Assessment of impact of reservoir`s contaminated bottom sediments on surface water quality by sediment-water interaction model

Abstract

Bu çalışmada, su temini amacıyla inşası planlanan barajların sular altında kalacak alanlarında zeminde bulunan kirleticilerin yüzeysel sulara baraj ömrü boyunca etkisinin değerlendirilmesi için bir yaklaşım sunulmuştur. Tabanda ve su kolonunda bulunan kirleticileri modelleyebilmek için zemin-su kolonu etkileşim modeli geliştirilmiş ve baraj haznesi zemininde halihazırda var kirleticilerin su kalitesine etkisi farklı senaryolar altında araştırılmıştır.Baraj haznelerinde su kalitesi düzenli olarak izlenmekte olup kirliliğin kaynağı olarak genellikle derelerle taşınan kirleticiler gösterilmektedir. Bu çalışmayla hedeflenen göl alanında halihazırda var olan kirleticilerin, yeraltı suyu yoluyla ve yüzeysel sularla taşınan kirleticilerin oranına katkısını belirlemektir. Bu modelleme çalışması baraj havzası için seçilen yerin uzun vadede su kalitesini nasıl etkileyeceği hakkında baraj inşa edilmeden ön fikir verecektir. Elden edilen bulgular içme suyu arıtma tesislerinin tasarımında da kullanılabilecektir.Bu çalışmada geliştirilen zemin-su kolonu etkileşim modeli düşeyde üç ana katman içermektedir. Birinci katman, dikey sütundaki sıcaklık profiline göre iyi karışmış ya da tabakalaşmış şekilde de modellenebilen su sütunu tabakası, ikinci katman karışmış zemin tabakası, üçüncüsü ise derin tortu tabakasıdır. Modelde, kirleticiler için kütle denge denklemleri, su sütunu ve karışmış zemin tabakası için çözülmektedir. Katılar için kütle dengesi, kararlı haldeki kütle dengesine göre karışmış zemin tabakasında katmanlar arasındaki çökelme, tekrar karışma ve gömülme olayları düşünülerek çözülmektedir. Adveksiyon ? difüzyon bozunma denklemleri, derin tortu tabakalarındaki kirletici konsantrasyonlarının modellenmesi için kullanılmıştır.Bu çalışmayla, baraj haznesi doldurulmadan önce haznenin dibinden alınan zemin örneklerini baz alan, haznede ileride oluşabilecek kirlilik modellenebilecektir. Su kolonunda tabandaki kirleticilerden kaynaklı kirletici konsantrasyonlarının tahmini için ters modelleme yaklaşımı uygulanmıştır. Bu yaklaşımla, Çamlı Havzasının zemininde halihazırda mevcut olan beş ağır metalin ( bakır, çinko, krom, nikel ve kurşun) ölçülmüş değerleri kullanılarak göl suyuna transferi modellenmiştir.

In this study, an approach for the assessment of the life-long impact of submersed contaminated bottom sediments in projected reservoirs on surface water quality is presented. A sediment-water interaction model designed to simulate contaminants in the sediments and in the overlying water column is developed and the impact of contaminated bottom sediments on water quality is investigated under different scenarios.The water quality of the drinking water supplying reservoirs is regularly monitored and the source of pollution is generally attributed to the contaminants transported by the streams. One goal of this study is to investigate the contribution of contaminated soils underlying the reservoir compared to the contaminants transported by surface and groundwater influx. The proposed study predicts the long term impact of the selected site on water quality before the construction of the dam. The findings of this study can also be used in the preliminary design of water treatment plants.The sediment-water interaction model developed in this study consists of three main layers: water column which can be specified as well mixed or stratified according to the temperature profile in the vertical column, a mixed sediment layer and a deep sediments layer. In the model, mass balance equations for contaminants are solved for the water column and the mixed sediment layer. Mass balance for the solids are solved according to the steady state mass balance for mixed sediment layer considering settling, resuspension and burial processes between the layers. Advection-diffusion decay equations are used to model contaminant concentration in the deep sediments layer.This study further presents the projection of possible contamination in a reservoir based on the analysis of the soil samples collected from the reservoir bottom before the filling of the reservoir. Reverse modeling approach for the prediction of contaminant concentration in the water column originating from the bottom sediments is applied. Transfer of five heavy metals; Copper, Zinc, Chromium, Nickel, and Lead existing in bottom sediments of Çamlı Basin to the reservoir water is modeled.