purpose of adding this case to see the vegetation and aspect effect by comparing other cases. Aspect driven results have been checked in Case 1. Aspect defines direction of slope faces. Aspect is a degree that takes values from 0 to 360. LAI driven results have been checked in Case 2. LAI is the ratio between the vegetation area and the total area. Therefore, LAI is a unitless parameter. LAI, and aspect driven by the weight number results have been checked in Case 3. LAI, and aspect correction numbers are multiplied for PET correction and the results were checked in Case 4. Study area was selected as Main Basin where is part of the Middle Rhine in Germany. Main Basin was selected because gauge station of basin has longterm discharge data without missing values. Static maps (DEM, land use, soil maps etc.), temperature, and precipitation inputs between 2002 and 2014 are added to mHM. Flow values are taken from Global Runoff Data Center (GRDC). Spatial maps are referenced from datasets of moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS), European observation (E-OBS), and The Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). To improve water balance and spatial pattern of AET simulations, Kling-Gupta Metric (KGE) and Spatial Efficiency Metric SPAEF are used. For water balance simulation, one outlet gauge is used for calculations with objective function of KGE. For spatial pattern of AET, objective function of SPAEF is used. Best solutions and sensitivity of parameters were selected by sum of objective functions of KGE and SPAEF. In the continuation of study, the Parameter Estimation Tool (PEST) was used for sensitivity analysis and twenty-six parameters were selected. These sensitive parameters selected according to objective functions. Accoording to result, sensitive parameters contain especially LAI, aspect, and soil parameters. Selected parameters calibrated for each case by using Optimization Software Toolkit (OSTRICH) with Pareto Archived Dynamically Dimensioned Search (PADDS) algorithm. According to best result of each case, Case 3, and Case 4 show better performance than other cases both on water balance and spatial pattern of AET. This result show that using both LAI and aspect increase simulation performance of mHM. Case 2 also show better performance than Case 1 and Case 0. In this way, LAI corrected PET made simulation on streamflow and spatial pattern of AET better than aspect corrected case, and not corrected case. Raw PET water balance result is better than aspect corrected one. Best result of Case 3 is closer to the theoretical best sum of SPAEF and KGE than Case 4. That result show that using weight parameter (alphax) exhibited slightly better result than multiplied LAI and aspect corrected case. However, except best solutions Case 4 has better solution than Case 3 for only SPAEF. Additionally, validation with six gauges was done. Case 3 and Case 4 showed better KGE performance than other case. Especially Case 3 similarity with observed discharge is much higher than other cases with six gauges validation. Although the thesis is based on one basin study area, the findings suggest validating and calibrate AET and discharge by using both LAI and aspect.
-
ÖgeExperimental study on interaction of unsteady flow with bridge piers with different cross sections(Graduate School, 2021-09-16) Gargari, Mehrnoush Kohandel ; Kırca Özgür, Veysel Şadan ; 501152502 ; Hydraulics and Water Resources EngineeringThe problem of interaction between a vertical cylindrical structure (such as a bridge pier or pile) and a gradually varying unsteady flow is addressed in this study. In practice not only circular cylinders, but also various hydraulically streamlined cross-sections are used in bridge piers. The flow structure around these obstacles are significantly altered which leads changes in bed shear stress and amount/geometry of scour that takes place around the bridge pier. In this thesis, the flow-pile interactions under the unsteady flow are investigated, and as such, the similarities and differences in comparison to the case of steady flow are determined. The spatial variations of Reynolds averaged velocity and turbulence characteristics around the cylindrical structures are determined as a useful tool to help us understand how the flow patterns in the wake of the cylinders reacts with change in the cross-sections both in unsteady and steady flows. Although many studies in the literature have dealt with the flow around similar structures, most of these studies are limited to circular cross-sections. Furthermore, due to the complex nature of unsteady flows, there is a gap in the literature regarding studying the effects of local and convective acceleration in the case of gradually-varied unsteady flows. The current experimental study will concentrate on the flow alterations in the wake of cylindrical structures with different cross-sections in the presence of unsteady flow (i.e. during the passage of a hydrograph) in help to fulfil the aforementioned knowledge gap in the literature. Therefore, in this thesis, an experimental study was conducted comprising rigid bed experiments in a 30m long and 1m wide recirculating flume equipped with a variable discharge pump. Circular cylinders with 9 cm diameter (D=9 cm) are used, and elongated cylinders with aspect ratios of L/D=2, 3 and 4 are also investigated. To understand the influence of accelerating and decelerating flow conditions, three unsteady cases with different unsteadiness degrees were tested as well as a reference steady flow case. The spatial and temporal variations of Reynolds-averaged velocity and turbulence characteristics around the pile, as well as undisturbed flow, were analysed. Findings show that there are distinct differences between the tested gradually-varied unsteady flow cases and the reference steady flow case. Three-dimensional velocity measurements were conducted via an Acoustic Doppler velocimeter (ADV) at more than 200 locations for each of the test conditions. Moreover, water level and hydraulics slope values were recorded by use of resistant-type water level sensors. The data were analyzed to obtain spatial and temporal variation of Reynolds-averaged velocities and turbulence characteristics (fluctuating components, Reynolds stresses, turbulent kinetic energy) under steady and unsteady flow case in a comparative manner. Findings show that there are distinct differences between steady and unsteady flow conditions around bridge piers. Considering circular bridge piers, the wake turbulence was observed to get significantly higher during the rising stage of the hydrograph compared to the falling stage, whereas the turbulence due to lateral flow contraction exhibits an inverse behavior. The near bed flow around the bridge pier was seen to react the changing pressure gradient much quicker compared to the main flow region, where the reaction was much delayed, causing a longer recirculation region during the falling stage of the hydrograph. It is concluded that the flow structures foreseen for steady flow becomes noticeably altered in the case of unsteady flow, and these alterations are suggested to be considered in the engineering practices. The Reynolds-averaged velocity vs. Turbulence kinetic Energy plots of undisturbed flow indicated a hysteresis effect, such that larger turbulence is generated during the falling stage of the flow compared to the rising stage. This hysteresis was considerably reduced in the pile wake, and even reversed hysteresis was seen at certain cases. The spatial variation of Reynolds-averaged velocity and turbulence in the peak instant of unsteady flow was qualitatively similar to that of steady flow, but quantitatively, turbulence, flow contraction, and velocity deficit in the near-wake region were smaller in the case of unsteady flow. Contrarily, the unsteady flow generated remarkably higher turbulence levels at further downstream in the pile wake. It is concluded that in the case of unsteady flow the pile behaves as if it has a more streamlined shape. The results were also interpreted from structure-bed interactions perspective, explaining the differences between the pile scour induced by steady and unsteady flow conditions.
-
