Evaluation of Seasonality in Water Quality Using Non-Parametric Statistical Methods in the Case of Küçük Menderes Basin

Abstract

Water quantity and quality management are the most important factors in ensuring the sustainability of the ecological balance, and the researches conducted on this issue attract attention in all areas where sustainable integrated management is addressed. Evaluation of water quality observations from various perspectives is also one of the basic elements of sustainable water management for decision makers. Evaluation of seasonal changes in water quality caused by meteorological, hydrological and human-induced changes is important in terms of their use in management decisions. In the presented study, Küçük Menderes Basin, where there are dense agricultural regions, was selected, and the surface water quality parameters was analyzed by non-parametric statistical methods in terms of seasonal changes in surface water quality. Due to the results of the study, it was observed that there is a significant increase in organic pollution and nitrogen variable concentrations, where a significant decrease is observed in dissolved oxygen value throughout the basin during the selected time period. The evaluation of the seasonal variations of the water quality parameters with the evaluations will constitute the infrastructure for the preparation of many pollution prevention plans; contribute to the determination of the factors that will form the basis for future planning, and similarly, it will be a support infrastructure in the evaluation of management, administration and observation system decisions.

Keywords

• Water quality variables
• Water quality classes
• Seasonality
• Mann-Kendall trend test
• Küçük Menderes river basin

Küçük Menderes Havzası Örneğinde Su Kalitesinde Mevsimselliğin Parametrik Olmayan İstatistiksel Yöntemlerle Değerlendirilmesi

Abstract

Ekolojik dengenin sürdürülebilirliğini sağlamak için en önemli unsurların başında su miktarı ve kalitesi yönetimi gelmekte, bu konuda yürütülen araştırmalar, sürdürülebilir entegre yönetimin ele alındığı her alanda ilgi görmektedir. Su kalitesi gözlemlerinin çeşitli açılardan değerlendirilmesi, karar vericiler için sürdürülebilir su yönetiminin de temel unsurlardan biridir. Meteorolojik, hidrolojik ve insan kaynaklı değişimlerin neden olduğu su kalitesindeki mevsimsel değişikliklerin değerlendirilmesi, yönetim kararlarında kullanılması açısından önem taşımaktadır. Sunulan çalışmada, yoğun tarımsal bölgelerin bulunduğu Küçük Menderes Havzası seçilmiş, bölgenin iklim özelliklerine göre, incelenen dönem soğuk ve sıcak olarak ikiye ayrılarak, yüzeysel su kalitesindeki değişimin incelenmesi ve parametrik olmayan istatistiksel yöntemlerle değişkenlerdeki dönemsel eğilimin ortaya konması amaçlanmıştır. Çalışma sonuçlarına göre, incelenen zaman aralığında havza genelinde organik kirlilik ve azot değişkeni konsantrasyonlarında anlamlı bir artış, çözünmüş oksijen değerinde ise anlamlı bir azalma olduğu izlenmiştir. Yapılan değerlendirmeler ile su kalitesi parametrelerinin mevsimsel değişimlerinin incelenmesinin, kirlilik önleme planlarının hazırlanmasına alt yapı oluşturacağı düşünülmekte; gelecek planlamalara temel oluşturulacak etken unsurların belirlenmesine katkıda bulunulacağı ve benzer şekilde, yönetim, idare ve gözlem sistemi kararlarının değerlendirilmesinde de destek alt yapı olacağı düşünülmektedir.

