Nurhayat DALKIRAN, Didem KARACAOĞLU, Dilara TAŞ MESTİK, Güllü KARABAYIRLI, Sevil ATAK, Tuğçe Necmiye ARDA KOŞUCU, Firuze COŞKUN, Enis Akay

Mustafakemalpaşa Çayı’nın (Bursa) Su Kalitesinin Faktör Analizi Kullanılarak Değerlendirilmesi

Bu çalışmada Mustafakemalpaşa Çayı’nda belirlenen iki örnekleme noktasından Ekim 2016 - Eylül 2017 tarihleri arasında aylık olarak alınan su örneklerinde bazı fizikokimyasal ve ağır metal analizi sonuçları akarsuyun su kalitesini belirlemek için değerlendirilmiştir. Veri setine Ana Bileşenler Analizi/Açıklayıcı Faktör Analizi uygulanmış ve toplam varyansın % 76,426’sını açıklayan üç faktör yükü belirlenmiştir. Faktör I’de bikarbonat, bor, arsenik, antimon, sodyum ve kalsiyumun kuvvetli pozitif faktör yükü oluşturduğu ve toplam varyansın % 28,76’sını açıkladığı tespit edilmiştir. Faktör II toplam varyansın % 25,999’unu açıklamış, bu faktörde alüminyum, demir ve toplam azot kuvvetli negatif, magnezyum ve sülfat ise pozitif faktör yükü oluşturmuştur. Faktör III’te çözünmüş oksijen negatif, florür, fosfat fosforu ve silis ise pozitif faktör yükü oluşturmuştur. Bu faktör toplam varyansın % 21,667’sini kapsamıştır. Her üç faktör yükünün havzanın madencilik faaliyetleri ve jeolojik yapısını yansıttığı, daha az oranda ise havzada yapılan tarımsal faaliyetlerin baskı unsuru oluşturduğu belirlenmiştir. Çalışmada ölçülen fizikokimyasal değişkenlerin ve bazı ağır metal analizlerinin yıllık ortalamaları ulusal yönetmeliklerdeki standart değerler ile karşılaştırılmıştır. Mustafakemalpaşa Çayı’nda ölçülen bazı ağır metallerin (bor, arsenik, cıva, krom, nikel, alüminyum ve demir) Yerüstü Su Kalitesi Yönetmeliği’ne göre yıllık ortalama çevresel kalite standardı ve/veya maksimum çevresel kalite standardının üstünde olduğu tespit edilmiştir. Nitrat azotu hariç tüm besin tuzlarının ise II. ya da III. sınıf su kalitesini yansıttığı, toplam fosfor derişimi açısından akarsuyun ötrofik karakterde, toplam azot miktarı açısından ise akarsuyun mezotrofik ila ötrofik karakter arasında olduğu tespit edilmiştir. Mustafakemalpaşa Çayı bulunduğu bölgede tarım arazilerinin sulanması için çok önemli bir su kaynağı olduğu için sulama suyu kriterleri açısından da su kalitesi araştırılmış ve akarsuyun sulama suyu kalitesinin yüksek bor derişimi dışında iyi kalitede olduğu tespit edilmiştir. Ancak Mustafakemalpaşa Çayı’nda tespit edilen yüksek bor derişiminin bora yüksek tolerans gösteren bitkiler için belirlenen sınır değerin iki kat üstünde olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Mustafakemalpaşa Çayı, Su Kalitesi, Ağır Metaller, Sulama Suyu, Açıklayıcı Faktör Analizi

Use of Factor Analysis to Evaluate the Water Quality of Mustafakemalpaşa Stream (Bursa)

