Trend Analysis of Tigris River Water Quality Parameters

Abstract

This study aims to analyze the temporal variations of water quality parameters at five different stations along the Tigris River, providing crucial insights into the sustainable management of water resources. Water samples collected during four different periods (March, June, September, and December) between 2011 and 2020 were evaluated, and statistical trend analyses were conducted on physical, chemical, and biological parameters. Mann-Kendall trend analysis, Sen’s Slope Estimator, and Şen (2012) trend analysis methods were applied to determine significant trends in water quality changes. The findings indicate notable increasing or decreasing trends in several water quality parameters. Significant increases were observed in electrical conductivity (EC), total dissolved solids (TDS), chemical oxygen demand (COD), nitrate nitrogen (NO₃-N), and orthophosphate (O-PO₄), suggesting the impacts of agricultural activities, domestic waste, and industrial discharges on the river’s ecosystem. A decreasing trend in dissolved oxygen (DO) was detected in certain areas, indicating rising organic pollution and oxygen depletion. Trend analysis results revealed that nitrate and phosphate levels increased significantly in agricultural areas, while dissolved oxygen and heavy metal levels fluctuated in regions with intensive industrial and domestic waste discharge. Additionally, a slight increase in pH levels was observed over the years, indicating changes in the river's alkalinity. This study highlights the ongoing degradation of water quality in the Tigris River and emphasizes the need for preventive measures to protect and sustainably manage water resources. Controlling agricultural fertilizer applications, improving industrial waste management strategies, and strengthening water quality monitoring systems are crucial for preserving ecosystem health. The findings serve as a valuable reference for future research and water management policies.

Keywords

• Water quality
• trend analysis
• Tigris River

Dicle Nehri Su Kalitesi Parametrelerinin Trend Analizi

Öz

Bu çalışma, Dicle Nehri'nde belirlenen beş farklı istasyondan alınan su kalite parametrelerinin zamansal değişimlerini inceleyerek, su kaynaklarının sürdürülebilir yönetimi açısından önemli bulgular ortaya koymayı amaçlamaktadır. 2011-2020 yılları arasında dört farklı dönemde (Mart, Haziran, Eylül ve Aralık aylarında) alınan su numuneleri değerlendirilmiş, fiziksel, kimyasal ve biyolojik parametreler üzerinde istatistiksel trend analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmada Mann-Kendall trend analizi, Sen’in Eğim Tahmincisi ve Şen (2012) trend analizi yöntemleri kullanılmıştır. Elde edilen bulgular, bazı su kalite parametrelerinde belirgin artış veya azalış eğilimleri olduğunu göstermektedir. Elektriksel iletkenlik (EC), toplam çözünmüş madde (TDS), kimyasal oksijen ihtiyacı (COD), nitrik azot (NO₃-N) ve orto fosfat (O-PO₄) gibi parametrelerde anlamlı artışlar tespit edilmiştir. Bu durum, tarımsal gübreleme, evsel ve endüstriyel atıkların su ekosistemine olan etkilerini ortaya koymaktadır. Çözünmüş oksijen (DO) seviyelerinde belirli bölgelerde azalma eğilimi görülmüş olup, bu durum organik kirliliğin artışına bağlı olarak oksijen tüketiminin arttığını göstermektedir. Trend analizleri sonucunda, özellikle tarımsal faaliyetlerin yoğun olduğu bölgelerde azot ve fosfat türevlerinde artış gözlemlenmiş, endüstriyel ve evsel atık deşarjlarının yoğun olduğu alanlarda ise çözünmüş oksijen ve ağır metal seviyelerinde belirgin değişimler tespit edilmiştir. pH seviyelerinde yıllar içinde hafif bir artış gözlemlenmiş olup, bu durum suyun alkalinitesindeki değişimi göstermektedir. Bu çalışma, Dicle Nehri’nin su kalitesinin zamanla değiştiğini ve kirlilik yüklerinin arttığını ortaya koyarak, su kaynaklarının korunması ve sürdürülebilir yönetimi için önleyici tedbirlerin alınması gerektiğini vurgulamaktadır. Tarımsal gübreleme uygulamalarının kontrol altına alınması, sanayi atık yönetimi stratejilerinin geliştirilmesi ve su kalitesi izleme sistemlerinin güçlendirilmesi, ekosistem sağlığının korunması açısından büyük önem taşımaktadır. Elde edilen bulguların, gelecekte yapılacak çalışmalar ve su yönetimi politikalarının oluşturulması açısından rehber niteliğinde olacağı düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Su Kaynakları
• Trend Analizi
• Dicle Nehri