ÖgeFizik tabanlı tam yayılı hidrolojik modellerin kalibrasyonunda uydu tabanlı verilerin kullanılması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-31) Avcuoğlu, Muhammet Bahattin ; Demirel, Mehmet Cüneyd ; 501072503 ; Hidrolik ve Su Kaynakları MühendisliğiHidrolojik model parametreleri geleneksel yaklaşımda havza çıkışında gözlenen günlük nehir akım verileriyle tahmin edilmeye çalışılır. Modern yaklaşımda ise akım verileri yanında herkese açık uydu tabanlı uzaktan algılama verilerinden de azami istifade edilmeye çalışılır. Uzaktan algılama verilerinin kullanıldığı yöntem ile ulaşılan alansal model çıktıları, sadece akım verisiyle elde edilen noktasal iyileştirme sonuçlarına göre daha tutarlı ve güvenilirdir. Bu nedenle fizik tabanlı sonlu elemanlar yöntemiyle çalışan matematiksel havza modellerinin uydu verileriyle kalibrasyonu dünyada giderek yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmamızın amacı uzaktan algılama yöntemleriyle elde edilmiş buharlaşma ve terleme verilerinin hidrolojik model kalibrasyonuna etkilerini araştırmaktır. Bunun için veri kalitesi yüksek Fransa'nın Vienne havzasında fizik tabanlı tam yayılı mHM modeli kurulmuş ve 11 senaryolu kalibrasyon deneyleri yapılmıştır. 2002-2014 kalibrasyon dönemindeki modelin akım benzeşim performansı modelin günlük akım çıktıları ile gözlenen akım değerleri arasında hesaplanan KGE, modelin alana yayılı fiziksel performansı ise mHM'in uzun dönem (2002-2014) aylık buharlaşma ve terleme (AET) raster çıktı haritaları ile referans MODIS-AET raster haritaları arasında üçer aylık üç dönemde (1. dönem: Mart, Nisan, Mayıs, 2. dönem: Haziran, Temmuz, Ağustos 3. dönem: Eylül, Ekim, Kasım için) hesaplanan SPAEF değerleri ile ortaya konmuştur. 1998-2001 arası 4 yıl ön koşturma (spin-up) dönemi olduğundan performans hesaplarına dahil edilmemiştir. Model parametreleri Ostrich yazılımı içerisinde bulunan 750 iterasyonlu paralel pareto-DDS (PARA-PADDS) yöntemi kullanarak kalibre edilmiştir. Sonuçlara göre, sadece havza çıkışında konumlandırılan bir tek akım gözlem istasyonundan elde edilen akım verilerinin kullanıldığı kalibrasyonda (senaryo 1) modelin akım performansı beklendiği gibi çok yüksek (KGE 0.91, maksimum değeri 1); modelin AET performansı ise üç dönemde de çok düşüktür (SPAEF -0.16, -0.21, -0.26). Havza çıkışındaki AGİ ve nehrin farklı alt kollarında konuşlu 3 AGİ'den alınan akım verileriyle 4 AGİ'li kalibrasyonda (senaryo 2) ortalama KGE 0.91'den 0.37'ye düşerken ve üç dönemin SPAEF değerleri -0.72, 0.76, 0.55 olmuştur. Tek AGİ ve uydu verili kalibrasyonda (senaryo 3) akım performansında 0.91'den düşme çok sınırlı olmuş (KGE 0.90), bunun yanında AET performansı üç dönemde de önemli oranda iyileşmiştir (SPAEF 0.64, 0.77, 0.74). Akım ölçümü hiç olmayan sadece uydu verili kalibrasyonda (4. senaryo) su dengesi sağlanamamış (KGE -0.24), üç dönemde SPAEF 0.39, 0.69, 0.67 değerlerini almıştır. Veri eksikliği yaşanan havzalar için iki senaryo (5 ve 6) kurgulanmıştır. Bir yılda ve sadece her ayın ortasında tek ölçüm, toplamda 12 adet akım verisi ve MODIS-AET uydu verisiyle kalibrasyonda (senaryo 5) su dengesi ve AET performansının iyileştiği gözlemlenmiştir (KGE 0.67 ve üç dönemde SPAEF 0.65, 0.82, 0.76). MODIS-AET yanında sadece bir yıllık günlük akım verileri kullanılan 6. senaryoda KGE 0.72 ve üç dönemde SPAEF 0.64, 0.80, 0,79 değerlerini almıştır. Kurgulanan diğer 5 farklı senaryoda karasal gözlemler yerine global akış verilerinden elde edilen zaman serileri kullanılmıştır. Bu diğerlerinden farklı 5 senaryoda bilhassa hiçbir ölçüm verisinin olmadığı havzalarda çok amaçlı çoklu kalibrasyon yaklaşımının karasal gözlemlerden tamamen bağımsız olarak yürütülüp yürütülemeyeceği sorusuna cevap aranmıştır. ERA5_LAND ve GLDAS akış verilerinin kullanıldığı senaryolarda uydu verisi MODIS-AET kullanılmıştır. Bu senaryolar içinde S11`de GLDAS ve MODIS-AET aylık ortalamalar ile yapılan çok amaçlı çoklu kalibrasyonda su dengesi önemli ölçüde sağlanmıştır. Bu senaryo kurgusunda diğerlerinde olduğu gibi karasal gözlemlerin bulunmadığı kabulünden yola çıkarak akış verisi ve AET verisi ücretsiz olarak uydu ve uydu bazlı yeniden analiz ürünü olarak temin edilmiştir. GLDAS global yeniden analiz ürünü yayılı akış verileri uzun yıllar ortalması 12 aylık zaman serilerine dönüştürülerek MODIS`den alınan yayılı AET verileri ile birlikte kalibrasyonda kullanılmıştır. KGE değerinin 0,37`ye çıkmasına rağmen SPAEF değerlerinin sırası ile 0,63; 0,78 ve 0,75 değerlerini alması diğerleri ile kıyaslandığında su dengesini önemli ölçüde sağlamıştır. S7 senaryosunda 2002-2014 yılları arası ERA5_LAND akış verisinin zaman serileri kullanılırken MODIS AET verileri patern yönünden hedeflenmiştir. Bu kurguda KGE değerleri sıfıra yakın çok küçük değerler alırken SPAEF okumaları HTA ve EEK dönemlerinde yüksek okumalar vermiştir. Fakat su dengesi sağlanamamıştır. S8 kurgusunda ERA5_LAND için 2002-2014 arası uzun dönem aylık veriler kalibrasyonda kullanılmıştır. MODIS AET veriside çok amaçlı çoklu kalibrasyonun diğer amaç fonksiyonuna konu edilen alansal girdisi olmuştur. Bu kurguda SPAEF değerlerinin yüksek değerler alması (0,64; 0,78; 0,73) yanında KGE okumaları sınırlı bir iyileşme göstermiştir (0,18). Her ne kadar havzanın fiziki temsili iyileşmiş olsada su dengesi sınırlı kalmıştır. 9 numaralı senaryoda akış verisi uzun yılların ortalaması alınarak aylık toplamlar şeklinde akış serilerine sokulurken kalibrasyon için bir diğer girdi yine MODIS AET olmuştur. Bu kurguda SPAEF değerleri önemli ölçüde yükselme gösterirken (0,63; 0,77; 0,80) KGE değeri eksi değerler alarak (-0,18) su dengesinden uzaklaşılmıştır. S10 için yapılan kurguda hatanın amaçlandığı akış serileri ve patern yönünden amaçlanan AET verileri ERA5_LAND ürünü olarak temin edilmiş ve kalibrasyonda başka bir veri kullanılmamıştır. ERA5_LAND akış ve AET verileri uzun yıllar aylık ortalamalar şeklinde kalibrasyonda kullanılmıştır. Bu kalibrasyon neticesinde elde edilen debi ve AET simülasyonlarına ait benzeşim başarısı KGE için -0,23 değerini alırken SPAEF değerleri sırası ile 0,02; 0,29 ve 0,37 değerlerini almıştır. Su dengesinin en fazla bozulduğu ve performansı en düşük olan senaryo kurgusu burada ortaya çıkmıştır. Global ürünlerle yapılan kalibrasyonda en iyi performansı S11 senaryosu sağlarken en kötüsünü S10 sağlamıştır. Sonuçlarımız akım ölçümleri eksik ve yetersiz havzalar için ümit vericidir. Bu çalışma, fizik tabanlı modellerin uydu verileri ve uygun amaç fonksiyonları ile kalibre edildiklerinde havzanın fiziğiyle uyumlu, su dengesini de bozmayan optimum parametre setine ulaşılabildiğini göstermiştir. Bir diğer önemli çıktı ise karasal gözlemlerin hiç olmadığı bir havzada dahi ücretsiz uydu verileri ve global ürünler kullanılarak kalibrasyon başarısı sağlanabilmektedir.
-
ÖgeGemilerde kullanılan seçici katalitik indirgeme sistemlerinde tortu oluşumunun ve azot oksit indirgeme performanslarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-19) Canyurt, Talat Gökçer ; Ergin, Selma ; 508162007 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları MühendisliğiGemiler, dünya çapında mal ticareti ve deniz ulaşımı için kritik role sahip olmaları ile beraber çevreye ve insan sağlığına zarar veren gazlar (emisyonlar) yaymaktadır. Emisyonların kontrolü için çeşitli Emisyon Kontrol Sistemlerine (EKS) başvurulmaktadır. Dizel motorlu gemilerin yaydığı emisyonlar arasında azot oksit (NOX) emisyonları çevreye ve insan sağlığına tehdit oluşturabilirler. Bu nedenle, gemi endüstrisinde NOX emisyonlarının kontrolü için teknolojik çözümler geliştirilmektedir. Gemilerin NOX emisyonlarının kontrolünde en umut vadeden EKS teknolojileri arasında Seçici Katalitik İndirgeme (SCR) sistemleri gösterilebilir. Günümüz dizel teknolojisi ile Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO)'nün Emisyon Kontrol Alanları (ECA) bölgelerinde geçerli Aşama III emisyon limitleri sağlanamamaktadır. Bu yüzden gemiler için SCR sistemleri üzerine yapılacak araştırmalar önem arz etmektedir. Gemilerin yaydığı NOX emisyonlarının kontrol altına alınabilmesi için yüksek performanslı SCR sistemi tasarımının ortaya konulması önemlidir. Karmaşık kimyasal reaksiyonların gerçekleştiği SCR sistemlerinde istenmeyen kimyasal reaksiyonlar sonucu EKS metal yüzeylerinde tortu oluşumu meydana gelebilir. SCR sistemlerinde gelişen tortu oluşumu, bu sistemlerde ve motorda çeşitli arızalara neden olabilir. SCR sistemlerinde tortu oluşumunu araştırmak için özgün bir deneysel çalışma ortaya konulmuştur. Deneysel çalışmada düşük gaz sıcaklığı çalışma koşullarında tortu oluşumu detaylı olarak incelenmiştir. "Basit Plaka" adını verilen bu deneysel çalışmada gaz geçen bir kurulumda bulunan plaka üzerine enjektör vasıtasıyla Üre-Su Çözeltisi (ÜSÇ) püskürtülerek kontrollü bir şekilde tortu oluşturulmıştur. Tortu oluşumu nedeniyle ÜSÇ püskürtülen metal plakadaki sıcaklık değişimleri ayrıntılı olarak incelenmiştir.
