T.C

ENERJİ VE TABİİ KAYNAKLAR BAKANLIĞI DEVLET SU İŞLERİ GENEL MÜDÜRLÜĞÜ

Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı

HİDROLOJİDE İZOTOP TEKNİKLERİNİN KULLANILMASI SEMPOZYUMU

Daire Başkanı: Orhan UZUN Daire Başkan Yrd.: Müfit ALİŞAN

Düzenleme Kurulu

İzotop Laboratuarı Şube Müdürlüğü

Şube Müdürü: Mesut SAYIN Candan ÇİFTER

Sabahat ÖZCAN EYÜPOĞLU Alime TEMEL DİLAVER

İhsan YALÇIN

21-25 EKİM 2002 ADANA

ii

ÖNSÖZ

Nükleer teknikler yıllardır hidroloji alanında kullanılmaktadır. DSİ TAKK Dairesi İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü 1960’lı yılların başında faaliyete geçmiş ve 1970’li yılların ortalarına kadar nükleer tekniklerin kullanımını başarı ile gerçekleştirmiştir. Bu dönemde İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü UNESCO tarafından desteklenmiştir. UNESCO ile ortak uluslararası seminerler düzenlemiş ve nükleer teknikleri Türkiye’de çeşitli çalışmalara uygulamıştır. DSİ TAKK Dairesi Başkanlığı İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü dünyadaki ileri ülkelerde uygulanan nükleer teknikleri ülkemizde ilk uygulayan kuruluştur.

Çevresel izotopların hidrolojik ve hidrojeolojik amaçlı kullanımı gelişen cihaz teknolojileri ile özellikle 1970’li yıllar sonrasında hızla gelişme göstermiştir. Hem cihaz teknolojisindeki gelişmeler hem de radyoaktif maddelerin kullanılmasında karşılaşılan zorluklar nedeni ile tüm dünyada olduğu gibi İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü de çevresel izotopları kullanarak DSİ’ nin problemlerine katkıda bulunmaya yönlenmiştir. Kurulduğu ve çalışmalarını sürdürdüğü 1960’lı yıllardan beri birçok ulusal ve uluslararası proje yapan İzotop Laboratuvarı aynı zamanda ulusal anlamda DSİ’ nin dışında Kamu Kuruluşlarına, Üniversitelere ve özel sektöre gerek eğitici anlamda gerek analiz bazında destek vererek ve uygulamalı çalışmalara katkıda bulunarak ülke ekonomisine katkıda bulunmuştur. Ülkemizde bu alanda çalışan tek laboratuvar olmamız bu çalışmaların önemini artırmaktadır. Kurulduğu günden beri Ülkemizde hem DSİ’ ye hizmet veren hem de ulusal laboratuvar anlamında çalışmalar yapan İzotop Laboratuvarı zaman zaman düzenlemiş olduğu seminerler, vermiş olduğu konferanslar ve çeşitli platformlarda sunduğu bilimsel makaleler ile bu yöntemin hidroloji ve hidrojeolojiye destek vermesinin yanı sıra eğitici rolünü sürdürmüştür. Bu konu ile ilgili olarak düzenlenen ilk seminer Kasım 1987 yılında Hidrolojide İzotoplar ve Nükleer Teknikler adı altında Adana’da yapılmış ve DSİ, Kamu kuruluşları ve üniversitelerin katılımı ile gerçekleştirilmiştir. İzotop tekniklerinin hidrolojik çalışmalara uygulanması doğrultusunda düzenlenecek bir sempozyumun birçok açıdan yararlı olacağı düşünülerek bu sempozyum düzenlenmiştir. Sempozyumun amacı kamu kurum ve kuruluşları ile üniversitelerin birbirilerinin yapmış oldukları çalışmalardan haberdar olmalarıdır. Sempozyum esnasında yapılacak görüş alışverişleri Türkiye’de yapılabilecek genel çalışmalar hakkında bilgi verecektir. Çeşitli kamu kurum ve kuruluşları ile üniversitelerden sempozyuma bildirileri ile katkıda bulunan katılımcılara, tüm imkanlarını sunan Adana VI. Bölge Müdürlüğü’ne ve sempozyumun düzenlenmesindeki katkılarından dolayı İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü elemanlarına ve mesai arkadaşlarıma teşekkürü bir borç bilirim.

Sempozyum esnasında sunulan bildirileri içeren bu kitabın izotop tekniklerinin hidroloji ve hidrojeoloji alanındaki uygulamaları hakkında bir kaynak kitap olacağını umarım. Orhan UZUN Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanı

iii

İÇİNDEKİLER

İZOTOPLARIN HİDROLOJİDE KULLANILMASI Candan ÇİFTER, Mesut SAYIN

1

HİDROLOJİK ÇALIŞMALARDA KULLANILAN YENİ İZOTOPLAR VE KULLANIM ALANLARI Levent TEZCAN

15

HİDROLOJİDE İZOTOPLAR UNESCO ULUSLARARASI PROGRAMI Hamza ÖZGÜLER

25

TÜRKİYE’DEKİ İÇME VE KULLANMA SULARININ RADYOAKTİVİTE YÖNÜNDEN KALİTESİNİN BELİRLENMESİ Alime TEMEL DİLAVER, Candan ÇİFTER, Tanju ALTAY

35

YERALTISUYUNDA ATMOSFERİK GAZ İZLEYİCİLER: KURAM, ÖRNEKLEME, ÖLÇÜM VE YORUM C. Serdar BAYARI

47

KUZEY ANADOLU FAY ZONU İLE İLİŞKİLİ JEOTERMAL SAHALARDAKİ SULARIN İZOTOP BİLEŞİMLERİ Halim MUTLU, Nilgün GÜLEÇ, David R. HILTON, Selin SÜER, Tanju ALTAY

57

ANKARA, BEYPAZARI DOĞAL SODA (TRONA) SAHASI İZOTOP HİDROLOJİSİ ÇALIŞMALARI Cahit ÖZGÜR, Osman GÖKMENOĞLU, Barbaros ERDURAN

65

BÜYÜK MENDERES GRABENİNİN DOĞUSUNDA YERALAN JEOTERMAL SAHALARDA BULUNAN SULARIN İZOTOPİK VE HİDROJEOKİMYASAL ÖZELLİKLERİ Nazım Yıldırım, İsmail Noyan Güner

79

JEOTERMAL SİSTEMLERDE YAPILAN İZOTOP HİDROLOJİSİ ÇALIŞMALARI:AFYON ÖMER-GECEK JEOTERMAL SİSTEMİ Berrin AKAN

99

NİĞDE MİSLİ OVASINDA İZOTOP TEKNİKLERİ KULLANILARAK YERALTISUYU KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ Nihal BAŞARAN , Uğur SÜRAL

109

SU BÜTÇESİ ELEMANLARININ BULUNMASINDA İZOTOP YÖNTEMİ Vehbi ÖZAYDIN

125

iv

AKIM HİDROGRAFLARININ BİLEŞENLERİNE AYIRIMINDA KARARLI İZOTOPLARIN KULLANILMASI ÇALIŞMA ALANI:ANKARA-GÜVENÇ HAVZASI Y.İnci Tekeli, A.Ünal Şorman, Mesut Sayın

