Ankara üNİversitesi fen biLİmleri enstiTÜSÜ

3. LİTERATÜRDE SU KALİTE MODELLERİ 
 
 
Türkiye yüzölçümünün % 4.63’ü büyüklüğünde olan Yeşilırmak havzası üzerinde 
bulunan Yeşilırmak nehrinin uzunluğu 450 km’dir. Nehrin önemli kollarından olan 
Çekerek Çayı 276 km, Kelkit Çayı 246 km, Tersakan Çayı 91.5 km uzunluktadır. Sivas, 
Tokat, Yozgat, Çorum, Amasya ve Samsun olmak üzere altı ilin sınırlarından geçen ana 
kol ve yan kollara sahiptir. Akarsu çalışmalarının uzun süreli, pahalı olması, kalabalık 
çalışma grubu gerektirmesi ve zor olması nedeniyle Yeşilırmak nehri üzerinde yeterli 
çalışma yapılmamıştır. Özellikle su kalite modelleri üzerinde yeterli araştırma 
bulunmamaktadır. 
 
 
Su kalitesi modelleri, bir su ortamında oluşan fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreçleri 
tanımlayan matematiksel eşitliklerden meydana gelir. Doğal olaylardan ya da evsel, 
endüstriyel ve tarımsal faaliyetler sonucu oluşan noktasal/noktasal olmayan deşarjlar 
modelin kirlilik yüklerini oluşturur. Yeşilırmak havzasında noktasal ve noktasal 
olmayan kirlilik yüklerinin tümü mevcuttur. Karmaşık, rasgele ve zamanla değişken 
özellik gösteren kirlilik kaynakları sebebiyle akarsu sisteminin davranışı dinamiktir. 
 
 
Bir akarsu sisteminin değişik kirlilik yükleri altında muhtemel davranışı ancak o 
sistemin dinamik özelliklerinin bilinmesi ile öngörülebilir. Bu sebeple, iyi bir dinamik 
model kurulmalı ve güvenilir bir benzetim yapılmalıdır. Dolayısıyla geliştirilen model 
deneysel olarak test edilmeli, model parametreleri sağlıklı olarak belirlenmeli ve 
kanıtlanmalıdır. 
 
 
Özellikle endüstri atık suları ile kirlenmiş akarsular üzerinde modelleme 
araştırmalarının yetersiz düzeyde olmasına rağmen yapılan çalışmaların ve geliştirilen 
modellerin hemen tamamına yakınını yurt dışı çalışmalar oluşturmaktadır. Akarsu 

---

 
15
sistemleri üzerinde geliştirilen bütün yazılımlar yurt dışı çalışmalarda elde edilen paket 
programlardır. 
 
 
Ülkemizde su toplama havzaları üzerinde çalışma sayısı çok az sayıdadır. Bu çalışmalar 
da ancak birkaç parametre incelenerek yapılmıştır. Su toplama havzalarının büyüklüğü 
ve çalışma koşullarının zor olması yapılacak araştırmaları kısıtlamıştır. Akarsu havzası 
çevre sistemleri belirsizlik ve karmaşıklık içerir. Buna rağmen, yöneticiler, doğal 
kaynakların kalitesi ve kantitesi açısından çoğu zaman çözüm için parasal kaynakların 
da sınırlı olması sebebiyle en kısa zamanda en uygun kararı vermek zorundadırlar. Bu 
durumda idarecilerin vereceği karara matematiksel temeller yardımcı olur. Karar verme 
ile modelleme arasındaki ilişki de bu ihtiyaçtan kaynaklanmaktadır. 
 
 
Matematiksel olarak modellemesi yapılan gerçek olayı, elde edilen matematiksel 
modelin en iyi ve yüksek duyarlılıkta temsil etmesi en önemli noktadır. Bilgisayar 
destekli çalışmalar bu yönde yürütülmektedir. Oluşturulan matematiksel modelin daha 
iyiye ve daha ileriye götürülmesi, dolayısıyla gerçek olayı daha iyi şekilde temsil eden 
bir yapıya getirilmesi temel olarak hedeflenir. 
 
 
Genel olarak çevresel modeller, kuramsal ve deneysel unsurların her ikisini de içeren 
tüme varım ve tümden gelim tipi yaklaşımları birlikte kullanan nitelikte modellerdir. 
 
 
QUAL2E yan kolları da kapsayacak şekilde akarsularda ve iyi karışımlı göllerdeki 
klasik kirleticiler için bir kararlı hal modelidir. Su kalitesi yönetiminde planlama aracı 
olarak geliştirilen bu model, kararlı hal için olduğu gibi dinamik modellemede de 
kullanılabilir. Model, yaklaşık 15 su kalite faktörü içinden, kullanıcı tarafından 
istenenlerin seçimi ile modellenebilir. Bu program, veri hazırlama programı olan 
AQUAL2, temel program QUAL2E, belirsizlik (‘uncertainty’) analizi yapan 

---

 
16
QUAL2EU ve son olarak çıktı kütüklerini okuyarak sonuç listesi veya grafik oluşturan 
Q2PLOT olmak üzere dört ana modülden oluşmuştur. 
 