-
ÖgeGri su ile ilgili standart uygulamaları, yasal/idari düzenleme örnekleri ve Türkiye için bir öneri(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-10) Aksoy Cavkaş, Sinem ; Baykal Beler, Bilsen ; 501171731 ; Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve YönetimiBirleşmiş Milletler tarafından yayınlanan 2020 yılı Dünya Su Geliştirme Raporu'na göre son 100 yılda küresel su kullanımı altı kat artmıştır. Artan nüfus, ekonomik kalkınma ve değişen tüketim kalıplarının bir sonucu olarak, su kullanımı yılda % 1 oranında istikrarlı bir şekilde artmaya devam etmektedir. Günümüzde nüfus artışının ve su kaynaklarının bilinçsiz kullanımının arttığı bölgelerde, Türkiye de dâhil olmak üzere, su kıtlığı daha fazla hissedilmeye başlamıştır. Bunun bir sonucu olarak, su kaynaklarının korunması ve sürdürülebilirliğini sağlamak için atık su geri dönüştürülebilir bir su kaynağı olarak görülmeye başlanmıştır. Evsel atık suyun ayrık akımlarla yönetimi çerçevesinde, farklı akımların yeniden değerlendirilmesi gittikçe popülerlik kazanan bir yaklaşımdır. Bu ayırım, ikili olarak gri ve siyah su veya üçlü olarak gri, sarı ve kahverengi su olarak yapılmaktadır. Tuvalet suyu hariç, evsel atık su kaynaklarından oluşan diğer atık su akımları gri suyu oluşturmaktadır. Gri suyun evsel atık su hacminin % 75 gibi büyük bir oranını oluşturması ve evsel atık suya göre daha az kirletici içermesi, gri suyu içme suyu kalitesine gerek duyulmayan kullanım alanları için alternatif bir kaynak yapmıştır. Gri su da kendi içerisinde fraksiyonlarına; zayıf gri su (duş/küvet, banyo lavabo) ve kuvvetli gri su (çamaşır makinesi, bulaşık makinesi ve mutfak lavabosu) olarak ayrılmaktadır. Ülkelerin içinde bulunduğu koşullarda yaşanan kuraklık, su kıtlığı gibi çevresel şartlar sonucunda gri su kullanımı önem kazanmış ve bununla ilgili yasal/idari düzenleme ve kılavuzların oluşturulması gereği ortaya çıkmıştır. Gri su yasal/idari düzenleme ve kılavuzlara sahip ülkelerin, gri suyla ilgili detaylı çalışmalar yapan, su kaynaklarının bilincinde olan ve yenilenebilir su kaynaklarına önem veren ülkeler olduğu görülmektedir. Türkiye'nin su stresi yaşayan bir ülke olması ve gün geçtikçe azalmakta olan çekilebilir temiz su kaynakları, Türkiye'de henüz var olmayan bir gri su yeniden kullanım politikası ve düzenlemesine ihtiyacı olduğunu ortaya koymaktadır. Bu çalışmada, Türkiye'de eksikliği hissedilen ve gerekli olduğu düşünülen, gri su ile ilgili yasal/idari bir düzenleme yapılmasına yol gösterici olması amacıyla, Türkiye için bir gri su önerisi hedeflenmiştir. Bu önerinin oluşturulması için gri suyu oluşturan kirletici miktarı, gri suyun kullanım alanları ve gri suyu yeniden kullanmak için standart ve uygulamalar geliştiren en etkin ülkeler incelenmiştir. Bu incelemelere giren ülkelerdeki gri suyun farklı tanımlamaları, karakterizasyonu, kullanım alanları, arıtma yöntemleri ve uygulama adımları incelenmiştir. Bu kapsamda gri su miktarlarına, kullanım amaçlarına, arıtma derecelerine ve fraksiyonlarına göre gri suyun kapsamlı karşılaştırma tabloları oluşturulmuştur. Oluşturulan bu tablolardan, farklı kullanım alanlarına göre gri suyun yeniden kullanımı ile ilgili bir öneri ortaya koymak amacıyla gri su için ortak parametrelerin ve kalite değerlerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Türkiye için gri su ile ilgili bir öneri ortaya koyabilmek için, Türkiye'deki gri su potansiyeli irdelenmiştir. Bunun için, atık su ve gri su durumu; gri suyla ilgili hayata geçen uygulamalar, ekonomik ve sosyal boyutunu gösteren çalışmalar değerlendirilmiştir. Türkiye'de ileriye dönük olarak gri suyun yakın dönem ve gelecekteki kullanımını hedefleyen girişimler irdelenmiştir. Mevcut yönetmeliklerin gri su ve yeniden kullanımıyla ilgisi ve yeni bir düzenleme olasılığı birlikte değerlendirilmiştir. Gri su potansiyelini ve kullanım amacını yorumlamak için İstanbul özelinde, gri suyun potansiyel miktarları hesaplanmıştır. Bu hesaplamalar sonucunda, örnek olarak İstanbul'da gri suyun sifon suyu olarak yeniden kullanılması sonucunda İstanbul'u besleyen su kaynaklarının üzerindeki baskıyı %26 oranında azaltacaktır. Aynı zamanda, son on yılda İstanbul'da yeni yapılan binalarda arıtılan gri suyun sifonlarda kullanılmış olması halinde, sınırlı temiz su kaynağına sahip olan İstanbul'un tamamı için yaklaşık 8.5 aylık su tasarrufu sağlayacağı belirlenmiştir. Bu çalışma neticesinde, gri suyun en uygun kullanım alanları sifon suyu, peyzaj sulama, araba yıkama, yangın suyu ve bazı özel şartlarda çamaşır yıkama olarak belirlenmiştir. Bu amaçlarla gri su kullanımında gri su kalitesi için belirlenen parametreler; BOI5, AKM, pH, kalıntı klor, bulanıklık, fekal koliform ve toplam koliform gri suyun yeniden kullanan ülkeler arasında yaygın olduğu görülmüş, Türkiye'de de benzer parametrelerin kullanılması önerilmektedir. Kullanım alanları içerisinden en anlamlı kullanım alanı olarak en fazla su tasarrufunun sağlandığı ve içme suyu kalitesinde bir su kullanmasına gerek olmayan sifon suyu olarak değerlendirilmektedir. Son olarak çalışmanın temel hedefi neticesinde, yapılan değerlendirmelerden yola çıkarak, gri su ve gri su fraksiyonları tanımlanmış, gri su hacminin hesaplanması için yönlendirme yapılmış ve en uygun kullanım alanları önerilmiştir. Gri suyun yeniden kullanımı için örnek sistem tasarımı sunulmuş, tesisat planlamasında yer alması önerilen en önemli maddeler belirtilmiştir. Kullanım amacına göre en uygun parametreler belirlenerek, gri su için sınır değer önerileri yapılmıştır. Gri suyun dağıtım sisteminin ve bu sistemde yetki ve sorumluluk sahipleri hakkında önerilerde bulunulmuştur. Gri suyun fiyatının belirlenmesi, halkın katılımı ve kamu politikaların önemi ile ilgili öneriler sunulmuştur. Gri suyun yeniden kullanımının yönetmeliklere kazandırılması için iki ayrı öneri geliştirilmiştir. En sonunda, Türkiye'de gri su düzenlemesi için uygulanması gerekenler adımlar bir öneri tablosu olarak sunulmuştur.
-
ÖgeGri suların serbest yüzey akışlı yapay sulak alan sistemlerinde arıtım performansının değerlendirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-04-27) Çetinkaya, Ali Tamer ; Karpuzcu, Mahmut Ekrem ; 501181738 ; Çevre Bilimleri Mühendisliği ve YönetimiDoğal kaynaklar sınırlı olmakla birlikte su, canlıların yaşamsal faaliyetlerini sürdürebilmeleri adına vazgeçilmez bir kaynaktır. Hızlı nüfus artışı ve sanayileşmenin yükselişiyle birlikte su kullanımının yoğunlaşması, küresel su kıtlığı kavramının başlıca sebebi olarak öne çıkmaktadır. Su kullanımının yoğunlaşması suya olan talebin ve su kaynakları üzerindeki baskının artmasına sebep olurken, mevcut su kıtlığının gelecek yıllarda "su krizine" dönüşmesine de sebebiyet verecektir. Dünyanın azımsanmayacak bir bölümünün şu an bile temiz içme suyuna erişimi olmadığı bilinmektedir. Bir önlem alınmadığı takdirde, zaman geçtikçe bu sorunun daha da kritik bir seviyeye ulaşması kaçınılmazdır. Bu sorunun önüne geçebilmek için sürdürülebilirlik ve döngüsel ekonomi kavramlarının su kaynakları yönetimine entegre edilmesi gerekmektedir. Atık suların yeniden kullanımı bu entegrasyonun önemli bir adımıdır. Atık suların yeniden kullanımı kapsamında da öncelikle, evsel nitelikli atık suların büyük bir bölümünü oluşturan ve az kirlilik yüküne sahip gri suların yeniden kullanımı üzerinde çalışmak makul bir çözüm önerisi olmaktadır. Bu bağlamda, gri suyun yeniden kullanımı, atık suyun önemli bir bölümünü değerli bir su kaynağına dönüştürerek, sürdürülebilirlik çerçevesinde önemli bir rol oynayacaktır. Bu bağlamda, yüksek arıtma performansı gerektirmeyen ve değeri bilinmeyen gri su, tez çalışması kapsamında irdelenmiştir. Gri su, kirlilik oranı zayıf bir atıksu olsa dahi yeniden kullanımı için ülkemizdeki mevzuatlar çerçevesinde arıtılması, içeriğinde bulunan patojenler ve hastalık yapabilecek diğer kirleticilerin giderilmesi gerekmektedir. Bu arıtmadan sonra gri su yeniden kullanım açısından yüksek bir potansiyele sahiptir. Gri suyun yeniden kullanımı, su kaynaklarının korunmasının yanında atıksu arıtma tesisine gelen hidrolik yükün azaltılması, su temini ve atıksu arıtma kaynaklı ekonomik külfetin azaltılması gibi faydalara da sahiptir. Yapılan tez çalışması ile yeniden kullanımı ihmal edilen kaynak olarak öne çıkan gri suyun doğal arıtma sistemlerinde arıtımı sağlanarak kritik bir sorun haline gelecek olan su kıtlığına bir çözüm önerisi getirilmek istenmiş ve Türkiye için gri su yönetimi ile ilgili doğal arıtım metodolojisi oluşturarak, bu anlamdaki boşluğu doldurmak amaçlanmıştır. Türkiye çevre politikalarına katkı sağlama amacı ile de çalışmaya özgün bir değer katmak hedeflenmiştir. Bu amaç doğrultusunda; gri suların laboratuvar çalışmaları ile karakterizasyonunun belirlenmesinin ardından, gri su ile beslenen laboratuvar ölçekli serbest yüzey akışlı yapay sulak alan reaktörünün arıtma performansı değerlendirilmiştir. 