137

HAVA AKIMI HAREKETLERİ VE METEOROLOJİK FAKTÖRLER KULLANILARAK ATMOSFERİK SU BUHARI VE YAĞIŞLARIN KARARLI İZOTOP İÇERİKLERİNDEKİ DEĞİŞİMLERİN İNCELENMESİ Abdullah DİRİCAN, Suat ÜNAL, İsmal ERCAN, Yılmaz ACAR , Mesut DEMİRCAN

153

YERALTISUYU GEÇİŞ SÜRESİ DAĞILIMI İÇİN DENGELİ VE DENGESİZ TÜMSEL MODELLER N. Nur ÖZYURT

161

ORHANGAZİ OVASI (BURSA) DOLAYINDAKİ SU KAYNAKLARININ HİDROJEOKİMYASAL YÖNDEN İNCELENMESİ Baki CANİK, Suzan PASVANOĞLU

173

BEYPAZARI TRONA (DOĞAL SODA) SAHASI AKİFERLERİNİN BESLENME KOŞULLARININ ARAŞTIRILMASINDA İZOTOP HİDROLOJİSİ ÇALIŞMALARI Ahmet APAYDIN

189

SAKARBAŞI KARSTİK KAYNAKLARININ (ÇİFTELER-ESKİŞEHİR) HİDROJEOLOJİSİNİN HİDROKİMYA VE ÇEVRESEL İZOTOP YÖNTEMLERİ KULLANILARAK BELİRLENMESİ Füsun (GÜVEN) GÜNER, İsmail Noyan GÜNER

207

DELİCE IRMAĞI (YERKÖY) VE KOMŞU AKİFERLER ARASINDAKİ İLİŞKİNİN HİDROKİMYASAL VE İZOTOPİK YÖNTEMLERLE İNCELENMESİ Mehmet ÇELİK

229

BEŞPARMAK DAĞLARI (KKTC) KARST AKİFERLERİNİN HİDROJEOLOJİSİ Barbaros ERDURAN, Osman GÖKMENOĞLU, Erkan KESKİN

241

İZOTOP TEKNİKLERİ KULLANILARAK ANTALYA TRAVERTEN PLATOSU YERALTISUYU KAYNAKLARININ SINIFLANDIRILMASI A. Özlem ATİLLA

255

v

ZONGULDAK VE ÇEVRESİNDEKİ YERALTISULARININ İZOTOP HİDROLOJİSİ İNCELEMESİ Barbaros ERDURAN, Koray TÖRK, Gürkan ÖKTÜ

269

OVACIK OVASINDA (SİLİFKE-İÇEL) DÜŞEY ELEKTRİK SONDAJ YÖNTEMİYLE TATLI SU VE OLASI TUZLU SU GİRİŞİMİNİN İNCELENMESİ Hatice KARAKILÇIK, Ulvi Can ÜNLÜGENÇ

281

KARIŞIM SULARINDA KÖKENSEL KATKILARIN BELİRLENMESİ Türker KURTTAŞ

297

ESKİ KADIN GÖLETİNDEKİ KAÇAKLARIN ÇEVRESEL İZOTOPLARLA İNCELENMESİ Müfit ALİŞAN

313

vi

CONTENTS

USING OF ISOTOPES IN HYDROLOGY Candan ÇİFTER, Mesut SAYIN

1

NEW ISOTOPES IN HYDROLOGY AND THEIR APPLICATIONS Levent TEZCAN

15

IAEA/UNESCO JOINT INTERNATIONAL ISOTOPES IN HYDROLOGY PROGRAMME Hamza ÖZGÜLER

25

THE DETERMINATION OF GROSS ALPHA AND BETA ACTIVITY OF DRINKING WATER IN TURKEY Alime TEMEL DİLAVER, Candan ÇİFTER, Tanju ALTAY

35

ATMOSPHERIC GAS TRACERS IN GROUNDWATER: THEORY, SAMPLING, MEASUREMENT AND INTERPRETATION C. Serdar BAYARI

47

MONITORING OF ISOTOPE COMPOSITION OF GEOTHERMAL FLUIDS ALONG THE NORTH ANATOLIAN FAULT ZONE Halim MUTLU, Nilgün GÜLEÇ, David R. HILTON, Selin SÜER, Tanju ALTAY

57

ISOTOPE HYDROLOGY STUDIES OF BEYPAZARI TRONA MINE AREA,ANKARA Cahit ÖZGÜR, Osman GÖKMENOĞLU, Barbaros ERDURAN

65

ISOTOPIC AND HYDROGEOCHEMICAL PROPERTIES OF WATERS ENCOUNTERED IN THE GEOTHERMAL AREA, EASTERN MENDERES GRABEN Nazım Yıldırım, İsmail Noyan Güner

79

ISOTOPE HYDROLOGY STUDIES IN GEOTHERMAL SYSTEMS: AFYON-ÖMER-GECEK GEOTHERMAL SYSTEM Berrin AKAN

99

DETERMINATION OF GROUNWATER CHARACTERISTICS BY USING ISOTOPE TECHNIQUES IN THE NİĞDE MİSLİ PLAIN Nihal BAŞARAN , Uğur SÜRAL

109

ISOTOPE METHODS IN DETERMINING THE WATER BUDGET ELEMENTS Vehbi ÖZAYDIN

125

vii

THE USE OF ISOTOPE TECHNIQUES TO SEPERATE OF HYDROGRAPHY COMPONENTS. CASE STUDY: ANKARA-YENİMAHALLE-GÜVENÇ BASIN Y.İnci Tekeli, A.Ünal Şorman, Mesut Sayın

137

THE INVESTIGATION OF ISOTOPIC COMPOSITION OF PRECIPITATION AND WATER VAPOUR BY USING AIR MASS TRAJECTORIES AND METEOROLOGICAL PARAMETERS Abdullah DİRİCAN, Suat ÜNAL, İsmal ERCAN, Yılmaz ACAR , Mesut DEMİRCAN

153

STEADY AND UNSTEADY LUMPED-PARAMETER MODELS FOR DETERMINATION OF GROUNDWATER RESIDENCE TIME DISTRIBUTION N. Nur ÖZYURT

161

HYDROGEOCHEMISTRY INVESTIGATION OF THE (BURSA) ORHANGAZİ PLAIN AND ITS ENVIRONS Baki CANİK, Suzan PASVANOĞLU

173

ISOTOPE HYDROLOGY STUDIES TO INVESTIGATION OF RECHARGE MECHANISM OF THE AQUIFERS IN BEYPAZARI TRONA AREA Ahmet APAYDIN

189

DETERMINATION OF HYDROGEOLOGY OF THE KARSTIC SPRINGS OF SAKARBASI BY USING HYDROCHEMISTRY AND ENVIRONMENTAL ISOTOPE TECHNIQUES Füsun (GÜVEN) GÜNER, İsmail Noyan GÜNER

207

INVESTIGATION OF RELATION BETWEEN DELİCE RIVER (YERKÖY) AND SURROUNDING AQUIFERS BY HYDROCHEMICAL AND ISOTOPIC TECHNIQUES Mehmet ÇELİK

229

HYDROGEOLOGY OF THE BESPARMAK (PENTADACTILOS) MOUNTAINS (TRNC) KARSTIC AQUIFER Barbaros ERDURAN, Osman GÖKMENOĞLU, Erkan KESKİN

