Yeşil Altyapı Sistemlerinin Hidrolojik/Hidrolik ve Su Kalitesi Modeli ile Performansının İncelenmesi: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa Büyükçekmece Kampüsü Örneği

Year 2024, Volume: 6 Issue: 3, 240 - 252, 02.01.2025

Orkun Aydin , Selin Emir , Selen Emir , Ecem Güney , Elif Naz Coşkun , Zeynep Aydın , Ecem Yıldız , Yasemin Kaya , Sezar Gülbaz

https://doi.org/10.46740/alku.1524805

Abstract

Yoğun kentleşme, yüzeysel akış miktarının artmasına, yüzeyde toplanan suyun kirlenmesine ve bunun sonucunda su kalitesinin azalmasına neden olmaktadır. Bu olumsuz etkilerin azaltılması için Yeşil Altyapı Sistem bileşenleri kullanılmaktadır. Yeşil Altyapı Sistemleri yüzeysel akışın pik debisini ve miktarını azaltan, aynı zamanda kirletici konsantrasyonunu düşürerek su kalitesini iyileştiren doğal yöntemlerdir. Özellikle, kentsel alanlarda yağmur suyu özelinde uygulanan yeşil altyapı uygulamaları aynı zamanda Düşük Etkili Kentleşme (DEK) uygulamaları olarak isimlendirilmektedir. Bu çalışma kapsamında, DEK uygulamalarının yüzeysel akış miktarına ve su kalitesine etkisi incelenmiştir. Bu çerçevede ilk olarak Çevre Koruma Kuruluşu Yağmur Suyu Yönetim Modeli (EPA-SWMM) bilgisayar programı kullanılarak İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa Büyükçekmece Kampüsü’ne ait Hidrolojik-Hidrolik ve su kalitesi modeli oluşturulmuştur. DEK uygulamalarının bulunduğu ve bulunmadığı model karşılaştırılarak, Yeşil Altyapı Sistemlerinin performansı incelenmiştir. Sonuç olarak DEK uygulamalarıyla birlikte; toplam yüzeysel akış miktarının, pik debinin ve yüzeysel akıştaki kirletici konsantrasyonunun önemli ölçüde azaldığı gözlemlenmiştir.

Keywords

Düşük Etkili Kentleşme, Yeşil Altyapı Sistemleri, EPA-SWMM, Hidrolojik/Hidrolik Model, Su Kalitesi Modeli, Taşkın, Yüzeysel Akış

Ethical Statement

Etik kurul onayı gerekmemektedir.

Supporting Institution

Proje desteği alınmamıştır.

Project Number

Proje desteği alınmamıştır.

Thanks

Bu çalışmada kullanılan yerleşim planının ve topoğrafik haritanın temini hususunda İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa Yapı İşleri Daire Başkanlığı’na teşekkürlerimizi sunuyoruz.

Investigation of the Green Infrastructure Performance via Hydrologic/Hydraulic and Water Quality Model: A Case Study of Istanbul University-Cerrahpaşa Büyükçekmece Campus

Abstract

Heavy urbanization leads to an increase in surface runoff volume and pollution of surface water quantities and consequently, a decline in water quality. Green Infrastructure System components are used to diminish these harmful effects. Green Infrastructure Systems are nature-friendly methods that decrease peak discharge and surface runoff as well as improving water quality by decreasing pollutant concentrations. These applications which lessen the impacts of urbanization are called Low Impact Development (LID) implementations. In this study, the effects of LID implementations on surface runoff and water quality are examined. In context, we utilized the Environmental Protection Agency Storm Water Management Model (EPA-SWMM) to process the Hydrologic/Hydraulic and Water Quality Model of the Istanbul University-Cerrahpasa Büyükçekmece Campus. Having compared the models with and without LID applications, the green infrastructure performance is investigated. The results indicated that total surface runoff, peak flow rate, and the pollutant concentrations in the surface flow had decreased significantly.

Keywords

Low Impact Development, Green Infrastructure Systems, EPA-SWMM, Hydraulic/Hydrologic Model, Water Quality Model, Flood, Surface Runoff

Ethical Statement

Etik kurul onayı gerekmemektedir.

Supporting Institution

Proje desteği alınmamıştır.

Project Number

Proje desteği alınmamıştır.

Thanks

Bu çalışmada kullanılan yerleşim planının ve topoğrafik haritanın temini hususunda İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa Yapı İşleri Daire Başkanlığı’na teşekkürlerimizi sunuyoruz.