2015 yılında TÜBİTAK tarafından yayınlanan fizibilite raporuna dayanak olan Taksim'de yer alan büyük ölçekli bir otelden gri su numuneleri alınmıştır. Tez çalışmaları kapsamında elde edilen karakterizasyon sonuçları rapor değerleri ile karşılaştırılmış olup, büyük bir farklılık görülmemiştir. Pandemi koşulları nedeniyle otelin tam kapasite ile çalışmaması sonucu azot ve fosfor xviii gibi besin maddelerinin konsantrasyonları raporda yer alan değerlerden düşük çıkmıştır. Buna karşın daha az su tüketimi neticesinde KOİ gibi değerler için ortalamadan yüksek değerler elde edilmiştir. Çalışmalar neticesinde, organik maddelerin giderimi konusunda tatminkâr sonuçlar elde edilmiş, ancak azot giderimi konusunda istenilen arıtım performansı sağlanamamıştır. Serbest yüzey akışlı sulak alan sistemleri için en önemli giderim mekanizmaları adsorpsiyon, sorpsiyon ve filtrasyondur. Bunlara ek olarak, hasat zamanına dikkat edildiği takdirde, besin maddelerinin bitki bünyesine alımı da giderim mekanizması olarak ortaya çıkabilmektedir. Hasat zamanı gelen bitkinin sistemde tutulması ise bünyesindeki besin maddelerinin sisteme geri salınmasına neden olacağından bu durumun giderim olarak sayılamayacağı düşüncesi de çalışmalarda belirtilmiştir. Çalışmada kullanılan sistem özelinde bakıldığında, 30 günlük işletme sonunda KOİ ve TOK parametreleri için yaklaşık %90 oranında, toplam fosfor için yaklaşık %85 oranında, organik azot için yaklaşık %65 oranında, toplam azot için de %10 oranında bir giderim gözlemlenmiştir. Toplam fosfor giderimine bakıldığında, literatürdeki çalışmalara oranla yüksek bir giderim verimi elde edilmiş olsa da, sistemin işletme süresinin arttırılmasıyla bu oranın düşmesi beklenmektedir. Serbest yüzey akışlı sulak alan sistemlerinde biyolojik fosfor giderimi olmadığı için fosfor, sediment üzerinde adsorpsiyon ve bitki bünyesine alım ile giderilmektedir. Sistem başlangıcında adsorpsiyon ve bitki bünyesine alımın çok olması beklenirken, zaman içerisinde sisteme geri salınımın meydana gelmesi kaçınılmazdır. 30 günlük işletme boyunca kullanılan bitkinin hasat zamanı gelmediği ve sedimentin adsorplama kapasitesi tamamlanmadığı için giderim veriminde düşüş gözlemlenmemiştir. Giriş atık suyundaki düşük fosfor konsantrasyonu da bu durumun başka bir sebebidir. Toplam azot giderimine bakıldığında ise, literatürdeki çalışmalara oranla düşük bir giderim verimi elde edildiği söylenebilir. Azot gideriminin sağlanabilmesi için nitrifikasyon ve denitrifikasyon proseslerinin gerçekleşmesi gerekmektedir. Amonyak azotu giderimine bakılarak nitrifikasyon adımının gerçekleştiği, toplam azot giderimine bakılarak da denitrifikasyon adımının gerçekleşmediği yorumunu yapmak mümkündür. Sistemin sürekli olarak beslenmesi, açık bir sistem olması ve giriş gri suyunun zayıf karakterli olması sistem içerisindeki oksijenin tamamen tüketilmemesine ve bunun sonucunda denitrifikasyon için gerekli olan anoksik/anaerobik koşulların meydana gelmemesine neden olmaktadır. Azot ve fosfor gibi besin maddelerinin giderimi konusunda serbest yüzey akışlı sulak alanlar etkin olmasa da yüzeyaltı akışlı sulak alanlar ile hibrit işletilmesinin sonuçları literatürden araştırılmış ve gelecek çalışmalarda bu konunun üzerinde durulması ile su sorununa daha da uygun bir çözüm bulunacağı kanısına varılmıştır. Genel olarak, çalışmada kullanılan gri suyun azot ve fosfor değerleri düşük olduğu için yetersiz görülen arıtım performansı da atık suların yeniden kullanım standartlarının içerisinde kalmasına yetmiştir. Dünya genelinde atık suyun ve özellikle gri suyun yeniden kullanım standartları incelenerek, çıkış suyunun uygunluğu araştırılmıştır. Tez kapsamında deneyleri gerçekleştirilen parametreler için standartlara uygunluk gösterilmiş olup, mikrobiyolojik indikatörler konusunda belirsizlik mevcuttur. Mikrobiyoljik indikatörler için yapay sulak alan sistemlerinin çok etkili olmadığı bilindiği için, çıkış suyunun dezenfeksiyon prosesine tabi tutulması ile bu sorunun da çözüleceği düşünülmektedir. Literatürde de bu konuyla ilgili etkinliği kanıtlanan örnek çalışmalar bulunmaktadır. Bununla birlikte, dolgu malzemesi olarak sediment yerine içme suyu arıtma çamuru kullanımı fosfor giderimi konusunda etkin bir yöntem olarak literatürde yer alsa da, bu xix konuyla ilgili ülkemizde pek çalışma bulunmamaktadır. Bu konunun irdelenmesi de hem döngüsel ekonomi hem de gri su arıtımı konusunda ülkemizde doğal arıtım metodolojisi oluşturulması açısından önemli bir husus olarak ön plana çıkmakta olup bu hususta çalışmalar yapılması gerekmektedir. Ayrıca, tez çalışmasında bu sistemin uygulanabilirliği açısından önerilerde bulunulmuştur. Buna göre sulak alan sistemleri, yüksek alan gereksinimleri nedeniyle yer kısıtı olan yerlerde çok tercih edilmemektedir.Buna karşılık özellikle villa tipi sitelerin oluşturduğu alanlarda rekreasyonel amaçlı süs havuzlarının yerini sulak alan sistemlerinin alması ile rezervuar amaçlı kullanım ve peyzaj sulama olarak gri suyun yeniden kullanımı önerilmektedir. Bununla birlikte şebeke suyu kullanımı azaltılıp, hem çevresel hem ekonomik anlamda fayda sağlanacaktır. Su sorunu, büyük ölçekli bir su krizine dönüşmeden önlem alınması ve çözüm önerileri getirilmesi gereken ivedi bir husustur. Doğal arıtma sistemleri ise sürdürülebilirlik kapsamında kendine yetebilen sistemler olarak öne çıkmaktadır. Tez çalışması ile doğal arıtma sistemleri kullanılarak atık suyun arıtılarak yeniden kullanımı ve bu sistemlerin kullanımının yaygınlaştırılması vurgulanmıştır. Doğal arıtma sistemleri döngüsel ekonomi kapsamında değerlendirilerek, başka proseslerden çıkan atıkların giderim amacıyla kullanım çalışmalarının arttırılması gerekliliği önerilip, doğal kaynakların korunması amaçlanmıştır.
-
ÖgeGri suyun ozon, perokson ve kimyasal destekli ön arıtma prosesleri ile arıtılması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Karahan, Beyza Nur ; Ergün, Hale ; 809087 ; Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim DalıGünümüzdeki dünya nüfusunun yirminci yüzyıl ortalarındaki nüfusa göre üç kat daha fazla olduğu bilinmektedir. 1950 yılından bugüne kadar artarak büyüyen dünya nüfusu 2023 yılı itibariyle 8 milyara ulaşmıştır. 2059 yılına kadar dünya nüfusunun 10 milyarın üstüne çıkması öngörülmektedir. Hızla artan dünya nüfusu insanların temiz su kaynaklarına ulaşmasını günden güne zorlaştırmaktadır. İklim değişikliği ile yaşanan son kuraklıklar yaşam için ciddi bir tehdit oluşturmuş ve dünya çapında su kıtlığı yaşayan ülkelerin sayısı artmıştır. Bu durum sonucunda alternatif su kaynağı arayışı başlamıştır. Arıtılmış su geri kazanımı bu bağlamda alternatif su kaynağı olarak değerlendirilmektedir. Evsel atıksuların tek bir akım halinde toplandığı geleneksel atıksu toplama sistemleri yerine akım ayrımı prensibi ile çalışan güncel uygulamalar gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır. Sürdürülebilir su kullanımı, alternatif kaynak arayışında ve doğal kaynakların kontrollü kullanılmasında etkin rol oynayan bir uygulamadır. Ekolojik evsel atıksu yönetimi (ECOSAN), evsel atıksuların farklı bileşenlerinin ayrık akımlar halinde toplanmasını önermektedir. Bu sistemle birlikte atıksuların değerli bir kaynak olarak kullanımı ve bunun neticesinde sürdürülebilir su kullanımı sağlanabilmektedir. ECOSAN prensibinde evsel atıksular iki veya üç bileşene ayrılarak toplanabilmektedir. Evsel atıksuyun üç akım halinde ayrı toplanması durumunda atıksu bileşenleri; gri su, sarı su ve kahverengi sudur. Gri su, evsel atıksuların tuvalet suları dışında kalan banyolardan, duşlardan, el yıkama lavabolarından, mutfak lavabolarından, çamaşır ve bulaşık makinelerinden gelen kısmı olarak tanımlanmaktadır. Gri sular evsel atıksuların %75'lik kısmını oluşturmaktadır. Gri su, yüksek hacim potansiyeli ve kirlilik yükünün geleneksel evsel atıksulara oranla daha düşük olması sebebiyle değerli bir yenilenebilir su kaynağıdır. Kirlilik yükünün az olması sebebiyle geleneksel evsel atıksulara göre gri suların arıtılması daha kolaydır. Gri su arıtma süreçleri; arıtılmış su geri kazanımı için düzenleyici standartları sağlamalı ve organik bileşikler ile patojenlerin giderimi açısından etkili olmalıdır. Gri su arıtımı ve geri kazanımı için; doğal arıtma sistemleri, filtrasyon gibi fiziksel arıtma sistemleri, kimyasal ve biyolojik süreçler dahil olmak üzere çeşitli teknolojiler uygulanmaktadır. Bu arıtma prosesleri ile sulama ve tuvalet sifon suyu gibi içilebilir olmayan gri suyun geri kazanımına yönelik düzenleme ve gerekliliklerin yerine getirilmesi amaçlanmaktadır. Bu çalışma kapsamında, 1000 kişi kapasiteli ve günlük ortalama debisi 40-50 m3/gün aralığında olan bir otelden temin edilen gri suyun arıtımı incelenmiştir.