In this study, to determine the water quality, some physicochemical and heavy metal analysis results of water samples taken from two sampling points in Mustafakemalpaşa Stream between October 2016 - September 2017 were evaluated. Principal Component Analysis/Explanatory Factor Analysis was applied to the data set and three factor loadings, explaining 76.426% of the total variance were determined. In Factor I, it was determined that bicarbonate, boron, arsenic, antimony, sodium and calcium caused a strong positive factor load and explained 28.76% of the total variance. Factor II explained 25.999% of the total variance. In this factor, aluminum, iron and total nitrogen were strongly negative and magnesium and sulfate were positive factor loadings. Dissolved oxygen was negative in factor III, and fluoride, phosphate phosphorus, and silica had a positive factor load. This factor covered 21.667% of the total variance. It was determined that all three factors reflect the mining activities and geological structure of the basin, and to a lesser extent, agricultural activities in the basin constitute a pressure factor. The annual averages of physicochemical variables and some heavy metal analyzes results which measured in the study were compared with the standard values in national regulations. Some heavy metals (boron, arsenic, mercury, chromium, nickel, aluminum and iron) measured in Mustafakemalpaşa Stream are found to be above the annual average environmental quality standard and / or maximum environmental quality standard according to the Surface Water Quality Regulation. It was determined that all nutrients except nitrate nitrogen reflect II. or III. class water quality and the stream is eutrophic in terms of total phosphorus and between a mesotrophic and eutrophic character in terms of total nitrogen concentrations. Since Mustafakemalpaşa stream is an important source of water for irrigating agricultural lands, water quality was also investigated in terms of irrigation water criteria and the water quality of the stream was good quality except for high boron concentration. However, it was found that the high boron concentration detected in Mustafakemalpaşa Stream was two times higher than the limit value for the plants with high tolerance to boron.

Keywords:

Mustafakemalpaşa Stream, water quality, heavy metals, irrigation water, explanatory factor analysis,

