Investigation of the Relationship Between Water Quality and Hydrological Drought in Selected River Basins of Türkiye

Abstract

This study investigates the relationship between hydrological drought and agricultural irrigation water quality in selected river basins of Türkiye. Long-term streamflow and water quality data from eight stations in the Meriç, Sakarya, Yeşilırmak, Susurluk, and Gediz basins were analyzed. Irrigation water quality was assessed using the Sodium Adsorption Ratio (SAR), sodium percentage (Na%), and the Canadian Water Quality Index (CCME-WQI), while hydrological drought was represented by the Streamflow Drought Index (SDI). Normality tests showed that SDI and Na% were normally distributed at six stations, and SAR at five stations, whereas CCME-WQI did not meet normality at five stations. Correlation and Mann-Whitney U test results indicated no significant relationships between SDI and water quality indices at most stations (p > 0.05), while significant localized correlations were identified at specific monitoring points (p = 0.03). However, significant differences were found between SDI and CCME-WQI at two stations in the Yeşilırmak Basin (p < 0.05). Overall, the results show that hydrological drought exhibits a highly complex and basin-specific character in its effects on irrigation water quality. Trend analysis using the Seasonal Mann-Kendall (SMK) test and Sen's slope method reveals significant temporal variations in the Yeşilırmak Basin. Particularly at the Sütlüce station, the decreasing trend in CCME-WQI continues, according to the records observed in the SDI. This suggests the possibility of adverse deterioration in water conditions due to increased surface variations during rainy periods from a hydrological perspective. Ultimately, this strongly points to innovative, multi-indexed strategies in water resource assessments and long-term trend productsBu çalışma, Türkiye'deki seçilmiş nehir havzalarında hidrolojik kuraklık ile tarımsal sulama suyu kalitesi arasındaki ilişkiyi incelemektedir. Meriç, Sakarya, Yeşilırmak, Susurluk ve Gediz havzalarındaki sekiz istasyondan elde edilen uzun vadeli akış ve su kalitesi verileri analiz edilmiştir. Sulama suyu kalitesi; Sodyum Adsorpsiyon Oranı (SAR), sodyum yüzdesi (Na%) ve Kanada Su Kalitesi İndeksi (CCME-WQI) kullanılarak değerlendirilirken, hidrolojik kuraklık Akış Kuraklık İndeksi (SDI) ile temsil edilmiştir. Normallik testleri, SDI ve Na% değerlerinin altı istasyonda, SAR değerinin ise beş istasyonda normal dağılım gösterdiğini; CCME-WQI değerlerinin ise beş istasyonda normal dağılım göstermediğini ortaya koymuştur. Korelasyon ve Mann-Whitney U testi sonuçları, çoğu istasyonda SDI ile su kalitesi indeksleri arasında anlamlı bir ilişki olmadığını (p > 0,05) gösterirken, belirli izleme noktalarında anlamlı yerel korelasyonlar tespit edilmiştir (p = 0,03). Bununla birlikte, Yeşilırmak Havzası'ndaki iki istasyonda SDI ile CCME-WQI arasında anlamlı farklılıklar bulunmuştur (p < 0,05). Genel olarak sonuçlar, hidrolojik kuraklığın sulama suyu kalitesi üzerindeki etkilerinin oldukça karmaşık ve havzaya özgü bir karakter sergilediğini göstermektedir. Mevsimsel Mann-Kendall (SMK) testi ve Sen eğim yöntemi kullanılarak yapılan eğilim analizi, Yeşilırmak Havzası'nda zamansal açıdan önemli değişimler olduğunu ortaya koymaktadır. Özellikle Sütlüce istasyonunda, SDI kayıtlarına paralel olarak CCME-WQI değerlerindeki düşüş eğilimi devam etmektedir. Bu durum, hidrolojik açıdan bakıldığında, yağışlı dönemlerde yüzey akışındaki değişimlerin artmasıyla birlikte su koşullarında olumsuz bir bozulma yaşanabileceğine işaret etmektedir. Sonuç olarak bu bulgular, su kaynakları değerlendirmelerinde ve uzun vadeli eğilim analizlerinde yenilikçi, çoklu indekslere dayalı stratejilerin gerekliliğini güçlü bir şekilde ortaya koymaktadır.