-
ÖgeHidrolojik sapan değer tespitine yeni bir yaklaşım(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-05-26) Dede, Ahu ; Ağıralioğlu, Necati ; 501082504 ; Hidrolik ve Su Kaynakları MühendisliğiBu çalışmada hidrolojik verilerde sapan değer tespiti için 1926 – 2012 arası Türkiye genelinde 129 istasyonda aylık ortalama sıcaklık (°C), bağıl nem (%) ve toplam yağış (mm) kullanılmıştır. Sapan değer tespiti, geliştirilen grafiksel OSMA (olmayan sapma miktarlarının adetleri) yöntemiyle yapılmış, grafiksel histogram ve kutu grafiği yöntemleriyle kıyaslanmıştır. OSMA yönteminde verilerin sapma miktarlarından olmayanlarının adetleri incelenir.
-
ÖgeHysterical effects in flow characteristics in the wake region of group of cylinders during the passage of gradually varying unsteady flow(Graduate School, 2022-09-06) Erdog, Eryılmaz ; Yağcı, Oral ; 501142501 ; Hydraulics and Water Resources EngineeringIn recent studies, it has been witnessed that a group of cylinders offer some distinct advantages compared to mono-pile when applied as a support structure in marine and riverine environments. It is well established that an array of cylinders presents a viable option to a single solid cylinder with lower cost, lower scour and contraction effects. Donghai Bridge offshore wind farm in China is a practical real-world example where this type of structures are of significant importance as an offshore wind turbine support structure. In the pertinent literature, an overwhelming majority of flow-body interaction investigations are studied under steady flow conditions. Furthermore, researchers mainly focus on oscillatory flow when dealing with unsteady flow and using steady state approximation for gradually varying unsteady flows. Yet, several flow conditions observed in nature such as tsunamis, meteorology driven flows, tidal currents and river hydrographs fall into the category of gradually varying unsteady flow. In this thesis, the influence of gradually varying unsteady flow around a group of cylinders (Hexagonal arrays of Circular Cylinders, HACCs) was investigated by flume experiments. The experiments are carried out in a rectangular flume with dimension 30 m in length, 1 m in width and 1.25 in depth. The bed was smooth concrete and the sides were plexiglass walls. A honey-comb pattern was used at the inlet to ensure smooth inlet conditions. The water was recirculated through a monobloc pump and the water depth was kept constant at 30 cm through entire experiments. The flow discharge is controlled via an inverter system. By entering the desired input through the pump's control unit, unsteady and steady flow conditions are repeatedly and reliably produced. Two unsteady flow cases generated with same minimum and maximum velocities, but different durations in order to investigate the effect of unsteadiness degree. The flow velocity started at 0.04 m/s and increased to a peak of 0.23 m/s. One steady case had the duration of 90 seconds, the other had 120 seconds. Same experiments also carried out under steady flow conditions for benchmarking purposes. Velocity and water depth measurements were taken with a frequency of 100 Hz. Two resistance type level meters are used, one located 2.5 meters upstream the other downstream with the same distance. Instantaneous recording of water depth and water surface are carried out. Simultaneously, velocity measurements are collected with the help of an Acoustic Doppler Velocimeter. Velocity measurements are taken at both horizontal and vertical planes. In total, 290 measurement points were utilized, 140 points at horizontal plan and 150 points at vertical plan. The resolution of the measurement grid is increased near the obstacle in order to capture turbulence characteristics. The obstacle, HACC, consisted of 7 circular cylinders with a diameter of 3.4 cm. The circumambient diameter of the HACC was 16 cm and the solid volume fraction was 0.32. The HACC placed 12 m from the inlet to ensure fully developed flow conditions. Two arrangements of HACC, namely staggered and regular arrangement, in order to investigate the effect of obstacle orientation. In brief, three flow cases (steady, unsteady 90 seconds, unsteady 120 cases) and two HACC configurations are used. In total, 6 experimental runs are performed. Each experimental run consisted of 290 velocity measurement points. The analysis of collected data is started with the despiking of the raw data. The spikes in the velocity measurements are removed with a method widely used in the literature. Then the synchronization procedure is carried out. Velocity and water depth measurements are synchronized through their computer time recording. 290 velocity measurements that are recorded at different times are synchronized by the help of water surface slope measurements. Since water depth measurements are kept constant through all experiments, they are used as a benchmarking point. Finally, turbulence decomposition is done, turbulent and mean flow recordings are obtained to carry out post-processing. Experimental findings resulted in several significant conclusions. It is found that velocity deficit between wake and contraction region exhibits a hysterical character between rising and falling stages. The negative water surface slope is observed during the falling stage of the unsteady flow. This adverse pressure gradient causes earlier boundary layer separation and broader wake region. This leads to a stark shear layer rear the obstacle and higher lateral momentum transfer. During the passage of unsteady flow, counter-clockwise hysteresis is observed between depth-averaged velocity and turbulence kinetic energy. This means that for a given velocity, the falling stage produces higher turbulence compared to the rising stage. This effect was observable irrespective of the HACC arrangement. Furthermore, it was also observed that this hysterical relationship becomes more evident further downstream. The arrangement of HACC is also observed to be of importance in terms of hysteresis. It is observed that hysterical loops are less dramatic for the regular HACC. The hysteresis is mitigated by the strong bleed jets that occur in the wake region of regular HACC. It is known that due to the particular geometry of regular HACC, a significant amount of flow can go through the obstacle and create bleed flow which highly influences wake characteristics in terms of stabilizing the wake and controlling mixing process. It was concluded that the amplified bleed jets are the primary reason behind the suppressed hysterical behaviour. Another critical point that is outlined is the effect of unsteadiness on pile behaviour in terms of flow-body interaction. The pile is observed to render the pile to behave in a more streamlined manner. For a given velocity, the unsteady cases produced smaller recirculation compared to the steady case. The recirculation zone is also observed to be larger during the falling stage compared to the rising stage. Yet, this effect also seems to be less pronounced for the regular arrangement of HACC. The strong bleed jets are presumed to weaken this behaviour.
-
ÖgeImpact of different inoculum sources on performance of MBRs for municipal wastewater treatment: Dynamic membrane versus ultrafiltration membrane(Graduate School, 2022-06-06) Cengiz, Ali İzeet ; Erşahin, Mustafa Evren ; 501191702 ; Environmental Sciences, Engineering and ManagementWater scarcity is one of the major challenges of today. Treatment technologies that are used for wastewater reuse have become more attractive in 21th century while dealing with the water scarcity. Membrane bioreactors (MBRs) provide high quality effluent which can be re-used for the beneficial purposes such as irrigation. In the MBR technology, activated sludge and membrane separation are integrated. Generally, microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) membranes are used in conventional MBRs to remove solids from wastewater. Since solids retention time (SRT) and hydraulic retention time (HRT) are decoupled in MBR systems, solids can be retained within the bioreactor. Moreover, compared to conventional activated sludge (CAS) process, MBRs require less area, and thus have smaller environmental footprint. Although MBRs have several advantages, fouling problem and high capital cost of the membrane appear as prominent obstacles that prevent widespread applications of this technology. Dynamic membrane (DM) technology can be an alternative option to solve limitations faced in conventional MBRs. DM is a separation layer formed on a low-cost support material by the deposition of solid particles. DM can be either pre-coated or self-forming. Pre-coated DMs are formed by passing of a pre-coating reagent such as powdered activated carbon through support material. On the other hand, self-forming DM (SFDM) is generated as a biological separation layer by colloidal particles and organics which present in filtered solution such as wastewater. This biological separation layer is also called as cake layer or secondary membrane. Support material used in DM is cheaper and more durable compared to polymeric material of conventional UF membrane. Different materials such as polyester fabric, woven and non-woven fabrics, filter cloths and ceramic materials can be used as support material for DM formation. Pore size of support material can change in a wide range of 10-200 μm. One of the most significant advantages of DM technology over conventional MBR is once DM formed, support material itself is no longer important. Besides, simple physical cleaning methods are applied to recover permeability in DM technology. Biological applications of DM can be either aerobic MBR (DMBR) or anaerobic MBR (AnDMBR). DM formation process consists of four stages: substrate layer formation, separation layer formation, fouling layer formation and filtration cake layer formation. One of the major drawbacks of DM technology is transition period between the cake layer