 
QUAL2E’nin eski versiyonu MODQUAL paketi ile Karasu nehri üzerinde yatışkın 
durum yaklaşımıyla deneysel olarak az sayıda veri ile model kalibrasyonu konusunda 
çalışılmıştır. Bu çalışmada su kalitesinin uzun vade de göstereceği karakterizasyon 
simüle edilmiştir (Uluatam 1993).  
 
 
Su kalite modelleri akarsular, göller, kanal ve barajlar için geliştirilmektedir. Bu konuda 
çalışma yapan İngilizler SALMONQ paket programını Wallington Enstitüsünde 
geliştirmiştirler. Bu modelin kullanımı QUAL2E ye göre daha zordur. Çünkü çok fazla 
veriye ihtiyaç duymaktadır (SALMONQ User Documentation 1993). 
 
 
Nehirler üzerinde üçüncü mertebe analiz yapabilen QUICK ve QUICKEST 
modellerinin farklılıkları ve uyumu Stamou (1992) tarafından çalışılmıştır. 
 
 
Doğal nehir sularındaki organik azot ve fosfor analizinde kullanılmayan başka bir 
metotla analizi Johnes et al. (1992) tarafından çalışılmıştır. Kanallarda network 
modellemesinde simültane çözüm algoritması üzerinde çalışmalar yapılmıştır (Choi and 
Molinas 1993).  
 
 
Öte yandan dinamik benzetim alanında; duyarlılık analizi, birinci mertebe hata analizi 
ve Monte Carlo benzetim tekniklerinin matematiksel su kalite modeli QUAL2E’ye 
uyarlanması çalışmaları gerçekleştirilmiştir (Brown 1987). Ayrıca, çoklu ortam için 
(hava, su, toprak gibi) modelleme sistemlerinin geliştirilmesi, uzman sistemlere geçiş ve 
doğadaki sorunların kademeli olarak çözümlenmesi gerekliliği vurgulanmıştır (Barnwell 
et al. 1989). 

---

 
17
Su kalite yönetiminde dinamik programlama modellerinden en uygununun belirlenmesi 
üzerine çözünmüş oksijen modelinin QUAL2E ile WASP4 karşılaştırılmalı olarak atık 
yüklerin tespiti konusunda çalışmalar yapılmıştır (Cardwell and Ellis1993). Literatürde 
genetik algoritmayı (GA) su kalite model parametrelerinin belirlenmesinde kullanan 
araştırmacılara rastlanmaktadır. Bunlar çözüm için en küçük kareler yöntemini 
kullanmışlardır (Mulligan and Brown 1998). 
 
 
Model kalibrasyonu ve model kullanımı konusunda South Plate nehrinde 
gerçekleştirilen çalışmalar ile USGS–QW ve QUAL2E modellerinin kalibrasyonu 
yapılmıştır (Paschal and Mueller 1991). 
 
 
Su kalitesi model programlarının parametrelerinin belirlenmesi ve model kalibrasyonu 
konusunda uygulanabilecek en basit yöntem deneme–yanılmadır. Ancak oluşturulacak 
olan modelin karmaşıklığı ve belirlenmesi gerekli olan parametrelerin çokluğu 
nedeniyle bu yöntemle sonuca ulaşmak olanaksız gözükmektedir. İkinci bir yol 
probleme ‘bağıl hata’ kavramı kullanarak istatistiksel yöntemlerle yaklaşmaktır. 
(Warwick 1986, Thomann 1992). 
 
 
Rauch  et al. (1998) mevcut akarsu su kalite modellerinden 10 önemli yazılımı 
karşılaştırmalı olarak incelemiş ve bunlardan yalnızca iki tanesinin (AQUASIM ve 
DESERT) sınırlı parametre belirleme özelliğine sahip olduğunu belirtmiştir. Bunlardan 
AQUASIM, su sistemlerinin birçok alanında kullanılabilmektedir. Kısmen basit bir 
denitrifikasyon prosesi örneği için aktif çamur sistemlerinde model parametrelerinin 
belirlemesi için kullanılmıştır (Reichert et al. 1995). 
 
 
Mevcut su kalite modellerinden bir kısmı Cox (2003) tarafından karşılaştırmalı olarak 
incelenmiş (Çizelge 3.1) ve dünyada en çok kullanılanın QUAL2E olduğu belirtilmiştir. 
Ancak, QUAL2E (Brown 1987, Paschal 1991) de dahil olmak üzere, bilinen modellerin 

---

 
18
çoğunda dinamik benzetim özelliği yoktur ve model parametreleri deneme–yanılma 
yoluyla belirlenir. Bu iki özelliğe birden tam olarak sahip olan bir yazılım bulmak 
neredeyse mümkün gözükmemektedir.  
 
Çizelge 3.1  Bazı su kalite modellerinin özellikleri Cox (2003) 
 
Model 
 
Özellik