The Evaluation of Water Quality Using Geographical Information Systems (GIS) and Multi Attribute Decision Making

Yıl 2016, Cilt: 19 Sayı: 2, 208 - 220, 28.07.2016

Mustafa Kavurmacı , Abdullah Üstün

https://doi.org/10.18016/ksujns.08103

Öz

In the last century, the demand for freshwater resources continues to grow due to the rapidly increasing population and industrialization. This growing demand requires continuous monitoring and evaluation of the limited freshwater resources. This study investigated the spatial distribution of the groundwater quality of aquifers in the Eskil Basin in the Central Anatolian region of Turkey using physical- chemical data and geostatistical methods. The main purpose of this research was to develop a model (water quality index) to prevent any confusion in terms of water quality determination and determine optimum locations based on high water quality. For the assessment of the groundwater quality, 21 water samples were collected from different irrigation wells in the area and evaluated in terms of vulnerability using Analytic Hierarchy Process (AHP). The water quality index of the study area comprised of 18 sub-criteria (water quality parameters) classified under four main criteria of factors causing vulnerability as follows: (i) Group 1 (ii) Group 2 (iii) Group 3 and (iv) Group 4. The groundwater quality maps were constructed using Kriging method and the water quality index obtained from the AHP model. For each map, seven different semivariogram models were tested and exponential method was determined as the best-fit model by using the root mean square standardized error values. In this study, the groundwater quality index of the zones in both maps was classified as (i) very high (ii) high (iii) moderate and (vi) low water quality. The areas that are excellent for groundwater quality were concentrated in the southwest parts of the study area where the Eskil water quality indeks (ESKİ) scores were greater than 0.075.

Anahtar Kelimeler

water quality, water quality index, analytic hierarchy process, kriging method

Çok Kriterli Karar Verme Analizi ve Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) Kullanılarak Su Kalitesinin Değerlendirilmesi

Öz

Son yüzyılda hızla artan nüfus ve endüstrileşme nedeniyle tatlı su kaynaklarına olan talep artmaya devam etmektedir. Suya olan talep artışı, sınırlı olan temiz su kaynaklarının sürekli izlenme ve kontrol altında tutulmasını gerektirir. Bu çalışma kapsamında, İç Anadolu bölgesinde yer alan Eskil Ovasındaki yeraltı suyu kaynaklarının su kalitesi fiziksel-kimyasal veriler ve jeoistatiksel yöntemlerle incelenmiştir. Bu araştırmanın amacı, su kalitesi yönünden karışıklıkları önlemek için bir model (su kalite indeksi) geliştirmek ve yüksek su kalitesine sahip alanları belirlemektir. Bölgedeki yeraltı suyu kalitesini değerlendirebilmek amacı ile 21 farklı sulama kuyusundan su örnekleri toplanmış ve veriler Analitik Hiyerarşi Süreci (AHP) yardımıyla değerlendirilmiştir. Çalışma alanının su kalite indeksi fiziksel, kimyasal, ağır metal ve organic parametreler adı altında sınıflandırılan dört ana faktör ve onsekiz farklı alt kriter (su kalite parametresi) dikkate alınarak oluşturulmuştur.Yeraltı suyu kalite haritaları AHP modellerinden elde edilen su kalite indeksleri ve Kriging metot kullanılarak çizilmiştir. Her bir harita için yedi farklı semivariogram model test edilmiş ve en uygun model ortalama karekök hata yöntemi kullanılarak seçilmiştir. Yeraltı suyu kalite haritalarında verilen yeraltı suyu kalite indeksi çok yüksek, yüksek, orta ve düşüksu kalitesi şeklinde sınıflandırılmıştır. ESKİ değerinin 0.075 den büyük olduğu çok yüksek-yüksek su kalitesine sahip alanlar inceleme alanının güneybatısında bulunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