formation and removal of cake layer due to the physical cleaning applied in case of permeability reduction. During this transition period because of the large pore size of the support material, quality of permeate is decreased and biomass is lost. Time required to reach stable permeate turbidity and almost zero suspended solids concentration in the permeate is defined as DM formation time. Therefore, shorter DM formation time is generally required to prevent low quality permeate and biomass loss during the aforementioned transition period. DMBR performance is determined by several factors such as support material characteristics, sludge characteristics and operation conditions. The aim of this study was to evaluate the impact of different inoculum sources on the treatment and filtration performance of MBRs which include hollow-fiber conventional UF membrane and DM for municipal wastewater treatment. Experimental study was carried out in two stages. Excess sludge obtained from a CAS process and high rate activated sludge (HRAS) process were utilized as inoculum in Stage-1 and Stage-2, respectively. DM and UF modules were located into the same bioreactor which had a capacity of 5.2 L. Filtration and treatment performances of DM and UF for municipal wastewater treatment were compared under same operational conditions in each stage. DM and UF membranes were operated for 67 days at an operational flux of 8 LMH (L/m2.h). There was no sludge wasted apart from sampling during the operation. System was operated in cycles of 190 seconds filtration and 35 seconds backwash. Municipal wastewater taken from the outlet of an aerated grit chamber of a full-scale preliminary wastewater treatment plant (WWTP) was used as substrate. Both inoculums were characterized to observe the changes during the operational period. Moreover, membranes were characterized before the operation and ensured that similar membrane properties were provided for each stage. Polyvinylidene fluoride (PVDF) and multi-multifilament polyester filter were used for UF and DM, respectively. Different experimental analyses were conducted to observe treatment and filtration performances of UF and DM. Environmental scanning electron microscopy (ESEM) was used for the observation of cake layer structure that was accumulated on the surface of the UF and DM. Total solids (TS), volatile solids (VS), total suspended solids (TSS), volatile suspended solids (VSS), chemical oxygen demand (COD), soluble chemical oxygen demand (sCOD) ammonium‑nitrogen (NH4+-N), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) and turbidity were measured to observe treatment performance in each stage. Dewaterability of sludge was indicated by capillary suction time (CST). Transmembrane pressure (TMP) was recorded during the study to analyze the filtration performance. Specific resistance to filtration (SRF) of sludge samples were measured to evaluate filterability. Extracellular polymeric substances (EPS) and soluble microbial products (SMP) were measured to understand membrane fouling behavior in each stage. High COD removal efficiencies (>86%), low turbidity values in the permeate (around 1 NTU), and high TSS removal efficiencies (>99%) were obtained during the operation in each stage. On the other hand, since there was no anoxic and anaerobic zone in the bioreactor, TN and TP removal efficiencies were low in each stage. NH4+-N removal efficiency was >99% in each stage, which showed NH4+-N was converted to the nitrate (NO3−) via nitrification process. Higher NO3− concentration in the bulk sludge compared to inoculum sludge confirmed mentioned inference. In Stage-1, turbidity in the permeate of DM decreased faster compared to Stage-2. This result indicated that cake layer formed quicker in Stage-1 compared to Stage-2, which meant that DM formation time was shorter in Stage-1 compared to Stage-2. After stable condition was obtained, average TMP was 588±33 mbar in Stage-1, and 422±3 mbar in Stage-2. SRF of sludge used in Stage-1 was higher than that in Stage-2. As a consequence, DM was operated with higher TMP in Stage-1. SMP concentration and bound EPS content of sludge were higher in Stage-1 than those in Stage-2. Higher SRF, zeta potential, and sludge volume index (SVI) values for sludge obtained in Stage-1 compared to Stage-2 might be the reason of higher TMP values determined for DM in Stage-1. However, TMP of UF membrane was not affected by the inoculum type in this study. Considering ESEM images, compact and dense DM layer formed in Stage-1, while porous and fragmented cake layer was observed in Stage-2. ESEM images showed no difference between the cake layer formed on the surface of UF membrane in Stage-1 and Stage-2. Stage-2 showed more stable operation compared to Stage-1 in terms of TMP profiles of DM. Since treatment performances of each membrane were similar, it could be concluded that DMBRs can be a good alternative to conventional MBRs. More stable operation with lower TMP obtained for DMBR when HRAS inoculum used. Thus, it could be indicated that inoculating DMBRs with excess sludge from HRAS systems can be an effective solution to stabilize TMP at a reasonable level. Large scale applications should be performed in order to examine the applicability and uncertainties of DM technology on municipal wastewater treatment. Moreover, monitoring of EPS/SMP is important subject to prevent fouling and permeability loss in DMBRs.
-
ÖgeImproving the performance of remote sensing-based water budget components across mid- and small- scale basins(Graduate School, 2022-07-19) Kayan, Gökhan ; Erten, Esra ; Türker, Umut ; 501152601 ; Geomatics EngineeringIn the last few decades, many global basins have been threatened by rapid urban growth and global warming, resulting in changes in their climate regime. Climate change has increased the incidence of extreme weather events, uncertain water availability, water scarcity, and water pollution. Remote sensing (RS) has emerged as a powerful technique that provides estimations with high spatiotemporal resolution and broad spatial coverage. In recent years, the efficacy of RS products for water budget (WB) analysis has been widely tested and implemented in global and regional basins. Although RS products provide high temporal and spatial resolution images with a near-global coverage, uncertainty is still a significant problem. The main goal of this study is to utilize two different approaches to minimize the uncertainty of the products and to improve RS-based WB estimations in mid- and small- scale basins. The first approach aims to improve the efficacy of water WB estimations from various hydrological data products in the Sakarya basin by; (1) Evaluating the uncertainties of hydrological data products, (2) Merging four precipitation (P) and six evapotranspiration (ET) products using the error variances, and (3) Employing the Constrained Kalman Filter (CKF) method to distribute residual errors (r) among WB components based on their relative uncertainties. The results showed that applying bias correction before the merging process improved estimations of P products with decreasing root mean square error (RMSE), except PERSIANN. VIC and bias-corrected CMORPH products outperformed other ET and bias-corrected P products, respectively, in terms of mean merging weights. The terrestrial water storage change (ΔS) is the primary reason for non-closure errors. This is mainly caused by the two facts. First, the Sakarya basin is a relatively small basin that GRACE can not simply resolve. Second, while P, ET, and Q mostly describe the surface water dynamics, ΔS includes both the surface water and ground water. It is well known that surface water and ground water have completely different dynamic behaviors. The change in surface water is much faster than the change in groundwater. The CKF results were insensitive to variations in uncertainties of runoff (Q). P derived from the CKF was the best output, with the highest correlation coefficient (CC) and the smallest root mean square deviation (RMSD). In the second approach, the annual r in the WB equation arising from the uncertainties of the RS products was minimized by applying fuzzy correction coefficients to each WB component. For analysis, three different fuzzy linear regression (FLR) models with fourteen different sub-models were used in the two basins having different spatial characteristics, namely Sakarya and Cyprus basins. The performance of sub-models is better in the Sakarya basin than that in the Cyprus basin, which has a higher leakage error due to across ocean/land boundary. Moreover, the Cyprus basin is too small for some low-resolution RS-based products to resolve. The Zeng and Hojati sub-models outperformed Tanaka sub-models in the Sakarya basin, whereas Zeng Case-I, Zeng Case-II, and Hojati (degree of fitting index (h) =0.9) sub-models showed the best performance in the Cyprus basin. The best fuzzy sub-models reduced the error up to 68% and 52% in terms of mean absolute error compared to non-fuzzy model in the Sakarya and Cyprus basins, respectively. Further evaluations showed that the best sub-model P well captured the temporal patterns of gauge observations in both basins. Moreover, they have the best consistency with gauge observations in terms of RMSE, Kling-Gupta efficiency (KGE), and percent bias (PBIAS) in the both basins. The results proved that the second approach will provide valuable insights into WB analysis in ungauged basins by incorporating the fuzzy logic approach into hydrological RS products. In general, the FLR and CKF derived P, ET, and Q showed similar seasonal variation with peak and bottom values appeared in nearly the same years. In terms of CC, RMSE, and bias, fuzzy outputs show closest agreement with CKF outputs for Q, with slightly less agreement for P and ET, and much less agreement for ΔS. It can be concluded that the majority of the errors in the second approach are caused by fuzzy ΔS.