PDF

___

AATTUT, (2010). Atıksu Arıtma Tesisleri Teknik Usuller Tebliği. Çevre ve Orman Bakanlığı. Resmi Gazete, Tarih 20.03.2010, Sayı 27527.
Anonim, (2001). Madencilik Özel İhtisas Komisyonu Raporu-Metal Madenler Alt Komisyonu Krom Çalışma Grubu Raporu. Devlet Planlama Teşkilatı. DPT: 2626 – ÖİK: 637, Ankara
Anonim, (2016). Mustafakemalpaşa sulama birliği denetim raporu. T.C. Bursa Valiliği Sulama Birlikleri Denetim Komisyonu. 13s.
Anonim, (2019). ETİ maden. (Erişim tarihi 01/07/ 2019). http://www.etimaden.gov.tr/emet.
APHA, (1998). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (20th ed.). Washington, DC: American Public Health Association.
Arık, F. (2012). Genetic characteristics of the Gozecukuru As-Sb deposits near Kutahya, Turkey. Journal of the Geological Society of India, 80(6), 855-868. https://doi.org/10.1007/s12594-012-0214-9
Arık, F., & Yaldız, T. (2010). Heavy metal determination and pollution of the soil and plants of southeast Tavşanlı (Kütahya, Turkey). Clean–Soil, Air, Water, 38(11), 1017-1030. https://doi.org/10.1002/clen.201000131
Arslan, N., Koç, B., & Çiçek, A. (2010). Metal contents in water, sediment, and Oligochaeta-Chironomidae of Lake Uluabat, a Ramsar site of Turkey. The Scientific World Journal, 10, 1269-1281. doi: 10.1100/tsw.2010.117.
Arslan, Ş., & Çelik, M. (2015). Assessment of the pollutants in soils and surface waters around Gümüşköy silver mine (Kütahya, Turkey). Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 95(4), 499-506. https://doi.org/10.1007/s00128-015-1613-6
Bartlett, M.S. (1950). Tests of significance in factor analysis. British Journal of Psychology, 3 (2), 77-85. https://doi.org/10.1111/j.2044-8317.1950.tb00285.x
Benzer, S. (2017). Concentrations of arsenic and boron in water, sediment and the tissues of fish in Emet stream (Turkey). Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 98(6), 805-810. DOI 10.1007/s00128-016-1996-z,
BUSKİ, (2019). Kalite izleme. (Erişim tarihi: 20/07/2019). http://www.buski.gov.tr/tr/kaliteizleme/
Cattell, R. B. (1966). The Scree Test for the Number of Factors. Multivariate Behavioral Research. 1 (2), 245-276. https://doi.org/10.1207/s15327906mbr0102_10
Cerny, B. A., & Kaiser, H. F. (1977). A study of a measure of sampling adequacy for factor-analytic correlation matrices. Multivariate Behavioral Research, 12(1), 43-47. https://doi.org/10.1207/s15327906mbr1201_3
Çolak, M., Gemici, Ü., & Tarcan, G. (2003). The effects of colemanite deposits on the arsenic concentrations of soil and ground water in Igdeköy-Emet, Kütahya, Turkey. Water, Air, and Soil Pollution, 149(1-4), 127-143. https://doi.org/10.1023/A:1025642331692
Çöl, M., Çöl, C., Soran, A., Sayli, B. S., & Oztürk, S. (1999). Arsenic-related Bowen's disease, palmar keratosis, and skin cancer. Environmental Health Perspectives, 107(8), 687-689. doi: 10.1289/ehp.107-1566498
Çöl, M., & Çöl, C. (2003). Environmental boron contamination in waters of Hisarcik area in the Kutahya Province of Turkey. Food and chemical toxicology, 41(10), 1417-1420. https://doi.org/10.1016/S0278-6915(03)00160-1
Çöl, M., & Çöl, C. (2004). Arsenic concentrations in the surface, well, and drinking waters of the Hisarcik, Turkey, area. Human and Ecological Risk Assessment, 10(2), 461-465. DOI: 10.1080/10807030490438535
Dalkıran, N. (2006). Orhaneli Çayı’nın epilitik diyatomeleri ile bentik omurgasızlarının ilişkilendirilmesi yoluyla kirlilik düzeyinin saptanması. Uludağ Üniersitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Bursa.
Dodds, W. K., Jones, J. R., & Welch, E. B. (1998). Suggested classification of stream trophic state: distributions of temperate stream types by chlorophyll, total nitrogen, and phosphorus. Water Research, 32(5), 1455-1462. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(97)00370-9
Dogan, M., Dogan, A. U., Celebi, C., & Baris, Y. I. (2005). Geogenic arsenic and a survey of skin lesions in the Emet region of Kutahya, Turkey. Indoor and Built Environment, 14(6), 533-536. https://doi.org/10.1177/1420326X05060121