241

CLASSIFICATION OF THE GROUNDWATERS OF THE ANTALYA TRAVERTINE PLATEAU BY ISOTOPE TECHNIQUES A. Özlem ATİLLA

255

viii

ISOTOPE HYDROLOGY INVESTIGATION OF ZONGULDAK AND PROVINCE GROUNDWATER Barbaros ERDURAN, Koray TÖRK, Gürkan ÖKTÜ

269

INVESTIGATION OF FRESH WATER AND PROBABLE SALTY WATER INTERFERENCE BY USING VERTICAL ELECTRICAL SOUNDING AROUND OVACIK PLAIN (SİLİFKE-İÇEL) Hatice KARAKILÇIK, Ulvi Can ÜNLÜGENÇ

281

ESTIMATION OF THE CONTRIBUTION OF THE WATER SOURCES IN THE MIXED WATERS Türker KURTTAŞ

297

INVESTIGATION OF LEAKAGES FROM ESKİ KADIN RESERVOIR BY USING ENVIRONMENTAL ISOTOPES Müfit ALİŞAN

313

1

İZOTOPLARIN HİDROLOJİDE KULLANILMASI

USING OF ISOTOPES IN HYDROLOGY

Candan ÇİFTER1, Mesut SAYIN2

1Kimya Yük.Müh. DSİ Genel Müdürlüğü,TAKK Dairesi Başkanlığı, candan.cifter@dsi.gov.tr2Fizik Yük. Müh. DSİ Genel Müdürlüğü, TAKK Dairesi Başkanlığı, mesutsayin@dsi.gov.tr

ÖZET: Dünya hidrosferinde yer alan yenilenebilen ancak kısıtlı bir kaynak olan suyun miktarı 1 400 000 km3 olarak tahmin edilmektedir. Dünyanın üçte ikisi sularla kaplı olmasına rağmen, tuzlu sular %97,5, tatlı sular ise toplam su miktarının ancak % 2.5 oranındadır. 2025 yılında dünya nüfusunun 2 milyar daha artarak 8 milyara ulaşacağı öngörüldüğü günümüzde bazı bölgeler için zaten yetersiz olan su kaynaklarının zamanla tüm bölgelerde de yetersiz kalacağı açıktır. Ülkemiz ise su kaynakları açısından dünya çapında yapılan değerlendirmeler ışığında, su kıtlılığı çeken ülkeler arasında gösterilmemesine rağmen artan nüfus artışı, kentleşme ve sanayileşme olgularına bağlı olarak artan su tüketimi değerleri dikkate alındığında nicelik açısından yenilenebilir tatlı su kaynaklarında gün geçtikçe bir azalma ile karşı karşıya kalmaktadır. Bunun yanı sıra su kaynaklarında aşırı çekim sonucu yeraltısuyu tuzlanması, tarımsal faaliyetlerde kullanılan kimyasallar ile evsel ve endüstriyel atıklar nedeniyle kirlenme yaşanmakta ve su kaynaklarının nitelik açısından korunması gereği ortaya çıkmış bulunmaktadır. Bu çerçevede, sürekli artan endüstriyel gelişim ve artan nüfus baskısı altında kalan su kaynaklarının geliştirilerek verimli ve sürdürülebilir olarak kullanılabilmesi için pek çok projenin etüdünün gerekliliği ve bu etütlerde de klasik incelemelerin dışında ileri tekniklerin kullanılması zorunlu hale gelmeye başlamıştır. İzotop hidrolojisi çalışmaları bu tekniklerin başında gelmektedir. Dünya’da İzotop hidrolojisinin kullanılmaya başlanmasına paralel olarak DSİ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı İzotop Laboratuvarında da bu yöntemler kullanılmaya başlanmıştır. Bu bildiride, su kaynaklarının geliştirilmesi çalışmalarında izotop hidrolojisinin kullanılması, izotop tekniklerinin uygulama alanları laboratuvarımızda yapılan çalışmalar paralelinde anlatılmıştır. Anahtar Sözcükler: Hidroloji, izotop hidrolojisi, çevresel izotoplar ABSTRACT

Current estimates are that the Earth’s hydrosphere contains a huge amount of water about 1400 million cubic kilometers. However, 97.5% of this amount are saline waters and only 2.5 % is fresh water. By 2025, world population is expected to be 8 billion. Quantity of the renewable water resources in Turkey has decreased due to urbanization, ındustrialization and population with each

2

passing day . However quality of water resources in Turkey is affected by land use practice such as cultivation with accompanying application of large quantities of fertilizers and pesticides, ground water salinitaion, waste water. In this respect, new research methods were eagerly sought by researcher for developing water resources due to the rising industrial developing and growing of population. Isotope techniques provide invaluable information on the sources, movement and quantitiy of water in different environments. DSI Technical Research and Quality Control Department has used isotope techniques together with begining ısotope study over the world. Key Words : Hydrology, isotope hydrology, environmental isotopes 1.GİRİŞ Günümüzde mevcut olan ve yapılan araştırmalarla XXI.yüzyılda hızla artan bir sorun haline gelecek olan su sorunlarının çözümlenmesinin ancak su kaynaklarının geliştirilmesi ile giderilebileceğinin gerekliliği araştırmacılar tarafından uzun yıllardan beri vurgulanmaktadır. Suyun miktarının azalması ve suyun kalitesindeki değişimler uygulamada karşılaşılan ve kullanıcıyı doğrudan etkileyen iki temel sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Miktar ve kalite sorunlarının yanında suyun verimli ve sürdürülebilir bir biçimde kullanılmasını amaçlayan çalışmalarda gösterdiği başarılar nedeniyle ‘’İzotop Hidrolojisi’’ yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. İzotop hidrolojisi, yapay izotop hidrolojisi ve çevresel izotop hidrolojisi olmak üzere ikiye kısımda incelenir. Yapay izotop hidrolojisinde yapay olarak hazırlanan izotop inceleme alanında kullanılır ve zamanla bu radyoizotopun konsantrasyonundaki azalma gözlenerek değerlendirme yapılır. Çevresel izotop hidrolojisinde ise sularda doğal olarak oluşan izotopik değişmeler kullanılır. Değişmeler tarafımızdan kontrol edilemez ve değiştirilemez. Ancak doğal olarak ortaya çıkan değişmeler izlenir ve değerlendirilir [5]. 2. İZOTOP VE İZOTOPLARIN HİDROLOJİDE KULLANIM ALANLARI Bir elementin atom numarası aynı fakat farklı kütle numarasına sahip atomlarına ‘’izotop’’ denir. İzotoplar, kararlı ve radyoaktif izotoplar olmak üzere olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Kararlı izotoplar karalı bir çekirdek yapısına sahiptirler, kapalı bir sistemde kararlı izotopların atomik konsantrasyonlarında hiçbir değişiklik olmaz. Radyoaktif izotopların çekirdekleri ise kararsız bir yapıya sahiptir ve zamanla parçalanarak başka elementlerin izotoplarına dönüşürler. A.KARARLI İZOTOPLAR Hidrolojide kullanılan başlıca izotoplar suyun yapısında bulunan oksijen ve hidrojenin izotoplarıdır. Ayrıca azot, klorür, kükürt, asal gazlar, uranyum ve toryum v.b elementlerin izotopları da yüzey ve yeraltısuyu sistemlerinde kirleticinin kökenlerinin belirlenmesi, hareketinin saptanması v.b çalışmalarda etkin olarak kullanılmaktadır. İzotop hidrolojisinde kullanılan elementlerin kararlı izotopları, sembolleri ve doğada bulunma oranlarıyla beraber TABLO 1’ de verilmektedir.