References

• [1] S. Gülbaz and C. M. Kazezyılmaz-Alhan, "Düşük etkili kentleşme uygulaması: Biyotutmanın hidrolojik performansının deneysel modellerle araştırılması," Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 23, no. 9, pp. 1041-1048, Dec. 2017, doi: 10.5505/pajes.2017.54531.
• [2] H. Baycan, M. N. Ciner, C. Gök, İ. B. Peker, and S. Gülbaz, "Flood Modeling of Ezine and Ayancik Stream Watersheds in Western Black Sea Basin Turkey," 14th International Conference on Hydroscience and Engineering, İzmir, Türkiye, 26-27 May 2022, pp. 623-627.
• [3] K. Von Grebmer, C. Ringler, M. W. Rosegrant, T. Olofinbiyi, D. Wiesmann, H. Fritschel, O. Badiane, M. Torero, Y. Yohannes, J. Thompson, C. von Oppeln, and J. Rahall, "2012 Global hunger index: The challenge of hunger: Ensuring sustainable food security under land, water, and energy stresses," Bonn, Germany; Washington D.C., USA; and Dublin, Ireland: Deutsche Welthungerhilfe, International Food Policy Research Institute (IFPRI), and Concern Worldwide, Oct. 2012, doi: 10.2499/9780896299429.
• [4] X. Liu, Z. Ren, H. Ngo, X. He, P. Desmond, and A. Ding, "Membrane technology for rainwater treatment and reuse: A mini review," Water Cycle, vol. 2, pp. 51-63, 2021, doi: 10.1016/j.watcyc.2021.08.001.
• [5] G. E. Üstün, T. Can, and G. Küçük, "Binalarda yağmur suyu hasadı," Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, vol. 25, no. 3, pp. 1593-1610, Dec. 2020, doi: 10.17482/uumfd.765561.
• [6] W. He, X. Lin, Z. Shi, J. Yu, S. Ke, X. Lu, Z. Deng, Y. Wu, L. Wang, Q. He, and J. Ma, "Nutrient removal performance and microbial community analysis of amended bioretention column for rainwater runoff treatment," Journal of Cleaner Production, vol. 374, 133974, Nov. 2022, doi: 10.1016/j.jclepro.2022.133974.
• [7] S. Gülbaz, and C. M. Kazezyılmaz-Alhan, "Impact of land use/cover changes on water quality and quantity in a calibrated hydrodynamic model," 10th International Congress on Advances in Civil Engineering (ACE 2012), Türkiye, 2012.
• [8] S. Gülbaz, C. M. Kazezyılmaz-Alhan, R. Nas, and M. Dikici, "A calibrated hydrological model for Alibeyköy Watershed in Istanbul, Turkey, incorporating LID implementation," Fresenius Environmental Bulletin, vol. 26, pp. 6112-6120, 2017.
• [9] S. Gülbaz, A. Yıldırım, and C. M. Kazezyılmaz-Alhan, "A water quality-quantity model for Avcilar Campus of Istanbul University incorporating LID implementation," New Trends in Urban Drainage Modelling (UDM 2018), Palermo, Italy, 23-26 Sep. 2018, pp. 688-692, doi: 10.1007/978-3-319-99867-1_119.
• [10] J. Gironás, L. Roesner, L. Rossman, and J. Davis, "A new applications manual for the Storm Water Management Model (SWMM)," Environmental Modelling & Software, vol. 25, pp. 813-814, June 2010, doi: 10.1016/j.envsoft.2009.11.009.
• [11] W. C. Huber and R. E. Dickinson, “Storm Water Management Model Version 4 User’s Manual,” Athens, GA: Environmental Research Laboratory, Office of Research and Development, U.S. Environmental Protection Agency, EPA/600/S3-88/001, Aug. 1988.
• [12] S. Gülbaz, and C. M. Kazezyılmaz-Alhan, "Investigating effects of low impact development on surface runoff and TSS with a calibrated hydrodynamic model," La Houille Blanche, vol. 3, pp. 77-84, June 2014, doi: 10.1051/lhb/2014031.
• [13] L. A. Rossman, “Storm Water Management Model User’s Manual Version 5,” Water Supply and Water Resources Division, National Risk Management Research Laboratory, U.S. Environmental Protection Agency, EPA/600/R-05/040, Cincinnati, OH, July 2010.
• [14] L. Rossman and W. Huber, “Storm Water Management Model Reference Manual Volume I Hydrology,” U.S. EPA, Office of Research and Development, Washington, DC, EPA/600/R-15/162A, Sep. 2015.
• [15] L. Rossman, “Storm Water Management Model Reference Manual Volume II – Hydraulics,” U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC, EPA/600/R-17/111, Aug. 2017.
• [16] S. Gülbaz and C. M. Kazezyılmaz-Alhan, “Calibrated hydrodynamic model for Sazlıdere watershed in Istanbul and investigation of urbanization effects,” Journal of Hydrologic Engineering, vol. 18, no. 1, pp. 75–84, 2013, doi: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000607.