Keywords

• Su kalitesi değişkenleri
• Su kalitesi sınıfları
• Mevsimsellik
• Mann-Kendall eğilim testi
• Küçük Menderes havzası

References

1. [1] Zwart, D., Trivedi, R.C. 1995. Manual on Integrated Water Quality Evaluation, Integral part of project "Biomonitoring Indian rivers 11" under RIVM project number 802023 and DGIS project number 754192 IN/92/021, Directorate General for International Cooperation, Netherlands Ministry of Foreign Affairs.
2. [2] Gikas, G., Tsihrintzis, V., Akratos, C., Charalampides, G. 2008. Water quality trends in Polyphytos Reservoir, Aliakmon River, Greece. Environmental monitoring and assessment, 149, 163-81.
3. [3] Leščešen, I., Dolinaj, D., Pantelić, M., Stevan Savić, Dragan Milošević, 2018. Statistical Analysis of Water Quality Parameters in Seven Major Serbian Rivers during 2004‒2013 Period. Water Resour 45, 418–426.
4. [4] Babić, G., Vuković, M., Voza, D., Takić, L., Mladenović-Ranisavljević, I. 2019. Assessing Surface Water Quality in the Serbian Part of the Tisa River Basin. Polish Journal of Environmental Studies, 28(6), 4073-4085.
5. [5] Iqbal, M.M., Shoaib, M., Farid, H.U., Lee, J.L. 2018. Assessment of Water Quality Profile Using Numerical Modeling Approach in Major Climate Classes of Asia. International journal of environmental research and public health, 15(10), 2258.
6. [6] Debels, P., Figueroa, R., Urrutia, R., Barra, R., Niell, X. 2005. Evaluation of Water Quality in the Chillán River (Central Chile) Using Physicochemical Parameters and a Modified Water Quality Index. Environ Monit Assess 110, 301–322.
7. [7] Massoud, M.A. 2012. Assessment of water quality along a recreational section of the Damour River in Lebanon using the water quality index. Environ Monit Assess 184, 4151–4160.
8. [8] Gandaseca, S., Rosli, N., Ngayop, J., Arianto, C. 2011. Status of Water Quality Based on the Physico-Chemical Assessment on River Water at Wildlife Sanctuary Sibuti Mangrove Forest, Miri Sarawak. American Journal of Environmental Sciences. 7. 269-275.