-
Ögeİzmit havzasının hidrojeoloji incelemesi ve yeraltısuyu akım modellemesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-10) Topçuoğlu Erdoğan, Meral ; Karagüzel, Remzi ; 505132304 ; Jeoloji MühendisliğiBu çalışma; İTÜ Bilimsel Araştırma Projeleri Birimince desteklenmiştir. Doktora tezinin amacı böylesine zor hidrojeolojik koşulların egemen olduğu İzmit Havzasında, yeraltısuyunun yönetilmesine yönelik hidrojeolojik incelemelerin yapılması ve YAS akım modelinin oluşturulmasıdır. Bir başka ifade ile İzmit Havzası hidrojeoloji incelemesi kapsamında taneli akiferde kontrolsüz yeraltısuyu çekimine bağlı seviye düşümleri sonucunda Sapanca Gölü ile olası etkileşim için kritik çekim miktarının (eşiğin) belirlenmesi hedeflenmiştir. Arazi çalışmalarına başlamadan önce İzmit Havzası ve yakın çevresinde daha önceden yapılmış çalışmalar literatür araştırması kapsamında derlenmiş ve bölge hakkında bilgiler edinilmiştir. Ekim 2016 ve Mayıs 2017 tarihlerinde arazi çalışmaları kapsamında havzanın jeolojik özellikleri incelenmiş, jeoloji haritası revize edilmiş, havzaya ait sayısal yükseklik modeli (DEM) oluşturulmuştur. İzmit Havzası, jeolojik ve tektonik özelliklerine göre Örtü Birimleri, İstanbul Zonu (Kuzey İstif) ve Armutlu-Almacık Zonu (Güney İstif) olmak üzere 3 başlık altında incelenmiştir. Paleozoyik istifler, arkoz-kumtaşı-silttaşı ardalanmalı akarsu birimleri olan Kurtköy Formasyonu ile başlar. Üzerinde uyumlu olarak kıyı-sığ denizel kuvars kumtaşı, çakıltaşı olan Aydos Formasyonu yer alır. İstif üste doğru lagün-şelf çökeli şeyl-kumtaşı ardalanmalı Gözdağ Formasyonuna geçer. Permo-Triyas yaşlı birim kumtaşı-çakıltaşı-çamurtaşı ardalanmalı Çakraz Formasyonudur. Triyas istifi üzerinde kırıntılarla başlayan Geç Kretase yaşlı çökelim izlenir. Bu bölgede Jura çökelimi yoktur. Kretase istifleri, kumtaşı-şeyl ardalanmalı Teksen Formasyonu ve Hereke Formasyonudur. Geç Kretase daha üst düzeylerde kireçtaşı ve killi kireçtaşı litolojilerden oluşan kalın Marn-kireçtaşı ardalanmalı Akveren Formasyonu ile temsil edilir. Eosen istifi ise kumtaşı-killi kireçtaşı ardalanmalı Çaycuma Formasyonu ve aglomera, tüf, andezit, bazalt ve volkanik kumtaşından oluşan Yığılca Formasyonundan oluşur. Yarımadada kıyı şeridi ve kıyı düzlüğü boyunca az tutturulmuş Pliyosen yaşlı kırıntılar (Örencik Formasyonu) ve Kuvaterner'e ait alüvyal çökeller ile yamaç molozu vardır. Armutlu Yarımadası'nda yer alan kaya stratigrafi birimleri iki ana grupta toplanabilir. Bunlardan birincisi düşük ya da nispi olarak daha yüksek dereceli metamorfik kayalar, diğeri ise metamorfik kayalar üzerinde Senomaniyen-Türoniyen yaşlı kireçtaşlarıyla uyumsuz olarak yer alan Kretase-Pliyosen yaş aralığındaki metamorfik olmayan magmatik ve çökel kayalardan oluşur. Armutlu-Almacık zonunda birbiriyle tektonik ilişkili olan Permiyen-Triyas yaşlı Sultaniye Metamorfitleri, Üst Jura-Alt Kretase yaşlı Keltepe Mermeri, Üst Kretase yaşlı Akçay Metamorfitleri bulunmaktadır. Bunlar üzerinde açısal uyumsuz olarak Üst Kampaniyen-Alt Eosen yaşlı Abant Formasyonu tarafından açısal uyumsuzlukla örtülür. Erken-Orta Eosen yaşlı Çaycuma Formasyonu ve Yığılca Formasyonları, Abant Formasyonu ve diğer birimler üzerinde ise uyumsuzdur. Çalışma alanının içerisinde ve yakın çevresinde bulunan Devlet Meteoroloji İstasyonlarının (DMİ) uzun yıllara ait ölçümleri değerlendirilerek, havzanın bilanço elemanları ortalama yağış, potansiyel ve gerçek buharlaşma ile toplam akışa (yüzeysel ve yeraltı) geçen su miktarları hesaplanmıştır. İzmit Havzası'nda, ortalama yağış ve buharlaşma hesaplamalarında 6 adet devlet meteoroloji istasyonuna ek olarak, havzayı temsil ettiği düşünülen 4 adet İSAŞ meteoroloji istasyonu da değerlendirilmeye katılmıştır. Buna göre, eşbuharlaşma eğrileri yöntemi ile ARCGIS programı kullanılarak İzmit Havzası için ortalama buharlaşma değeri hesaplanmıştır. Havzadaki yüzeysel ve yeraltı akışının ayırımının gerçeğe yakın hesaplanması için SCS-CN yöntemi tercih edilmiştir. SCS-CN yöntemi kullanılarak Kocaeli Meteoroloji İstasyonunda ve Sakarya Meteoroloji İstasyonunda yüzeysel akış hesaplanmıştır. Alüvyon içerisinde resmi kurumlar ve özel kişilere ait çok sayıda sondaj kuyusu ve keson kuyu mevcuttur. Kuyular ile çekim, kaynaklar ile boşalım hesaplanmıştır. Sonuç olarak; ölçümlerde ve hesaplamalarda olabilecek hatalar dikkate alındığında emniyetli kullanılabilecek yeraltısuyu miktarı beslenme-boşalma farkının % 60'ı olarak hesaplanmıştır. Arazi çalışmaları sırasında kayaç-su etkileşimi, birimlerin hidrojeolojik özelliklerinin ortaya konulması için havzadaki formasyonlar hidrojeolojik olarak da incelenmiştir. Su numunelerinin fiziksel karakterlerini uzun süre koruyamadıklarından dolayı sıcaklık (T), pH ve elektriksel iletkenlik (EC) gibi fiziksel özellikleri in-situ (yerinde) ölçülmüştür. Su numuneleri laboratuvardaki kimyasal analizler için uygun saklama ve taşıma koşullarında alınmıştır. Kocaeli Havzasında, 2016-Ekim ve 2017-Mayıs aylarında detaylı arazi çalışmaları sonucunda konumları belirlenen, havzayı temsil ettiği düşünülen lokasyonlardan 41 adet kurak döneme ve 35 adet yağışlı döneme ait su örneği alınmıştır. Havzadan temsili lokasyonlardan alınan 76 adet su numunesinin kimyasal analizi ACME Laboratuvarlarında; NO3 ve SO4 analizleri ise İstanbul Teknik Üniversitesi Hidrojeoloji laboratuvarında yapılmıştır. Suların kimyasal özelliklerine göre kalitelerini belirlemek için Schoeller Diyagramı, Piper Diyagramı, Durov Diyagramı, Gibbs Diyagramı ve Schoeller Yarı Logaritmik Diyagramı hazırlanmıştır. İzmit Havzasında en önemli kirlilik kaynağı yoğun olarak yapılan sanayi, tarımsal faaliyetler ve hayvancılıktır. Ayrıca, ovada yeraltısularının kirlilik tespiti için iz element analizleri (As, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn) Acme (Kanada) Laboratuarında yaptırılmıştır. Ağır metal analiz sonuçları Türk İçme Suyu (TSE 266) ve Dünya Sağlık Örgütü (WHO) standartlarında müsaade edilen maksimum sınır değerlerin aşılmadığı tespit edilmiştir. Yeraltısuyunun kirlenmeye karşı hassasiyet haritalarının oluşturulması amacıyla USEPA (United States Environmental Protection Agency) için geliştirilen DRASTIC Model (DM) İzmit Havzasına uygulanmıştır. DRASTIC Model; Yeraltısuyu Derinliği (D), Net Beslenme (R), Akifer Tipi (A), Toprak Sınıfı (S), Topoğrafya (T), Vadoz Zon Etkisi (I) ve Hidrolik İletkenlik (C) gibi jeolojik, hidrolojik ve hidrojeolojik parametreler ile yeraltısuyunun kirlenmeye karşı hassasiyet derecesinin belirlenmesini sağlayan bir yöntemdir. D, R, A, S, T, I ve C değişkenleri yeraltısuyu kirlenebilirliğine etki eden parametreleri temsil etmektedir. Sınıflandırma ve ağırlıklandırma işlemi yapılan tüm parametreler kullanılarak DRASTIC İndeks (Dİ) değeri hesaplanmıştır. Mayıs-2017 döneminde havzanın temsili noktalarından alınan su örneklerinde, özellikle alüvyon ortamda antropojen kökenli kirlenmeye işaret eden 10 mg/l üzerinde nitrat konsantrasyonu ölçülmüştür. Bu bulgular, yeraltısuyu kirlenme potansiyeli yüksek olan ve henüz üzerinde kirletici bulunmayan karbonatlı ortamların ve kirlenme belirtileri bulunan alüvyon ortamın özenle korunması gerektiğini göstermektedir. Yeraltısuyu kirliliğine karşı en hassas alanlar alüvyon, eski alüvyon yelpazesi, alüvyon yelpazesi, Örencik Formasyonu, güneyde bulunan mermer ve kireçtaşları belirgin olarak ortaya çıkmıştır. Havzanın güneyinden boşalan kaynaklar göle ulaşan dereleri beslemektedir. Mevcut koruma kuşaklarına ek olarak Sapanca Gölüne boşalan derelerin beslenme alanları ile bu derelerin üzerinde bulunduğu ve baz akımla beslendiği taneli ortamları da kapsayan "Hidrojeolojik Tabanlı Koruma Alanları" önerilmiştir. Haritada kirlenmeye karşı çok hassas ve hassas alanların sırasıyla alüvyal ortamlar ile karstik kireçtaşlarının kapladığı alanlara karşılık geldiği görülmüştür. Bu nedenle kaynak boşalımları ile doğrudan Sapanca Gölüne ulaşan dereyi oluşturan ve doğal arıtma süreçlerinin gelişmediği kireçtaşları ve mermerler ve alüvyon ortam "Hidrojeolojik Tabanlı Mutlak Koruma Alanı" olarak sınıflandırılmıştır Eski alüvyon yelpazesi, alüvyon yelpazesi ile Örencik Formasyonu ise doğrudan kaynak boşalımları gözlenmediği ve buna karşın doğal arıtma yeteneği olmasından dolayı "Hidrojeolojik Tabanlı I. Derece Koruma Alanı" olarak tanımlanmıştır. İzmit Havzasının yeraltısuyu akımının belirlenmesi için MODFLOW 2000 programını baz alan IMOD kullanılmıştır. Bu programı için jeolojik-hidrojeolojik veriler, yağış ve buharlaşma miktarı, akiferin beslenme miktarı, rasat kuyularındaki yeraltısuyu seviyeleri, işletme ve şahıs kuyularından çekilen debi miktarları kullanılmıştır. Sınır koşulları, model alanının jeolojik ve hidrojeolojik parametrelerine göre belirlendikten sonra, IMOD ile grid ağları oluşturularak tabaka tipleri, sayıları ve model için gerekli parametreler girilmiştir. IMOD kullanılarak İzmit havzasındaki 195 km2'lik bir alana sahip akiferde yeraltısuyu akım modeli çalışmaları yürütülmüştür. Akiferin, model alanı 100 m x100 m boyutunda 6 tabaka, 700 sütun ve 340 satırdan oluşan 238000 adet hücreye bölünerek modelin grid ağı oluşturulmuştur. Model çalışmasında, DSİ tarafından yapılan sondaj loglarına ait litolojik bilgiler kullanılarak hazırlanan jeolojik en kesitlere bağlı kalınmıştır. Yeraltısuyu akım modelinde akifer sisteminin sınır koşulları için, model alanının doğusunda yer alan Sapanca Gölü (30 m) ve batısında bulunan İzmit Körfezi (0 m) sabit seviyeli hidrolik yük (constant head boundary condition, CH) olarak tanımlanmıştır. Eşyağış eğrileri yöntemi ile ortalama yağış (1976-2017) model alanı için hesaplanmıştır. Net beslenim, yağıştan buharlaşma ve yüzeysel akış çıkarılarak hesaplanılmıştır. Modelde ayrıca kilin yüzeyde göründüğü kesimlerde beslenme 0,20 mm/gün olarak alınmıştır. Güneyde yer alan kaynakların toplam boşalım miktarı hesaplanmıştır. Model alanındaki rasat kuyularından ölçülmüş olan yeraltısuyu seviye değerleri kullanılarak, modelin kalibrasyonu yapılmıştır. Akım yönleri incelendiğinde İzmit Körfezinin batısında Marmara Denizine, Doğusunda ise Sapanca Gölüne doğru belirgin bir yeraltı suyu akışı olduğu gözlenmektedir. Model sonuçlarına göre İzmit Körfezi ile Sapanca Gölü arasında bir yeraltısuyu ayırım çizgisinin oluştuğu da göze çarpmaktadır. Farklı senaryolar ile yeraltısuyu çekimindeki artış sonucunda modellenen alanda yeraltısuyunda meydana gelecek değişimlerin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu senaryolardan ilkinde; pompaj miktarında % 30 artış sonucunda akifer sisteminde meydana gelecek değişikliklerin incelenmesi, ikincisinde pompaj miktarında % 45 artış sonucunda akifer sisteminde meydana gelecek değişikliklerin incelenmesi ve üçüncüsünde pompaj miktarında % 60 artış sonucunda akifer sisteminde meydana gelecek değişikliklerin incelenmesi amaçlanmıştır. Son senaryoda; pompaj miktarında % 100 ve % 150 kat artış yapılmış ve akifer sisteminde meydana gelecek değişiklikler incelenmiştir.