3

TABLO 1. İzotop hidrolojisinde kullanılan bazı elementlerin kararlı izotopları

Element Doğada bulunma oranı

% Sembol

99,985 1H Hidrojen 0,015 2H;D 99,759 16O 0,037 17O Oksijen

0,204 18O 98,892 12C Karbon

1,108 13C 99,635 14N Azot

0,365 15N 95 32S

0,75 33S 4,21 34S

Kükürt

0,02 36S 75,7 35Cl Klorür 24,3 37Cl

Tablodan da görüleceği gibi hidrojen elementinin kütle numarası 1 olan 1H-hidrojen izotopu %99.985 ile doğada en fazla bulunma oranına sahiptir. Hidrojen elementinin kütle numarası 2 olan ağır izotopu 2H-döteryum ise daha az bulunmaktadır. Oksijen elementinin üç adet kararlı izotopu (16O, 17O, 18O) mevcuttur. Değişik hidrojen ve oksijen izotoplarına sahip olan su moleküllerinin ancak üç tanesi doğada ölçülebilir konsantrasyonlarda bulunur. Bunlar H2

16O, H218O ve 1H2H16O

dur [4]. Oksijen ve hidrojenin karalı izotopları hidrolojik çalışmalarda genellikle izleyici olarak kullanılmaktadır. Su numunesi içerisindeki izotopların bolluğu onların 2H/1H veya 18O/16O gibi izotopik bolluk oranlarıyla verilebilir. Oranlardaki bu değişimler ancak kütle spektrometreleriyle saptanabilir. Kütle spektrometresi, iyonlaştırılmış ölçüm gazının hız süzgecinden geçtikten sonra manyetik alan uygulanması esnasında farklı iyonların farklı dairesel yörüngeler çizerek kolektörlerde toplanması ve yükselteç ve diğer elektronik sistemler aracıyla ölçülmesi prensibi ile çalışır (Şekil 1).

Şekil 1. Kütle spektrometresinin çalışma prensibi

İzotopik içerikler aşağıdaki δ notasyonu ile verilir.

1000)/(tan

tan ×⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −=

darts

dartsnumune

RRRoooδ

δ değeri bağıl bir değerdir. Yani δ değeri, numunenin 18O/16O veya 2H/1H oranı bir standardın 18O/16O veya 2H/1H oranından farklılığıdır. Su analizlerinde izotoplar için kabul edilen standart SMOW (Standart Mean Ocean Water) dur. İzotopik içerikleri analiz sonucu olarak verilirken döteryum için 2δ , δ 2H veya δ D, oksijen-18 izotopu için δ 18O veya 18δ ifadeleri kullanılır.

B.RADYOAKTİF İZOTOPLAR İzotop hidrolojisi çalışmalarında kullanılan radyoaktif izotopların başında hidrojen elementinin kütle numarası 3 olan Trityum (3H) ve karbon elementinin kütle numarası 14 olan Karbon-14 (14C) izotopları gelmektedir. Yarı ömrü 12.32 yıl (4500±8 gün) olan ve beta bozunması veren trityum, atmosferin üst tabakalarındaki azot atomlarıyla kozmik nötronların etkileşmesinden doğal olarak oluştuğu gibi, termonükleer denemeler sonucunda da oluşmaktadır. Trityum atomları doğada 1.10-15 oranında bulunur. Su içerisindeki trityum konsantrasyonu trityum birimi ( TU ) olarak verilmektedir. Yani 1018 hidrojen atomuna karşı bir trityum atomunun bulunması ‘’1 Trityum Birimi (TU)‘’ olarak tanımlanır. Radyoaktif olmasından dolayı uğradığı zamansal değişim nedeniyle yeraltısularının bağıl yaşının (eskilik derecesi) belirlenmesi çalışmalarında kullanılmaktadır. Ayrıca yeraltısularının rezervuarda yenilenme sürelerinin tahmini yapılmaktadır. Yenilenme süresinin tahmini yeraltısuyu hareket hızının belirlenmesinde rol oynamaktadır. Radyoaktif izotopların bir başkası ise karbon-14’ dür. Karbon -14 , 5730 yıl yarı ömre sahiptir ve 156 keV maksimum beta enerjisi verir. Doğada 1.10-12 bolluğunda bulunan bu izotop da trityum

4

izotopu gibi atmosferde doğal olarak ve nükleer denemelerle oluşarak hidrolojik çevrime girer. Karbon-14 genelde yeraltısuyu yaşının belirlenmesi amacıyla kullanılır. Doğada bu kadar az bulunan bu atomların analiz edilebilmesi için gelişmiş nükleer tekniklerin kullanılması zorunlu olmaktadır. Trityum ve karbon-14 analizlerinde yaygın olarak kullanılan sistemlerden birisi sıvı sintilasyon sayma sistemidir. Sıvı sintilasyon sayma sistemi, sayım için bir yöntemle hazırlananmış sintilatör ilaveli numunenin sayma sisteminde sayılması prensibine dayanır. Numune içindeki beta parçacıkları atom çekirdeklerinden yayınlanır, sintilatör atomları uyararak fotonları oluşturur ve bu fotonlar fotoçoğaltıcı tüp aracılığıyla elektriksel darbelere dönüştürülerek çıkış sinyali olarak dedekte edilirler.

Şekil 2. Sıvı sintilasyon sayma sisteminin çalışma prensibi [1] Hidrolojik çevrim sürecinde, suyu oluşturan hidrojen ve oksijenin kararlı izotoplarının izotopik içeriklerinde başta sıcaklık olmak üzere yersel ve zamansal faktörlere bağlı olarak birtakım değişiklikler oluşur. Hidrolojik çevrim sürecinde, suyun içeriğindeki kararlı izotoplarda meydana gelen izotopik değişimler, su kütlelerine değişik mesajlar verir. Söz konusu bu mesajların deşifre edilmesi su kütlelerinin hareketlerinin izlenmesini mümkün kılar. Radyoaktif izotoplar ise yarılanma ömürleri nedeniyle suların eskilik derecelerinin belirlenmesi, suların akiferde kalış ve yenilenme süresinin belirlenmesinde izleyici olarak kullanılırlar. Yerüstü ve yeraltı suları, nehirler, sıcak ve mineralli sular, yaşlı sular ve göllerde yapılan çalışmalarda kullanılan izotop teknikleri -nin uygulama alanları aşağıda özetlenmiştir. -Yeraltısularının beslenme alanlarının belirlenmesi; -Baraj ve göl kaçaklarının etüdü; -Çeşitli su kütlelerinin birbirleriyle ilişkilerinin saptanması; -Akiferlerin su taşıma özelliklerinin belirlenmesi;

5

-Kar-su eşdeğerinin belirlenmesi; -Nehir ve deniz tabanındaki sürüntü maddesinin ölçülmesi; -Yeraltısuyu eskilik derecelerinin belirlenmesi; -Yeraltısuyunun akiferde kalış ve yenilenme sürelerinin belirlenmesi; -Farklı su kütlelerinin karışım oranlarının belirlenmesi; çalışmalarında kullanılmaktadır. İzotop hidrolojisindeki hızlı gelişim, farklı izotoplar kullanılarak yukarıda özetlenen kullanım alanlarına yeni uygulama alanları eklenmesine olanak vermiştir. Örneğin, bor izotopları yeraltısuyu içerisindeki pissu atıklarının belirlenmesinde izleyici olarak, klorür izotopları yavaş hareket eden yeraltısuyu sistemlerinde, tuzluluğun kaynağı hakkında bilgi vermesi açısından kullanılmaktadır. Kripton-85 ve Helyum-3 akışkanların kaynağının ve genç suların yaşının belirlenmesinde kullanılmaktadır. Suyun içerisindeki kararlı izotoplar çeşitleri (δ2H-H2O, δ18O-H2O, δ34S-SO4

