Salinity simulations in the water quality modeling of Köyceğiz-Dalyan Lagoon

Bu çalışmada, ülkemizin oldukça önemli ve hassas ekosistemlerinden biri olan Köyceğiz - Dalyan Lagünü’nün sürdürülebilir yönetimi için, karar vericilere gerekli bilgilerin oluşturulması aşamasında kullanılan karar destek sistemi araçlarından biri olan, su kalitesi modellemesi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Teşkilatı tarafından geliştirilen ve 20 yılı aşkın bir süredir su kalitesi modelleme çalışmalarında kullanılan Water Quality Analysis Simulation Program (WASP) adlı program seçilmiştir. Su kalitesi modelleme çalışmalarında su ortamında maddenin taşınımının sağlanabilmesi için bu modele akımların tanımlanması gerekmektedir. WASP modeline tanımlanan akımların analizi ve kontrolü için de tuzluluk simülasyonları yapılmıştır. Tuzluluk simülasyonlarında elde edilen model sonuçları daha önce bölgede gerçekleştirilmiş olan izleme çalışmalarında ölçülen tuzluluk konsantrasyonları ile karşılaştırılarak model kalibre edilmiştir. Model kalibrasyonu yatay ve düşey Eddy difüzyon katsayıları değiştirilerek sağlanmıştır. Model sonuçlarına göre sistemde iki tabakalı bir akımın olduğu anlaşılmıştır. Akdeniz sınır koşulundan gelen suyun Köyceğiz Gölü sınır koşulunun olduğu bölgede etkisinin az olduğu sonuçlardan görülmüştür. Köyceğiz Gölü sınır koşulundan uzaklaştıkça Akdeniz suyunun etkisinin özellikle de alt tabaka akımlarında yıl boyunca etkili olduğu sonucu ortaya çıkmıştır. Ancak, kış aylarında üst tabaka akımlarındaki tuzluluk konsantrasyonu model tarafından 10 ppt’den daha düşük olarak tahmin edilmektedir. Çalışmada elde edilen sonuçlardan, kış döneminde Köyceğiz Gölü’nden sisteme giren suyun üst tabaka üzerinde etkili olduğu anlaşılmaktadır. Tuzluluk simülasyonları modele tanımlanan akımların su kalitesi modelleme çalışmalarının gerçekleştirilmesi için yeterli doğrulukta olduğunu göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Köyceğiz–Dalyan Lagünü, su kalitesi modelleme, Water Quality Analysis Simulation Program (WASP), tuzluluk simülasyonu.The human activities on coastal ecosystems started to cause severe environmental problems in the last few decades. Therefore, deterioration of these sensitive water resources, which have high economic importance, has become a major environmental concern. The fast and recent advances in computer technology provided mathematical models to be utilized in the remediation of pollution problems and in understanding how the environment works as a unit. Mathematical models are useful tools, not only for saving time and money, but also for solving ecological problems and for helping the selection of an appropriate management alternative for sustainable management. Therefore, using models has a broader function and they help the users to visualize the problems in detail. Coastal lagoons act as an interface between the terrestrial and marine environments, therefore, they are affected both by continental and marine influences. Phosphorous and nitrogen loadings have a major impact on the water quality of such sensitive and vulnerable water bodies; thus, control of eutrophication is one of the major problems faced by those responsible of the sustainable development and management of these ecosystems that requires the use of such models to foresee the future status of such natural resources and sensitive water bodies. In the study, the main objective is application and adaptation of a complex water quality model to a selected complex pilot area, and preparing a guideline for the future water quality modeling studies in such complex systems by emphasizing the difficulties faced in developing countries such as Turkey. Köyceğiz - Dalyan Lagoon, selected as the area of interest, is one of the most important and sensitive ecosystems in Turkey. The lagoon is located in the southwest of Turkey within the boundaries of Muğla Province along the Mediterranean Sea coast. Two drainage systems comprise the lagoon system. The first drainage system consists of the Köyceğiz Lake, whereas the second one consists of Dalyan Channel Network, Alagöl Lake, Sülüngür Lake and İztuzu Lake. The Köyceğiz Lake is connected to the Mediterranean Sea via the lagoon and its branches. Water Quality Analysis Simulation Program (WASP), which is developed by the United States Environmental Protection Agency (USEPA), was selected as the appropriate model to be implemented to Köyceğiz – Dalyan Lagoon for the study. WASP helps users to interpret and predict water quality responses to natural phenomena and man-made pollution for various pollution management decisions. The model has especially been applied to many water bodies in the USA. In order to provide the transport of materials in water quality modeling studies, flows and exchanges must be defined to the model. The flows and exchanges, are defined to the model with the data estimated during earlier studies conducted at the same study area. Salinity simulations were conducted for analyzing the flows and exchanges defined to the model. The simulation results were compared with the salinity data collected during the previous field studies conducted in the selected area of interest. The model was calibrated by changing horizontal and vertical eddy diffusion coefficients. 60 salinity simulations were conducted to get the best salinity calibration fit. According to the salinity simulation results, for the segments which represent the Köyceğiz Lake boundary condition, it is observed that this part of the lagoon is under the continuous effect of the lake. On the other hand, when the salinity simulation results of the other selected segments are analyzed, the predicted concentrations for the segments which represent the bottom layers are always higher than 10 ppt which indicates the dominant effect of the Mediterranean Sea in these parts. However, the predicted salinity concentrations of the segments which represent the upper layers are sometimes lower than 10 ppt during the winter months which lead to the conclusion that Köyceğiz Lake is dominant for this time of the year. The salinity simulation results confirmed that there is a dual layer flow except for the Köyceğiz Lake boundary condition. In general, the simulation results indicate that the flow rates, pathways, exchanges and exchange coefficients are estimated satisfactorily to run the water quality simulations. Keywords: Köyceğiz-Dalyan Lagoon, water quality modeling, Water Quality Analysis Simulation Program (WASP), salinity simulations