9. [9] Leščešen, I., Pantelić, M., Dolinaj, D., Stojanović, V., Milošević, D. 2015. Statistical Analysis of Water Quality Parameters of the Drina River (West Serbia), 2004-11. Polish Journal of Environmental Studies, 24(2), 555-561.
10. [10] EC (2013). Improving The Environmental Quality of the Black Sea Through Better Waste Water Treatment & Climate Change Adaptation of the Water Sector In Moldova, Final Report on Assessing the Impact of Climate Change on Water Supply Sources and Wss Systems in Moldova and Inventory Possible Adaptation Measures (Task 1), European Commission (DG Environment), Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD), 70s.
11. [11] Olds, B.P., Peterson, B.C., Koupal, K.D., Farnsworth-Hoback, K.M., Schoenebeck, C.W., Hoback, W.W. 2011. Water quality parameters of a Nebraska reservoir differ between drought and normal conditions, Lake and Reservoir Management, 27:3, 229-234.
12. [12] Wang, Y., Bian, J., Zhao, Y., Tang, J., Jia, Z. 2018. Assessment of future climate change impacts on nonpoint source pollution in snowmelt period for a cold area using SWAT. Scientific Reports. 8, 2402.
13. [13] Delpla, I., Jung, A., Baurès, E., Clement, M., Thomas, O. 2009. Impacts of climate change on surface water quality in relation to drinking water production. Environment International, 35, 1225-1233.
14. [14] Kostopoulou, E., Jones, P. 2005. Assessment of climate extremes in the Eastern Mediterranean. Meteorol. Atmos. Phys. 89, 69–85.
15. [15] Soltani, M., Laux, P., Kunstmann, H., Stan, K., Sohrabi, M.M., Molanejad, M., Sabziparvar, A.A., Ranjbar SaadatAbadi, A., Ranjbar, F., Rousta, I., Zawar-Reza, P., Khoshakhlagh, F., Soltanzadeh, I., Babu, C.A., Azizi, G.H., Martin, M.V. 2016. Assessment of climate variations in temperature and precipitation extreme events over Iran. Theor Appl Climatol 126, 775–795.
16. [16] Yuzhou, L., Ficklin, D.L., Liu, X., Zhang, M. 2013. Assessment of climate change impacts on hydrology and water quality with a watershed modeling approach, Science of The Total Environment, 450-451, 72-82.
17. [17] O'Farrell, I., Lombardo, R.J., de Tezanos Pinto, P., Loez, C. 2002. The assessment of water quality in the Lower Luján River (Buenos Aires, Argentina): phytoplankton and algal bioassays, Environmental Pollution, 120-2, 207-218.
18. [18] Shrestha, S., Kazama, F. 2007. Assessment of surface water quality using multivariate statistical techniques: A case study of the Fuji river basin, Japan, Environmental Modelling & Software, 22-4, 464-475.
19. [19] Ruggieri, N., Castellano, M., Capello, M., Maggi, S., Povero, P. 2011. Seasonal and spatial variability of water quality parameters in the Port of Genoa, Italy, from 2000 to 2007, Marine Pollution Bulletin, 62-2, 340-349.
20. [20] Garizi, A.Z., Sheikh, V., Sadoddin, A. 2011. Assessment of seasonal variations of chemical characteristics in surface water using multivariate statistical methods. Int. J. Environ. Sci. Technol. 8, 581–592.
21. [21] Hughes, M.K., Diaz, H.F. 1994. Was there a ‘medieval warm period’, and if so, where and when?. Climatic Change 26, 109–142.
22. [22] Solidoro, C., Pastres, R., Cossarini, G., Ciavatta, S. 2004. Seasonal and spatial variability of water quality parameters in the lagoon of Venice, Journal of Marine Systems, Volume 51, Issues 1–4, 7-18.
23. [23] Tokatlı, C., Köse, E., Arslan, N., Emiroğlu, Ö., Çiçek, A., Dayıoğlu, H. 2016. Emet Çayı Su Kalitesinin Mevsimsel Değişimi. Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 21, 9.
24. [24] Doğan Demir, A., Üstün, Ş., Yasin, D. 2016. Murat Nehri Su kalite Parametrelerinin Trend Analizi ve Tarımsal Açıdan Kullanılabilirliği. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 26(3), 414-420.
25. [25] Yüceer, A., İnkayalı N.G. 2004. Aşağı Seyhan Nehri Su Kalite Değişiminin QUAL2E Modeli İle İncelenmesi, Su Kirlenmesi Kontrolü Dergisi 14(3), 1-8.
26. [26] Baştürk, E., Alver, A. 2019. Melendiz Nehri Su Kalitesinin Farklı Kullanım Amaçlarına Göre Değerlendirilmesi. Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 8 (2), 731-740.
27. [27] SYGM, 2018. Küçük Menderes Havzası Kuraklık Yönetim Planı, Cilt I: Havzanın Genel Tanıtımı ve Kuraklık Analizleri, Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, Taşkın ve Kuraklık Yönetimi Dairesi Başkanlığı, Ankara, 199s.