2-, δ18O-SO4

2-, δ15N-NO3- v.b) hidrokimyasal ve hidrodinamik görüşlere açıklık getirebilmek için de

kullanılmaktadır [3]. Ülkemizde de izotop tekniklerinin Dünya’da uygulanan en yeni izotop teknikleriyle paralel olarak kullanılmasının sağlanması yeraltısularının ülke içinde maksimum düzeyde değerlendirilebilmesine olanak sağlayacaktır. 3. İZOTOP LABORATUVARI İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü’nde başlıca 3 laboratuvar mevcuttur. 1.Kararlı İzotop Laboratuvarı : 1979 yılında Uluslararası Atom Enerji Ajansı’nın desteğiyle alınan kütle spektrometresi ile çalışmalarını sürdüren bu laboratuvarda hidrojen ve oksijenin kararlı izotoplarının analizleri (döteryum ve oksijen-18) IAEA’nın belirlediği yöntemlerle ve Uluslararası Standartlar (SMOW; SLAP; GISP) kullanılarak yapılır. Laboratuvarda kullanılan kütle spektrometresi Şekil 3’de verilmektedir.

Şekil 3. Kararlı izotop laboratuvarında kullanılan kütle spektrometresi

6

2. Trityum ve Karbon-14 Laboratuvarı: Sulardaki trityum konsantrasyonunun belirlenmesi amacıyla kurulan bu laboratuvarda 1970’li yıllardan 1990’lı yılların başına kadar gaz sayma sistemi ile çalışılmıştır. Daha sonra sıvı sintilasyon sayaçlarında daha önceki yıllarda aşağı çekilemeyen dedeksiyon limitinin, elektronik teknolojisindeki gelişmeler sayesinde çok küçük değerlere indirilmesiyle sıvı sintilasyon sayma tekniği trityum analizleri için kullanılmaya başlanmıştır. Laboratuvarımızda 1992 yılından itibaren sıvı sintilasyon sayma sistemiyle çalışmalar devam etmektedir. Karbon-14 laboratuvarında ise benzen sentezi temeline dayanan karbon-14 numune hazırlama sistemi kurulmuştur. Sulardaki Karbon–14 ölçüm çalışmalarına önümüzdeki yıllarda ağırlık verilmesi planlanmaktadır. Trityum ve karbon-14 numunelerinin sayım işlemlerinin yapıldığı sıvı sintilasyon sayma cihazı Şekil 4’ de verilmektedir.

Şekil 4. Sıvı sintilasyon sayma cihazı

Bu laboratuvar, trityum analiz sonuçlarının güvenirliliğinin test edilmesi için yapılan karşılaştırma (intercomparison) programlarına sürekli olarak katılmaktadır. En son IAEA’nın düzenlemiş olduğu TRIC-2000 intercomparison programında bu analizi yapan Dünya laboratuvarları arasında önemli bir sırada yer almıştır. Dairemiz ISO çalışmaları kapsamında devam eden deney bazında akreditasyon çalışmalarına trityum analizleri için başlanmıştır. 3. Suların Radyoaktif Kirlenmesini Kontrol Laboratuvarı: Suların radyoaktivite yönünden kalitesinin belirlenmesi son yıllarda gündeme gelen konulardandır. Bu amaçla kurulan laboratuvarda su numunelerindeki toplam alfa/beta radyoaktivite konsantrasyonları; buharlaştırılan numunelerin düşük seviyeli alfa beta sayma sisteminde (Şekil 5 ) sayılması yöntemiyle belirlenir. Sonuçların TSE-266 İçme ve Kullanma Standartında verilen izin

7

verilen limit değerlere uygun olup olmadığının kontrolü yapılır. Toplam alfa ve beta deneyleri için de akreditasyon çalışmaları devam etmektedir.

Şekil 5. Düşük seviyeli alfa beta sayma sistemi

3. İZOTOP LABORATUVARI ÇALIŞMALARI İzotop Hidrolojisi; ikinci dünya savaşından sonra çevreye radyonüklitlerin saçılması (örn. radyoaktif serpinti olarak) sonucunda izotop jeolojisi bilim dalının çevresel çalışmalarında etkili bir şekilde özellikle yaş tayininde kullanılmaya başlanmıştır. Daha sonra gelişmekte olan ülkelerde endüstriyelleşme, şehirleşme ve tarımsal çalışmaların artışından dolayı su kaynaklarının kirlenmesine dayalı olarak artan su krizi hidrolojiyle uğraşan kişilerin yeni araştırmalara yönelmelerine sebep olmuştur. 1950’li yıllarda ve 1960’lı yılların başında nükleer endüstrilerden çevreye yayılan kısa ömürlü radyoaktif izotoplar, su sistemlerin önemli lokal parametrelerinin (boşluk hacmi, geçirimlilik ve depolama hacimleri v.b) belirlenmesi için yüzey suları ve yeraltısularında izleyici olarak kullanılmaya başlanmıştır [2]. Bu çalışmaların laboratuvar çalışmalarıyla desteklenmesi gerçeğinden yola çıkılarak dünyada izotop laboratuvarları kurulmaya başlanmıştır. Çalışmaların bir ileri aşaması ise yapay radyoaktif maddelerin bu çalışmalarda kullanılmaya başlanması olmuştur. DSİ’nin fonksiyonları çerçevesinde su kaynaklarının geliştirilmesi ve planlanması için yürütülen hidrojeolojik etüt ve araştırmalarda izotop tekniklerinin kullanılması amacı ile 1960’lı yılların başlarında DSİ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı İzotop laboratuvarı UNESCO desteğiyle Dünya’daki izotop hidroloji çalışmalarının başlamasına paralel olarak kurulmuştur. UNESCO ile ortak uluslararası seminerler düzenlenerek nükleer teknikleri ülkemizde çeşitli çalışmalarda uygulamaya başlamıştır. 1960 ve 1970’li yılların ortalarına kadar radyoaktif izotoplarla çalışmalar yapılarak ülkemizdeki bir çok hidrolojik ve hidrojeolojik problemlere katkıda bulunmuştur.