-
ÖgeKazıklı rıhtım yapıları etrafında dalga etkisi ile oluşan oyulmaların deneysel olarak incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-12-16) Çolakoğlu, Erem Can ; Çokgör, Şevket ; 501181507 ; Hidrolik ve Su Kaynakları MühendisliğiMevcut kıyı ve liman alanlarının tarih boyunca yüksek bir hızla artan deniz taşımacılığı için yetersiz kalması insanları farklı çözümlere yönlendirmiştir. Bunlardan biri deniz alanının kullanılarak dolgu limanlar inşa edilmesidir. Genellikle bitişik nizam kazık veya kazık-tabaka-kazık şeklinde inşa edilen bu deniz yapıları kuruldukları çevredeki akımı, dalga ve sediment hareketlerini değiştirmektedir. Kazık tabanı çevresindeki sediment hareketi nedeniyle oyulmalar oluşabilmekte ve bunun sonucunda yapıda kusurlar ve hatta çökmeler meydana gelebilmektedir. Literatür incelendiğinde daha önce oyulmalar için birçok çalışma yapıldığı görülmesine rağmen dolgu limanlar gibi projelerde görülen bitişik nizam kazık sistemi ile ilgili çalışmalara rastlanmamıştır. Genellikle yapılan çalışmalar köprü ayakları ve açık deniz rüzgâr tribünleri gibi yapıları temsil etmek amacıyla tekil narin, geniş kazıklarla ve aralıklı yerleştirilen grup kazıklar ile yapılmıştır. Bu çalışmada bitişik nizam kazık sistemi ile kurulan deniz yapılarının etrafındaki akış ve oyulma mekanizmalarını incelemek, oyulma bölgelerini ve derinliklerini tespit etmek amacıyla İstanbul Teknik Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarı'nda seri deneyler yapılmıştır. Deneylerin uygulandığı dalga kanalı 22,5 m uzunluğunda, bir metre genişliğinde ve 0,50 m yüksekliğindedir. Canlı yatak oluşturmak için kanalın ortasına üç metre uzunluğunda ve bir metre genişliğinde bir sediment havuzu yerleştirilmiştir. Bu havuzda kullanılan malzemenin ortalama tane çapı 0,72 mm'dir. Düzenli dalga üreten bir palet kullanılan kanalda yapılan deneylerde önce farklı dalga özellikleri ile deneyler yapılmış daha sonra ise sabit dalga koşullarında kazıkların farklı açılarla yerleştirilmesiyle seri deneyler yapılmaya devam edilmiştir. Deneylerde kazıkları temsilen 75 mm çapında ve 50 cm yüksekliğinde, hidrolik olarak pürüzsüz kabul edilebilecek PVC borular kullanılmıştır. Kazık grubu kanal duvarına bitişik olarak konumlandırılmıştır. Deneylerde kanaldaki su yüksekliği 35 cm olarak sabit tutulmuştur. Deneylerde dalga boyu 1,90 m, dalga yüksekliği 7 cm ve periyod 1,28 saniyedir. Keulegan Carpenter katsayısı 2,56 olarak hesaplanmıştır. Deneyler düzenli dalga altında altı saat süreyle yapılmıştır. Deney süresi boyunca oyulma alanı çevresindeki akım ve çevrintiler tanecikler yardımıyla gözlemlenmiştir ve kamera ile kayıt altına alınmıştır. Gözlemlenen oyulma alanı ve hareketi kararlı hale geldikten sonra ADV yardımıyla hız ölçümleri yapılmıştır. Ölçümler 3 cm aralıklarla oyulmanın etkin olduğu tüm alanda birçok noktada alınmıştır. Karşılaştırma yapabilmek için tabanda bozulmanın olmadığı bölgelerde de hız ölçümü yapılmıştır. Ölçümlerden elde edilen verilerle yapılan hesaplamalarda Shields parametresinin kritik değerden oyulma bölgelerinde büyük olduğu saptanmıştır. Bu durum da yatakta sediment hareketi olduğunu teorik olarak göstermektedir. Deney süresi sonunda kanaldaki su boşaltılırken yatağın bozulmaması için sediment havuzunun altına oyulma bölgesini etkilemeyecek şekilde drenaj boruları yerleştirilmiştir. Deney bitiminde kanaldaki su yavaşça boşaltılmış ve oyulma alanının bozulmaması sağlanmıştır. Oyulma bölgesi kuruduktan sonra tarama işlemi gerçekleştirilmiş ve cetvel ile derinlik ölçümleri yapılmıştır. Bu ölçümler eşyükselti haritaları çıkarabilmek için sık aralıklarla ve oyulma-birikme alanları dikkate alınarak yapılmıştır. Yapılan ilk deneylerde 6 adet kazık birleştirilerek bir liman yapısının köşesini temsil edecek şekilde kanal duvarının kenarına konumlandırılmıştır. Farklı dalga özellikleri ile birkaç deney yapılmış ve oyulma alanları ve derinlikleri gözlemlenmiştir ancak hız ölçümleri alınmamıştır. Daha sonra sabit dalga özellikleri altında, birleştirilen kazık yapısı ile kanal duvarı arasındaki açı olan alfa açısı 0, 30, 60, 90 derece olacak şekilde kazık yapısı yeniden konumlandırılarak bir seri deney daha yapılmıştır. Bu deneylerde kıyı yapısına farklı açılarla gelecek dalgaların farklı olabilecek etkilerini incelemek amaçlanmıştır. Deneylerde kullanılan kazık çapının dalga boyuna oranı (D/L) 0,1'den küçük olduğu için yapı narin kazık statüsünde yer almaktadır. Kamera kayıtlarının incelemesi ve hareketlerin takip edilmesi ile gözlemlenen at nalı çevrintisi benzeri hareketler bunu doğrulamaktadır. Çevrintinin periyodu 0,55 s olarak ölçülmüştür. Deneylerden alınan hız verileri ile oyulma bölgelerinde yatak kayma gerilmesi ve Shields parametresi hesaplanmıştır. Hesaplanan yatak kayma gerilmeleri ve Shields parametresi değerleri eşyükselti eğrileri grafiği ile verilmiştir. Yatak kayma gerilmesinin oyulma bölgelerinde kritik değerin yaklaşık 6 katına kadar, Shields parametresinin ise kritik değerin yaklaşık 5 katına kadar arttığı hesaplanmıştır. Hem çevrintilerin gözlemlendiği hem de yatak kayma gerilmesinin ve Shields parametresinin maksimuma ulaştığı bölgelerde oyulmanın maksimum değere ulaştığı görülmüştür. Maksimum oyulmanın kazık çapına oranı (S/D) 0,13 olarak hesaplanmıştır. Maksimum oyulmalar genelde dalganın geliş yönündeki ilk temas eden köşe kazık çevresinde ve oyulma-birikme-oyulma örgüsünün devamında üçüncü kazık çevresinde tespit edilmiştir. Bu durum da bitişik nizam kazık sistemi uygulanacak yapılarda oyulma problemine sadece köşe kazık çevresinde değil yapı boyunca dikkat edilmesi gerekliliğini göstermiştir. Deneylerin sonucunda oyulma miktarının yanı sıra oyulmanın ne kadar mesafede etkili olduğu da ölçülmüştür. Etki mesafesinin kazık çapına oranı (Xs/D) maksimum 1,64 olarak ölçülmüştür. Bu durum geçmişte yapılan çalışmalarda koruma alanı için önerilen 3-4D mesafesinden kısa olduğu için bitişik nizam kazık sistemiyle yapılan yapılarda fazladan önlem almayı gerektirecek bir duruma rastlanmamıştır.