28. [28] SYGM, 2018. Küçük Menderes Havzası Kuraklık Yönetim Planı, Cilt II: Su Bütçesi Çalışmaları, Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, Taşkın ve Kuraklık Yönetimi Dairesi Başkanlığı, Ankara, 87s.
29. [29] SYGM, 2018. Küçük Menderes Havzası Kuraklık Yönetim Planı, Cilt III: Sektörel Etkilenebilirlik Analizleri, Tedbirler ve Eylem Planı, Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, Taşkın ve Kuraklık Yönetimi Dairesi Başkanlığı, Ankara, 303s.
30. [30] SYGM 2019. Küçük Menderes Havzası Nehir Havza Yönetim Planı Hazırlanması Projesi, Nehir Havza Yönetim Planı Nihai Raporu, Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, Ankara, 889 s.
31. [31] MAM 2010. Havza Koruma Eylem Planlarının Hazırlanması Projesi, Küçük Menderes Havzası Nihai Raporu, Cilt I, TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Çevre Enstitüsü, Gebze, Kocaeli, 519s.
32. [32] ÇŞB 2016. Küçük Menderes Havzası Kirlilik Önleme Eylem Planı, T.C Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, Ankara, 68s.
33. [33] Gündoğdu, V., Özkan, E.Y. 2006. Küçük Menderes Nehri Ölçüm Ağı Tasarımı ve Su Kalite Değişkenlerinin İrdelenmesi Çalışması. Ege Üniversitesi Su Ürünleri Dergisi, 23(3-4), 361-369.
34. [34] Sütgibi, S. 2009. Küçük Menderes Nehri Delta Ovası ve Degradasyonal Etkiler, Ege Coğrafya Dergisi, 18/(1-2), 59-72, İzmir.
35. [35] Kurt, S., Haybat, H. 2015. Environmental Geomorphology of the Küçük Menderes River Delta - Küçük Menderes Nehri Deltasının Çevresel Jeomorfolojisi, Route Educational and Social Science Journal, 2(3).
36. [36] SYGM 2018. Küçük Menderes Nehir Havzası Yönetim Planı, Stratejik Çevresel Değerlendirme Kapsam Belirleme Raporu, Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, Ankara, 120s.
37. [37] Akyüz, Y., Atis, E. 2018. Küçük Menderes Havzasında İklim Değişikliğinin Olası Etkileri ve Üreticilerin Konuya İlişkin Farkındalıkları. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi 21(Özel Sayı), 109-115.
38. [38] Tchobanoglous, G., Burton, F.L. 1991. Wastewater engineering: Treatment, disposal and reuse. McGraw-Hill Series, 3rd Edition, Metcalf and Eddy, Inc., 1334s.
39. [39] Uslu, O., Türkman, A. 1987. Su Kirliliği ve Kontrolü, T.C. Başbakanlık Çevre Genel Müdürlüğü Yayınları Eğitim Dizisi – 1, 364s.
40. [40] Tebbutt, T.H.Y. 1998. Principles of Water Quality control (Fifth Edition), Butterworth-Heinemann, 288s.
41. [41] SKKY (2004). Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği, https://webdosya.csb.gov.tr/db/cygm/icerikler/su-k-rl-l-g--kontrolu-yonetmel-g--20190104091110.pdf (Erişim Tarihi: 18.03.2020).
42. [42] SKKY (2008). Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliğinde Değişiklik Yapılmasına Dair Yönetmelik, https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2008/02/20080213-13.htm (Erişim Tarihi: 18.03.2020).
43. [43] Helsel, D.R., Hirsch R.M. 2002. Statistical Methods in Water Resources. Techniques of Water-Resources Investigations of the United States Geological Survey, Book 4, Hydrologic Analysis and Interpretation Chapter 3, U.S. Geological Survey.
44. [44] Yue, S., Wang, C. 2004. The Mann-Kendall Test Modified by Effective Sample Size to Detect Trend in Serially Correlated Hydrological Series. Water Resources Management 18, 201–218.
45. [45] Ye, L., Shi, K., Xin, Z., Wang, C., Zhang, C. 2019. Compound Droughts and Heat Waves in China, Sustainability, 11(12), 3270.
46. [46] Sen P.K. 1968. Estimates of the regression coefficient based on Kendall’s tau. J Am Stat As 63:1379–1389.
47. [47] Karakus, C.B. 2017. Trend Analysis Methods for Hydro-Meteorological Parameters. International Journal of Scientific and Technological Research, 3(2), 22 -32.
48. [48] Büyükyıldız, M., Berktay, A. 2004. Parametrik Olmayan Testler Kullanılarak Sakarya Havzası Yağışlarının Trend Analizi, S.Ü. Müh.-Mim. Fak. Derg., 19(2).
49. [49] Gocic, M. and Trajkovic, S. 2013. Analysis of Changes in Meteorological Variables Using Mann-Kendall And Sen's Slope Estimator Statistical Tests in Serbia, Global and Planetary Change, 100, 172–182.
50. [50] Gilbert R. O. 1987. Statistical Methods for Environmental Pollution Monitoring. Wiley, New York, 336s.