8

9

1965-1975 YILLARI ARASINDA RADYOAKTİF MADDELER KULLANILARAK YAPILAN ÇALIŞMALAR: ‘’Yeraltı ve Yerüstü Sularının Çeşitli Göl ve Kaynak Suları İle Bağlantısının Araştırılmasında Radyoaktif İzleyicilerin Kullanılması’’ Y. ATAKAN-1966 Bu çalışma Denizli’nin 35 Km kuzey doğusunda yer altı mağarasına açılan Haydar baba düdeninde yapılmıştır. Mağara içindeki çeşitli yerlerden çıkan sular yer altı deresi halinde akmaktadır. Sulamada kullanılacak olan bu yeraltısuyunun diğer sular ile ilişkisinin olup olmadığı Brom-82 kullanılarak tespit edilmeye çalışılmıştır. ‘’ Konya Ovası Yeraltısularında Radyoizotop Enjeksiyonları İle Yeraltısuyu Akifer Karakteristiklerinin Tayini ve Elde Edilen Sonuçların Aynı Yerlerde Yapılan Pompa Deneyleriyle Karşılaştırılması’’ Y.ATAKAN ve arkadaşları-1968 Bu çalışmada Konya ovası yeraltısularında izotop ve çift kuyu tekniği ile yeraltısuyu akım hızı belirlenmeye çalışılmış ve akiferler arası irtibatlar tespit edilmiştir. ‘’Radyoizotop Kullanılarak YD+ Drenaj Kanalının Akdenize Açıldığı Yerde Kum Hareketinin Etüdü’’ İ.ERTAN-1971 Bu etütle Çukurova sulama sularının fazlasını drene edebilmek için ağzı Akdeniz’e açılmış YD+ drenanaj kanalının denize açıldığı yerde kum hareketinin yönünün bulunması amaçlanmıştır. Çalışma sonunda deniz dibindeki genel kum hareketinin güney batı- batıdan, kuzey doğu –doğu ya doğru olduğu saptanmıştır. ‘’Niğde –Misli Ovasında Radyoaktif Madde Enjeksiyonu İle Yeraltısuyu Hızının Belirlenmesi’’ İ.ERTAN-1972 Bu araştırmada çalışma alanındaki kuyulara çift ve tek kuyu teknikleri uygulanarak akifer kalınlığı , etken porızite ve yeraltısuyu akım hızının belirlenmesi çalışılmıştır. ‘’Çeşitli Zeminlerde Farklı İzotopların Absoblanmasının İncelenmesi’’ M. ALİŞAN-1975 Bu çalışma, hidrolojide genellikle kullanılan Br-82, Na-24, Au -198 izotoplarının çeşitli zeminlerde absoblanmasının etüdü yapılmıştır.. Zamanla radyoaktif maddelerin çevreye vermiş olduğu endişe, aynı zamanda cihaz teknolojilerindeki gelişmeler bu alanda çalışan kişileri sularda doğal olarak bulunan çevresel izotoplarla ( döteryum, oksijen-18, trityum, karbon-13, karbon-14 v.b) çalışmaya yönlendirmiştir. İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü de gerek bu konuda uluslararası konumunu sürdürmek gerekse su kaynakları potansiyelinin daha verimli biçimde değerlendirilmesini sağlayan nükleer teknikteki gelişmeleri laboratuvara aktarmayı amaçlamış ve çalışmalarını çevresel izotopların kullanılmasına kaydırmaya başlamıştır. Bu çerçevede Uluslararası Atom Enerjisi Ajansının (IAEA)

10

desteği ve katkılarıyla trityum laboratuvarı kurulmuştur. 1979 yılında ise yine IAEA’nın desteğiyle kararlı izotopların ölçülebileceği kütle spektrometresinin alınmasıyla laboratuvarımız dünya izotop laboratuvarları ile aynı konuma getirilmiştir. Zaman zaman laboratuvarda gerek deney düzeneği gerekse cihaz bazında yapılan değişimlerle tüm dünyadaki izotop laboratuvarlarıyla paralellik sağlanmıştır. Aşağıda laboratuvarda bugüne kadar yapmış olduğu çalışmalardan örnekler izotop hidrolojisinin ilgilendiği konu başlıkları ile beraber özetlenmiştir. YERALTISULARININ HAREKETİ, BESLENME ALANLARININ VE AKİFERLERİN SU TAŞIMA ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ İLE İLGİLİ YAPILAN ÇALIŞMALAR: ‘’Isotope Techniques Applied To Groundwater Movement In The Konya Closed Basin’’ F. ŞENTÜRK ve arkadaşları-1969 Bu çalışmada Konya kapalı havzasında , izotop teknikleri kullanılarak yeraltısuyu hacmi, beslenme mekanizması ve yeraltısuyu hızı incelenmiştir. Bu proje, özellikle yeraltısuyu orjininin belirlenmesi açısından örnek bir çalışma olarak dünya literatüründe yer almıştır. Çalışmada Konya havzasına düşen yağışların δD = 8 δ18O + 16 denklemine uyan yağışlar olduğu belirlenmiştir. Bu durum bu havzasına düşen yağışların Akdeniz kaynaklı yağışlardan ve karasal genel yağış denklemine uyan iç Anadolu yağışlarından etkilendiği göstermektedir. Bu çalışmada Konya Kapalı havzasında farklı derinliklerdeki akiferler belirlenmiş ve yeraltısuyunun hareket yönü saptanmıştır. Havzanın yeraltı suyunun genellikle Toros Dağlarının kuzey yamaçlarından beslendiği, aynı zamanda bölgenin batısına ve Boz Dağ’a düşen yağışların da beslenmeye bir miktar katkıda bulundukları tahmin edilmiştir. Antalya bölgesindeki sahil kaynaklarının Konya kapalı havzasının yeraltısuyu ile ilişkisi olmadığı kanısına varılmıştır. ‘’Determination Of Groundwater Characteristic in The Niğde Misli Plain By Means Of Isotopes’’ S. BURSALI-1971 Bu çalışmada Misli ovasında yeraltısuyu karakteristiklerinin belirlenmesi için çalışmalar başlatılmıştır. ‘’ İzmir İçme Suyu Projesi Kapsamına Giren Sarıkız Kaynakları Geliştirme Çalışmasında İzotop Yöntemlerinin Uygulanması’’ İ.ERTAN-1977 Bu uygulamada Sarıkız kaynaklarının geliştirme çalışmasında yapay radyoizotop yöntemlerinin uygulanmasına paralel olarak izotop yöntemlerinin uygulaması yapılmıştır. ‘’ Determination of Groundwater Charecteristics and Groundwaterbudget in Edremit Plain by Means of Isotopes’’ E.ÖNHON ve arkadaşları-1981 Bu araştırmada akiferi besleyen akarsular, termal sular ve yağışın yeraltısuyuna katılımını inceleyerek daha önce hidrojeolojik etütler ile hesaplanan yeraltısuyu bütçesinin belirlenmesi amaçlanmıştır. İzotop analizleri sonucunda termal sulardan akiferin etkilendiği bölgeler belirlenmiş