Dziuban, C. D., & Shirkey, E. C. (1974). When is a correlation matrix appropriate for factor analysis? Some decision rules. Psychological Bulletin, 81(6), 358. http://dx.doi.org/10.1037/h0036316
Eaton, F. M. (1950). Significance of carbonates in irrigation waters. Soil Science, 69(2), 123-134.
Elmaci, A., Teksoy, A., Topac, F. O., & Özengin, N. (2007). Assessment of heavy metals in Lake Uluabat, Turkey. African Journal of Biotechnology, 6(19). http://dx.doi.org/10.5897/AJB2007.000-2351
Erdoğan, Y., Olgun A., Özmal, F., & Zeybek, B. (2004). Utilization of Boron Industry Wastes, Fly Ash, Bottom Ash and Alunite Mineral in Cement Production as an Additive Material II. Uluslararası Bor Sempozyumu, 23-25 Eylül 2004 Eskişehir Turkiye
Field, A. (2013). Discovering Statistics Using IBM SPSS Statistics. SAGE Publications. 4th Edition.
Helvacı, C. (1984). Occurrence of rare borate minerals: Veatchite-A, tunellite, teruggite and cahnite in the Emet borate deposits, Turkey. Mineralium Deposita, 19(3), 217-226. https://doi.org/10.1007/BF00199788
Helvacı, C. (2003). Türkiye borat yatakları Jeolojik konumu, ekonomik önemi ve bor politikası. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 5(1), 4-41.
Helvacı, C., & Alonso, R. N. (2000). Borate Deposits of Turkey and Argentina; A Summary and Geological Comparison. Turkish Journal of Earth Sciences, 9: 1 – 27.
Helvacı, C. (2015a). Bor Yataklarının Mineral ve Kimyası Yönünden Genel Değerlendirilmesi ve Gelecek Öngörüsü. Madencilik ve Yerbilimleri Dergisi, 47: 66-78.
Helvacı, C. (2015b). Geological features of Neogene Basins Hosting Borate Deposits: An Overview of Deposits and Future Forecast, Turkey. Maden Tetkik ve Arama Dergisi, (151), 169-215. DOI: 10.19111/bmre.05207
Helvacı, C., Stamatakis, M., G., Zagouroglou, C., & Kanaris, J. (1993). Borate minerals and related authigenic silicates in northeastern Mediterranean Late Miocene continental basins. Exploration and Mining Geology, 2, 171-178. https://doi.org/10.19111/bmre.71777
Hopkins, B. G., Horneck, D. A., Stevens, R. G., Ellsworth, J. W., & Sullivan, D. M. (2007). Managing irrigation water quality for crop production in the Pacific Northwest.
HSKY, 2016. Hassas su kütleleri ile bu kütleleri etkileyen alanların belirlenmesi ve su kalitesinin iyileştirilmesi hakkında yönetmelik. Resmi Gazete, 23 Aralık 2016, Sayı : 29927.
Kaiser, H. (1974). An Index of Factor Simplicity. Psychometrica, 39, 31-36. https://doi.org/10.1007/BF02291575
Kaiser, H. F., & Rice, J. (1974). Little jiffy, mark IV. Educational and Psychological Measurement, 34(1), 111-117. http://dx.doi.org/10.1177/001316447403400115
Kaiser, H. F. (1970). A second generation little jiffy. Psychometrika, 35(4), 401-415. https://doi.org/10.1007/BF02291817
Karacaoğlu, D. (2006). Emet Çayı’nın Epipelik Diyatomeleri ile Bentik Omurgasızlarının İlişkilendirilmesi Yoluyla Kirlilik Düzeyinin Saptanması. Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Doktora Tezi. Bursa.
Köse, E., Tokatli, C., & Çiçek, A. (2014). Monitoring Stream Water Quality: A Statistical Evaluation. Polish Journal of Environmental Studies, 23(5). https://doi.org/10.17482/uujfe.39645
Liu, C.W., Lin, K.H. & Kuo, Y.M. (2003). Application of factor analysis in the assessment of groundwater quality in a Blackfoot disease area in Taiwan, Science of the Total Environment, 313(3), 77–89. https://doi.org/10.1016/S0048-9697(02)00683-6
MTA, (2010)a. Kütahya ili maden ve enerji kaynakları. (Erişim tarihi 16/07/2019). http://www.mta.gov.tr/v3.0/sayfalar/bilgimerkezi/maden_potansiyel_2010/kutahya_madenler.pdf.
MTA, (2010)b. Bursa İli Maden ve Enerji Kaynakları (Erişim tarihi: 20/07/2019) http://www.mta.gov.tr/v3.0/sayfalar/bilgimerkezi/maden_potansiyel_2010/Bursa_Madenler.pdf
Omwene, P. I., Öncel, M. S., Çelen, M. & Kobya, M. (2019). Influence of arsenic and boron on the water quality index in mining stressed catchments of Emet and Orhaneli streams (Turkey). Environmental Monitoring and Assessment, 191: 199. https://doi.org/10.1007/s10661-019-7337-z