• [17] S. Gülbaz, “Yağış-havza-biyotutma sisteminin hidrolojik-su kalitesi modellemesi ve deneysel olarak incelenmesi,” Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, 2015.
• [18] R. McCuen, “Hydrology,” Federal Highway Administration (FHWA), FHWA-SA-96-067, Washington, DC, USA, 1996.
• [19] S. Gülbaz and C. M. Kazezyılmaz-Alhan, "Impact of LID Implementation on Water Quality in Alibeyköy Watershed in Istanbul, Turkey," Environmental Processes, vol. 5, June 2018, doi: 10.1007/s40710-018-0318-3.
• [20] M. H. Mohammed, H. M. Haider, and W. H. Hassan, "Modeling the quality of sewage during the leaking of stormwater surface runoff to the sanitary sewer system using SWMM: A case study," AQUA - Water Infrastructure Ecosystems and Society, vol. 71, no. 1, pp. 86-99, Jan. 2022, doi: 10.2166/aqua.2021.227.
• [21] L. U. Murphy, T. A. Cochrane, and A. O’Sullivan, "Build-up and wash-off dynamics of atmospherically derived Cu, Pb, Zn, and TSS in stormwater runoff as a function of meteorological characteristics," Science of The Total Environment, vol. 508, pp. 206–213, March 2015, doi: 10.1016/j.scitotenv.2014.11.094.
• [22] D. Wicke, T. A. Cochrane, and A. O'Sullivan, "Build-up dynamics of heavy metals deposited on impermeable urban surfaces," Journal of Environmental Management, vol. 113, pp. 347-354, Dec. 2012, doi: 10.1016/j.jenvman.2012.09.005.
• [23] N. Tohum, "Sürdürülebilir peyzaj tasarım aracı olarak yeşil çatılar," Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, 2011.
• [24] K. E. Saracoglu and C. M. Kazezyilmaz-Alhan, "Determination of grass swale hydrological performance with rainfall-watershed-swale experimental setup," Journal of Hydrologic Engineering, vol. 28, no. 3, 04022043, Dec. 2023, doi: 10.1061/jhyeff.heeng-5824.
• [25] C. Küp, "Üniversite kampüsünde biyotutma sistemlerinin kirletici giderimi için saha performansının incelenmesi," Yüksek Lisans Tezi, Trakya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trakya, Türkiye, 2022.
• [26] M. Y. Kılıç and M. N. Abuş, "Bahçeli bir konut örneğinde yağmur suyu hasadı," Uluslararası Tarım ve Yaban Hayatı Bilimleri Dergisi, vol. 4, no. 2, pp. 209-217, Dec. 2018, doi: 10.24180/ijaws.426795.
• [27] M. Scholz and P. Grabowiecki, "Review of permeable pavement systems," Building and Environment, vol. 42, no. 11, pp. 3830-3836, Nov. 2007, doi: 10.1016/j.buildenv.2006.11.016.
• [28] Ö. B. Topçu, B. Felekoğlu, and B. Çaylak, "Agrega kökeni, agrega/çimento oranı ve ince malzemeli agrega kullanımının geçirimli betonun fiziksel ve mekanik özelliklerine etkisi üzerine bir çalışma," Erzincan University Journal of Science and Technology, vol. 12, no. 1, pp. 225-234, March 2019, doi: 10.18185/erzifbed.442592.
• [29] R. A. Frias and M. Maniquiz-Redillas, "Modelling the applicability of low impact development (LID) technologies in a university campus in the Philippines using Storm Water Management Model (SWMM)," IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 1153, 012009, 23-25 Jan. 2021, doi: 10.1088/1757-899X/1153/1/012009.
• [30] H. F. Jia, X. W. Wang, C. P. Ti, Y. Y. Zhai, R. Field, A. N. Tafuri, H. H. Cai, and S. L. Yu, "Field monitoring of a LID-BMP treatment train system in China," Environmental Monitoring and Assessment, vol. 187, no. 6, 373, May 2015, doi: 10.1007/s10661-015-4595-2.
• [31] Y. Z. Liu, V. F. Bralts, and B. A. Engel, "Evaluating the effectiveness of management practices on hydrology and water quality at watershed scale with a rainfall-runoff model," Science of The Total Environment, vol. 511, pp. 298–308, April 2015, doi: 10.1016/j.scitotenv.2014.12.077.
• [32] N. Geheniau, M. Fuamba, V. Mahaut, M. R. Gendron, and M. Dugue, "Monitoring of a rain garden in cold climate: Case study of a parking lot near Montreal," Journal of Irrigation and Drainage Engineering, vol. 141, no. 6, 04014073, June 2015, doi: 10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000836.