11

yeraltısuyunun genel akım yönleri saptanmış, akarsular ve yağışın yeraltısuyuna etkisi incelenmiştir. ‘’ Research on Karst Waters in Yukarı Çürüksu Plain Using Isotope Techniques’’ E. ÖNHON ve arkadaşları- 1987 Bu çalışmada Yukarı Çürüksu havzasında artan tarımsal alanlar nedeniyle suya duyulan ihtiyaçtan dolayı bu havzadaki suların karakteristikleri izotop yöntemleriyle araştırılmaya çalışılmıştır. Bu proje IAEA işbirliğiyle gerçekleştirilmiştir. ‘’Research and groundwater Flow dynamics of Lamas Basın by Isotope methods’’ E. ÖNHON ve arkadaşları- 1994 IAEA TUR 8/011 projesi kapsamında gerçekleşen bu projede Lamas Bölgesindeki Akdeniz Kıyı kaynaklarının beslenme ve boşalma mekanizmaları incelenmiş ve karst su kaynaklarının geliştirilmesi üzerinde çalışılmıştır. ‘’ Niğde Misli Ovasında İzotop Tekniklerinin Kullanılarak Yeraltısuyu Karakteristiklerinin Belirlenmesi’’ N. BAŞARAN ve arkadaşları-2001 Bu çalışma, Niğde Misli Ovasında İzotop Teknikleriyle yeraltısuyu hareketlerinin ve beslenme sahalarının belirlenerek Hidrojeolojik çalışmaları desteklenmesi amacıyla yapılmıştır. BARAJ VE GÖL KAÇAKLARININ ETÜDÜ VE ÇEŞİTLİ SU KÜTLELERİNİN BİRBİRLERİYLE İLİŞKİLERİNİN SAPTANMASINA AİT YAPILAN ÇALIŞMALAR: ‘’Alsancak Barajı Civarındaki Kaynak Sularının Çekerek Irmağı ile İlişkilerinin Trityum Analizi Yardımı ile araştırılması’’ S.GÜLER,1971 Tokat’ın Zile ilçesi civarında Yeşilırmağın Çekerek kolu üzerinde inşaa edilen Alsancak Barajı rezervuar bölgesindeki kaynakların baraj gölü dolduktan sonra göl suyunun ,kaynakların, nehir suyu ile bağlantıları olup olmadığı trityum ve kimyasal metotlar kullanılarak bir çalışma yapılmıştır. ‘’Keban Barajı Kaçaklarının Çevresel İzotoplarla İncelenmesi’’ İ.ERTAN-1975 Bu araştırmada Baraj su tutmadan önce mevcut olan Santral önü kaynakları, Fırat Nehri sol kıyı kaynakları ve derivasyon tüneli kaynağına baraj rezervuarının katkısının bulunup bulunmadığının incelenmesi ve baraj su tuttuktan sonra Keban deresi kıyısında çıkan Keban deresi kaynak sularının orijinlerinin bulunması amaçlanmıştır. ‘’Gördes Barajı Yerinde İzotoplarla Hidrolojik etütler’’ İ.ERTAN-1987 Gediz Havzasının su düzeni açısından Gördes Baraj rezervuar alanının geçirimsiz olup olmadığını klasik çalışmalara paralel olarak çevresel izotoplardan yararlanılmıştır.

12

‘’Atatürk Barajı Sahasında İzotop Çalışmaları’’ S.GÜLER ve arkadaşları- 1991 Barajda ileride ortaya çıkması muhtemel sorunların izotop yöntemleri kullanılarak çözülmesi için 1979 yılında çalışmalara başlanmıştır.Bu raporda baraj inşaatı esnasında zaman zaman alınan numunelerin izotop analiz sonuçları sunulmuştur. ‘’To Determine Whether is Connection Between Karamık and Hoyran Lakes by Isotopes’’ İ. ERTAN ve arkadaşları-1994 Bu çalışmada Karamık ve Hoyran Gölleri arasında ilişki olup olmadığı izotop yöntemleriyle belirlenmeye çalışılmıştır. Böylece kirlilik sorunu bulunan Karamık Gölünün Isparta içme suyunun sağlanacağı Hoyran gölünü etkileyip etkilemeyeceği tespit edilmeye çalışılmıştır. ‘’ Yapraklı Barajında Mansap Kaynaklarının Baraj Gölü İle İlişkisinin Çevresel İzotoplarla İncelenmesi ‘’ C. ÇİFTER-1995 Isparta il sınırlarında bulunan Yapraklı Barajı’nda baraj su tutulmaya başladıktan sonra baraj aksının mansabındaki kaynakların debilerindeki artışın baraj rezervuarı ile ilişkili olup olmadığı çevresel izotoplar kullanılarak belirlenmeye çalışılmıştır. ‘’ Devegeçidi Baraj Mansabındaki Suların Baraj gölü ile İlişkileri Olup Olmadığının İncelenmesi’’ A. DİRİCAN- 1995 Devegeçidi barajının sol sahilinde baraj mansabında oluşan gölcüklerin baraj rezervuarından mı yoksa yağmur suyundan mı beslendiği konusuna açıklık getirilmek üzerine çevresel izotop çalışması yapılmıştır. ‘’ Obruk Barajında Çevresel İzotop verilerinin Toplanması’’ C. ÇİFTER-1999 Barajda inşat sırasında ve işletmeye açıldıktan sonra çıkabilecek sorunların çözümü için çalışma alanında yer alan su kaynaklarının baraj su tutmadan önceki çevresel izotop karakteristiklerinin belirlenmesinin öneminden yola çıkılarak Obruk Barajı ve çevresinde izotop verilerinin toplanması çalışmaları bu raporda verilmektedir. ‘’Uludağ kuzey yamaçlarında kar su eşdeğeri ve akımıın nükleer yöntemlerle belirlenmesi’’ İ.ERTAN-1984 Kar-su eşdeğerinin belirlenmesi çalışmaları için örnek olarak verilebilir. Bu çalışmada kar su eşdeğeri ve akımının bulunmasında Uludağ’da bir pilot havzada klasik yöntemlerin paralelinde nükleer yöntemlerle incelenmiştir. GÖL ÇALIŞMALARI: ‘’ Karadeniz’de İzleyici Tekniklerinin Uygulanması’’ D.CAN-1996 Karadeniz’deki değişim, taşınım ve karışım prosesleri ile Akdeniz’in girişimi ve etkisi izotop yöntemleriyle belirlenmeye çalışılmıştır.

13

‘’ Van Gölü ve Çevresindeki Suların İzotopik ve Kimyasal İçeriklerinin Belirlenmesi ve Su Dengesinin İncelenmesi’’ S. GÜLER ve arkadaşları-1998 Bu çalışmada göl dinamiğinin incelenmesinde gerekli bazı parametreleri tahmin etmek ve göle tabandan beklenmeyen herhangi bir su kaynağının katılıp katılmadığını belirlemek amacıyla bu çalışma yapılmıştır. İzotop hidrolojisinin temel verileri olan yağışın izotop içeriklerinin zamana ve alana bağlı değişimlerinin bilinmesi önemlidir. Ayrıca ileride bu konuda çalışılacak bölgeler ve lokasyonların analiz sonuçlarının araştırmacılara yarar getireceği düşüncesiyle zaman zaman laboratuvardan çıkan bütün projelerdeki yağış ve su noktalarına ait çevresel izotop verileri raporlar halinde sunulmaktadır. Veri bankası oluşturulması amacıyla yapılan bu çalışmaya ‘’Türkiye’deki İstasyonlara Ait Çevresel İzotop Bilgileri’’ M. POLATSÜ ,1976 ve ‘’Türkiye’deki Yağışların Çevresel İzotop İçeriklerinin Belirlenmesi’’ M.SAYIN ve arkadaşları 1995 yayınları örnek verilebilir. Mevcut olan en son verilerin toplanması ve yayınlanması çalışmaları devam etmektedir. Su kaynaklarının daha etkin bir şekilde geliştirilmesi korunması ve yönetilmesine yönelik olarak nükleer tekniklerin uygulanmasının öneminden dolayı laboratuar olarak bu konu ile ilgili araştırma yapan kuruluşlar ve üniversiteler ile son yıllarda gerek deney gerekse proje bazında katkı verilmeye artan bir şekilde devam etmektedir. 2002 yılında laboratuarımızın çalıştığı projeler aşağıda verilmektedir. A) Eskişehir Günyüzü-Subaşı kaynağı Karst Hidrojeolojisinin Belirlenmesi Birlikte Yürütülen Kuruluş: DSİ Jeoteknik Hizmetler ve YAS Dairesi Başkanlığı, Karst Şube Müdürlüğü Konu: Bu çalışmada Eskişehir Günyüzü –Subaşı kaynağı karst hidrojeolojisinin klasik yöntemlerle incelenmesi, buna paralel olarak kaynakların beslenme mekanizmaları, ilişkileri ve havzanın çalışma sistemi hakkında bilgi edinmek amacıyla izotop tekniklerinin kullanılması amaçlanmıştır. B)Akım Hidrografının Bileşenlerine Ayrılmasında İzotop Tekniklerinin Kullanılması Birlikte Yürütülen Kuruluş: Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü Ankara Araştırma Enstitüsü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi. Konu: Bir akım hidrografının bileşenleri direkt olarak ölçülememektedir. Ankara Yenimahalle Güvenç Havzası model çalışma alanı seçilmiş ve İzotop tekniklerini uygulayarak toplam akım hidrografının bileşenlerinin belirlenmesine çalışılmıştır. C)Kuzey Anadolu Fay Hattında Jeotermal kaynakların İzotop bileşimlerinin incelenmesi Birlikte Yürütülen Kuruluş: Ortadoğu Teknik Üniversitesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Kaliforniya Üniversitesi Scripps Enstitüsü Konu: Bu proje Kuzey Anadolu fay hattı üzerinde ve civarında yer alan jeotermal kaynakların, kimyasal ve izotopik bileşimlerinin 3 yıllık bir zaman aralığı içerisinde izlenmesini ve olası bileşim değişikliklerinin sismik aktiviteler ile ilişkisinin araştırılması konu almaktadır. D)Beypazarı Yeraltısuyu İşletme Sahasında İzotop Çalışmaları Birlikte Yürütülen Kuruluş: DSİ V.Bölge Müdürlüğü Konu: Beypazarı ve civarında çok kıymetli doğal soda yatakları bulunmuş Eti Holding A.Ş. tarafından ön fizibilite çalışmaları sürdürülmektedir. Doğal soda yataklarının işletme şekli,