References

1. [1] Shiklomanov, I. A. (1993). World fresh water resources. In P. H. Gleick (Ed.), Water in crisis: A guide to the world's fresh water resources (pp. 13-24). Oxford University Press.
2. [2] Kundzewicz, Z. W., Mata, L. J., Arnell, N. W., Döll, P., Kabat, P., Jimenez, B., ... & Shiklomanov, I. A. (2007). Freshwater resources and their management. In Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the IPCC.
3. [3] Vörösmarty, C. J., Green, P., Salisbury, J., & Lammers, R. B. (2000). Global water resources: vulnerability from climate change and population growth. Science, 289(5477), 284-288. https://doi.org/10.1126/science.289.5477.284
4. [4] Gleick, P. H. (2014). Water, drought, climate change, and conflict in Syria. Weather, Climate, and Society, 6(3), 331–340. https://doi.org/10.1175/WCAS-D-13-00059.1
5. [5] Falkenmark, M., & Rockström, J. (2006). The new blue and green water paradigm: Breaking new ground for water resources planning and management. Journal of Water Resources Planning and Management, 132(3), 129-132. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(2006)132:3(129)
6. [6] UN Water. (2021). Progress on Integrated Water Resources Management: Global indicator 6.5.1 updates and acceleration needs. United Nations. Retrieved from https://www.unwater.org
7. [7] UN-Water. The United Nations World Water Development Report 2020: Water and Climate Change. UNESCO Publishing; 2020.
8. [8] IPCC. Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Cambridge University Press; 2021.

9. [9] Gleick PH. The World's Water Volume 9: The Biennial Report on Freshwater Resources. Island Press; 2018.
10. [10] Meybeck, M., Helmer, R., ‘‘The quality of rivers: From pristine stage to global pollution.’’ Palaeogeogr Palaeoclimatol Palaeoecol, vol. 75, no. 4, pp. 283-309, 1989.
11. [11] TürkStat. Türkiye Su ve Atıksu İstatistikleri Raporu. Türkiye İstatistik Kurumu Yayınları; 2021.
12. [12] Korkmaz N, Avcı M., ‘‘Türkiye’de nehir su kalitesinin değerlendirilmesi ve koruma stratejileri.’’ Çevre Bilimleri Dergisi, vol. 4, no. 2, pp. 85-97, 2012.
13. [13] Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. 4th ed. McGraw-Hill Science/Engineering/Math; 2003.
14. [14] Bartram J, Balance R. Water Quality Monitoring- A Practical Guide to the Design and Implementation of Freshwater Quality Studies and Monitoring Programmes. WHO & UNEP; 1996.
15. [15] Kendall MG. Rank Correlation Methods. Charles Griffin & Company Ltd; 1975.
16. [16] Mann. HB., ‘‘Nonparametric tests against trend.’’, Econometrica, vol. 13, no. 3, pp. 245-259, 1945.
17. [17] Sen, PK., ‘‘Estimates of the regression coefficient based on Kendall’s Tau’’, J Am Stat Assoc, vol. 63, pp. 324, pp. 1379-1389, 1968.
18. [18] Şen, Z., ‘‘Innovative trend analysis methodology.’’, J Hydrol Eng, vol. 17, no. 9, pp. 1042-1046, 2012.
19. [19] Helsel DR, Hirsch RM. Statistical Methods in Water Resources. U.S. Geological Survey; 2002.
20. [20] UNESCO. Water Quality in the 21st Century: Key Challenges and Opportunities. UNESCO Publishing; 2019.