Oygür V & Erler A. (1999) - Jasperoid Tipi Epitermal Cevherleşmeye Batı Anadoludan Bir Örnek: Değirmenciler Antimuan Cevherleşmesi (Simav, Kütahya) Maden Tetkik ve Arama Dergisi, 121, 97-113,
Özgenç, İ. (1993). Ovacık (Tavşanlı-Kütahya) fluorît yatağının jeolojisi ve oluşumu. Jeoloji Mühendisliği, 43, 5-14.
Pett, M.A., Lackey, N.R., & Sullivan, J.J. (2003). Making Sense of Factor Analysis: The Use of Factor Analysis for Instrument Development in Health Care Research. California: Sage Publications Inc.
Richards L. A. (1954). Diagnosis and Improvement of Saline and Alkali soils, United States Department of Agriculture, US Salinity Lab Handbook, 60.
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, 464-475. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2006.02.001
Semiz, G. D. (2014) Sulama Suyu Açısından Bor İçeriğinin Değerlendirilmesi: Uluabat Gölünü Besleyen Orhaneli, Emet ve Mustafakemalpaşa Çayları. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 11(1): 98-105.
SKKYTUT, (1991). Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği Teknik Usuller Tebliği. Resmi Gazete, Tarihi: 07.01.1991, Sayı: 20748.
SKKY, (2004). Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği. Resmi Gazete, Tarihi: 31.12.2004, Sayı: 25687.
SÜY, (1995). Su Ürünleri Yönetmeliği. Resmi Gazete, Tarihi:10.03.1995, Sayı: 22223.
Şener, Ş., & Karakuş, M. (2017). Investigating water quality and arsenic contamination in drinking water resources in the Tavşanlı District (Kütahya, Western Turkey). Environmental Earth Sciences, 76(21), 750. DOI 10.1007/s12665-017-7101-z
Şimşek, G., Çanlı, M., Karadavut, U., Yazıcı, M. E., & Soğancı, K. (2017). Sulama Yapılan Alanların Bazı Su Parametreleri Açısından Ayırma (Discriminant) Analizi Kullanılarak İncelenmesi. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 4(3), 339-346.
Tokatli, C., Arslan, N., Çiçek, A., Kose, E., Emiroglu, O., & Dayioglu, H. (2013). Effect of silver on aquatic ecosystems of Emet Stream Basin, Turkey. Pakistan Journal of Zoology, 45(2). https://doi.org/10.17482/uujfe.39645
Tokatli, C., Çiçek, A., Emiroğlu, Ö., Arslan, N., Köse, E., & Dayioğlu, H. (2014). Statistical approaches to evaluate the aquatic ecosystem qualities of a significant mining area: Emet Stream Basin (Turkey). Environmental Earth Sciences, 71(5), 2185-2197. DOI (10.1007/s12665-013-2624-4)
Tokatlı, C., Köse, E., Arslan, N., Emiroğlu, Ö., Çiçek, A., & Dayıoğlu, H. (2016). Ecosystem quality assessment of an aquatic habitat in a globally important boron reserve: Emet Stream Basin (Turkey). International Journal of Environment and Pollution, 59(2-4), 116-141. DOI: 10.1504/IJEP.2016.079896TSE, (2005). Türk Standardı TS-266 Sular-İnsani Tüketim Amaçlı Sular. ICS 13.060.20. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
Uysal, E., Şen, O. F., Kılıç, Ö. B. D., Candan, N., Uzun, N., Üner, K., Albayrak, B., Bıyıklı, M., Gülşah Üğlü, G., & Rahmanoğlu, N. (2017). Determination of soil plant available boron and boron nutritional status of tomato plants in major industrial tomato cultivated areas of Turkey. Bor Dergisi, 2(3), 161-167.
Varol, M., Gökot, B., Bekleyen, A., & Şen, B. (2012). Water quality assessment and apportionment of pollution sources of Tigris River (Turkey) using multivariate statistical techniques—a case study. River Research and Applications, 28(9), 1428-1438. https://doi.org/10.1002/rra.1533
Varol, M., Gökot, B., & Bekleyen, A. (2013). Dissolved heavy metals in the Tigris River (Turkey): spatial and temporal variations. Environmental Science and Pollution Research, 20(9), 6096-6108.DOI 10.1007/s11356-013-1627-8
Wilcox, L. V. (1955). Classification and Use of Irrigation Water, US Department of Agriculture. Circular 969, Washington DC.
YSKY, (2016). Yerüstü Su Kalitesi Yönetmeliğinde Değişiklik Yapılmasına Dair Yönetmelik. Resmi Gazete, Tarihi: 10.08.2016, Sayı: 29797.