Su kalitesi, su kalite indeksi, analitik hiyerarşi yöntemi, kriging metot, Eskil

Kaynakça

• KAYNAKLAR
• Abtahi, M., Golchinpour, N., Yaghmaeian, K., Rafiee, M., Jahangiri-rad, M., Keyani, A., Saeedi, R. 2015. A modified drinking water quality index (DWQI) for assessing drinking source water quality in rural communities of Khuzestan Province, Iran. Ecological Indicators 53: 283–291
• Aldworth, J. 1998. Spatial Prediction, Spatial Sampling, and Measurement Error. Ph.D.Thesis, Iowa State University, Iowa, USA, 167 s.
• Arıkan, Y. 1975. The geology and petroleum prospects of the Tuz Gölü Basin. Bulletin of the Mineral Research and Exploration Institute of Turkey, 85, 17 - 44.
• Banerjee, T., Srivastava, R. 2009. Application of water quality index for assessment of surface water quality surrounding integrated industrial estate-Pantnagar. Water Sci. Technol. 60(8): 2041–2053
• Bardalo, A.A., Nilsumranchit, W., Chalermwat, K. 2001. Water quality and uses of the Bangpakong river (Eastern Thailand). Water Resource, 35: 3635–3642
• Bolstad, P. 2005. GIS Fundamentals: A First Text on Geographic Information Systems. Eider Press.
• Boyacioglu, H. 2007. Development of a water quality index based on a European classification scheme. Water Sa, 33(1).
• Chapra, S.C. 2008. Surface water-quality modeling. Waveland press.
• Cordy, G.E. 2001. A Primer on Water Quality. USGS report no: 027-01. http://pubs.usgs.gov/fs/fs-027-01/. Accessed December 2, 2015
• Clark, I. 1979. Practical Geostatistics. London, Britain, Applied Science Publishers.
• Çemen, İ., Göncüoğlu, M.C., Dirik, K. 1999. Structural evolution of the Tuz Gölü Basin in Central Anatolia, Turkey. The J. Geol., 107/6: 693-706.
• Diersing, N., Nancy, F. 2009. Water quality: Frequently asked questions.PDA. NOAA.
• Dirik, K., Erol, O. 2000. Tuzgölü ve civarının tektonomorfolojik evrimi, Orta Anadolu, Türkiye. Haymana-Tuzgölü-Ulukışla Basenleri Uygulamalı Çalışma, Prooceedings, 27-46.
• Fu, P., Sun, J. 2010. Web GIS: principles and applications. Esri Press.
• Germolec, D.R., Yang, R.S.H., Ackerman, M.F., Rosenthal, G.J., Boorman, G.A., Blair, P., Luster, M.I. 1989. Toxicology studies of a chemical mixture of 25 groundwater contaminants. Fundam Appl Toxicol 13: 377–387
• Göncüoğlu, M.C., Dirik, K., Erler, A., Yalınız, K., Özgül, L., Çemen, İ. 1996. Tuzgölü havzası batı kısmının temel jeolojik sorunları. TPAO Rapor No: 3753 (Yayınlanmamış).
• Hem, J.D. 1985. Study and ınterperation of the chemical characteristics of natural water, USGS Water Supply Paper 2254, U. S. Gov. Print Office, 263 p.
• Horton, R.K. 1965. An index number system for rating water quality. J. Water Pollut. Control Fed. 37: 300–306
• Kavurmaci, M.M. 2013. Şereflikoçhisar havzası yeraltı sularının hidrojeolojik ve hidrokimyasal açıdan incelenmesi ve bölgedeki tuzlusu girişiminin çevresel etkilerinin araştırılması. ASÜ Fen Bil. Ens., Jeoloji ABD, Doktora Tezi, 232 s.
• Liou, S., Lo, S., Wang, S. 2004. A generalized water quality index for Taiwan. Environ. Monit. Assess. 96: 35–52
• Marjani, A., Jamali, M. 2014. Role of exchange flow in salt water balance of Urmia Lake. Dynamics of Atmospheres and Oceans, 65, 1–16
• Miller, W.W., Joung, H.M., Mahannah, C.N., Garrett, J.R. 1986. Identification of water quality differences Nevada through index application. J. Environ. Qual. 15: 265–272
• Nasiri, F., Maqsiid, I., Haunf, G., Fuller, N. 2007. Water quality index: a fuzzy river pollution decision support expert system. J. Water Resour. Plan. Manag. 133: 95–105
• Oliver, M.A. 1990. “Kriging: A method of interpolation for geographical information systems”. International Journal of Geographic Information Systems, 4: 313–332.
• Ramakrishnaiah, C.R., Sadashivaiah, C., Ranganna, G. 2009. Assessment of water quality index for the groundwater in Tumkur Taluk, Karnataka State, India. Journal of Chemistry, 6(2), 523–530
• Saaty, T.L. 2005. “Theory and Applications of The Analytic Network: Decision Making With Benefits, Opportunities, Costs And Risks” page.47, RWS Publication USA.
• Saaty, T.L. 2008. “Decision making with the analytic hierarchy process” Int. J. Services Sciences, 1 (1); 83-98
• Sadat-Noori, S.M., Ebrahimi, K., Liaghat, A.M. 2014. Groundwater quality assessment using the Water Quality Index and GIS in Saveh-Nobaran aquifer, Iran. Environmental Earth Sciences, 71(9), 3827–3843
• Selvam, S., Manimaran, G., Sivasubramanian, P., Balasubramanian, N., Seshunarayana, T. 2014. GIS-based Evaluation of Water Quality Index of groundwater resources around Tuticorin coastal city, south India. Environmental earth sciences, 71(6), 2847–2867
• Sener, E., Davraz, A. 2013. Assessment of groundwater vulnerability based on a modified DRASTIC Model, GIS and an Analytic Hierarchy Process (AHP) method: the case of Egirdir Lake Basin (Isparta, Turkey). Hydrogeology Journal, 21: 701–714
• Sun, W., Xia, C., Xu, M., Guo, J., Sun, G. 2016. Application of modified water quality indices as indicators to assess the spatial and temporal trends of water quality in the Dongjiang River. Ecological Indicators, 66, 306-312.
• Taylor, J.K. 1987. Quality assurance of chemical measurements. CRC Press.
• Tercan, A.E., Saraç, C. 1998. “Maden Yataklarının Değerlendirilmesinde Jeoistatistiksel yöntemler”. TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları, 48, Ankara, Türkiye
• Yazgan, E. Üstün, A.K. 2011. Application of analytic network process: weighting of selection criteria for civil pilots. J Aeronaut Space Technol, 5(2), pp.1-12.
• Zarif, İ.H., Özçep, F., Seyyar, T. 2004. “Yalova’daki Alüvyon Zeminlerin Sıvılaşma Tehlike Analizi”. 16. Uluslararası Jeofizik Kongresi, 7-10 Aralık, Ankara, Türkiye,
• WHO/UNICEF 2012. Estimated with data from WHO/UNICEF Joint Monitoring Programme (JMP) for Water Supply and Sanitation. Progress on Sanitation and Drinking-Water, 2012 Update