14

yeraltısuyu miktar ve kalite yönünden korunması ve işletme sırasında doğabilecek yeraltısuyu problemlerinin çözümüne yönelik hidrojeolojik çalışmalar sürdürülmektedir. 4. SONUÇ Nükleer tekniklerin su kaynaklarının araştırılmasında kullanılmasının öneminin sürekli olarak artığı günümüzde izotop hidrolojisindeki gelişmelerin ülkemizde de takip edilmesi gerekliliği buna bağlı olarak laboratuvar çalışmalarının geliştirilmesi önem kazanmaktadır. Aynı zamanda teorik ve pratikte yaşanan zorluklar göz önüne alındığında, bu konuda çalışan kurum ve kuruluşlar ile üniversiteler arasındaki işbirliğinin sağlanması gerekliliğinin önemi de gün geçtikçe artmaktadır. 5. REFERANSLAR [1] ALTAY,T., ÇİFTER,C., Trityum Laboratuvarı El Kitabı, İz -903, 1996, ANKARA [2] GAT, J.R., Isotope hydrology devolopments and challenges, lecture notes [3]KNOLLER, K.,TRETTIN, R., KOWSKI, P., The application of isotopes for the determination of the origin of sulfate in drinking water catchment area of Torgau-Mockritz (Germany), Geochemical Processes, 2002, GERMANY [4] MOOK, W.,G., Environmental isotopes in the hydrological principles and applications, 2001, VIENNA [5] SAYIN, M., Hidrolojide izotop tekniklerinin uygulanmasına ait örnek çalışmalar, 2001, FETHİYE

15

HİDROLOJİK ÇALIŞMALARDA KULLANILAN YENİ İZOTOPLAR VE KULLANIM ALANLARI

NEW ISOTOPES IN HYDROLOGY AND THEIR APPLICATIONS

Levent TEZCAN

Hacettepe Üniversitesi, Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi,

Beytepe – Ankara E.Mail:tezcan@hacettepe.edu.tr

ÖZET

Son yıllarda çok sayıda yeni izotop hidrolojik problemlerin çözümünde kullanılmaya başlanmıştır. Hidrolojik problemlerin zaman içerisinde sayısının artması, suların kökeni ve dinamiği ile ilgili daha ayrıntılı bilgilere ihtiyaç duyulması yeni izotopların kullanılmasını gerekli kılmıştır. Oksijen, hidrojen ve karbon izotoplarının yeterli olmadığı ya da artık kullanılamaz olduğu (trityumun atmosferik düzeyine çekilmesi, 14C yaşlarından daha uzun yaşlara ihtiyaç duyulması) problemlerde kullanılan çok sayıda izotop bulunmaktadır. Bunların bir kısmı yeraltısuyu yaşının saptanmasında kullanılırken bir kısmı ise kökensel ilişkiler ve kirlenme süreçlerinin ortaya konmasında rol oynamaktadırlar. Bu çalışmada helyum, kripton, argon, klor, stronsiyum, azot ve iyot izotoplarının hidrolojik uygulama alanları özetlenmiştir. Laboratuvar teknolojilerinin gelişmesine bağlı olarak hem bu izotopların kullanımı yaygınlaşacak hem de yeni izotoplar kullanılmaya başlanacaktır. Bu şekilde daha farklı hidrolojik problemlerin çözümü mümkün olacaktır. ABSTRACT

In recent years, new isotopes have been being used in hydrology. The increase in the number of the hydrologic problems in time, and the necessity of more detailed information about the origin and the dynamics of the water cause to apply these new isotopes. There are lots of isotopes can be used in problems where the oxygen, hydrogen and the carbon isotopes are not sufficient or can not be used any more (such as the recession of tritium to background level, the requirement of dating much older water than the range of 14C). Some of these are used for groundwater dating, and some are used in origin and pollution problems. In this study, the hydrologic application areas of the helium, krypton, argon, chlorine, strontium, nitrogen and iodine isotopes are summarized. The technological enhancements in laboratories will result the extensive use of these isotopes and the newer isotopes, which will provide to solutions to new hydrological problems. GİRİŞ

Hidrolojik problemler başlıca ilgili bağımlı değişkenin zaman ve konum içerisinde aldığı ve alabileceği değerlerin belirlenmesi ile ilgilidir. Bu bağımlı değişken çoğunlukla hidrolik yük (enerji

16

düzeyi), konsantrasyon ve sıcaklık olmaktadır. Bağımlı değişkenlerin beslenme bölgesi ile boşalım bölgesi arasında değişimi bir çok etken tarafından kontrol edilmektedir. Beslenme, depolanma ve akım rejimindeki heterojenlikler ile karmaşık sınır koşulları bağımlı değişkenlerin alacağı değerlerin belirlenmesi ve kestirilmesini güçleştirmektedir. Hidrolojik bir problemin çözümü, problemi, bağımlı değişken, sınır koşulları ve beslenme – boşalım süreçlerine bağlı bir model ile ifade ederek gerçekleştirilmektedir. Problemin tek bir bilinmeyenden oluşması ve modelin diğer tüm parametrelerinin ve değişkenlerinin bilinmesi durumunda çözüm oldukça kolay elde edilmektedir. Ancak hidrolojik sistemleri temsil eden değişkenler ve parametrelerin bilinmesi çoğunlukla mümkün değildir. Bu nedenle problemlerin çözülebilmesi için sistem basitleştirilmekte, parametre ve değişkenlerin konumsal değişimleri göz ardı edilmekte ve sistem homojen bir bütün olarak kabul edilmektedir. Yine sistemin sınır koşulları ve beslenme – boşalım süreçleri konumsal ve zamansal olarak homojen varsayılmakta ve ortalama bir çözüme ulaşılmaktadır. Günümüzde gelişen araştırma, ölçüm ve değerlendirme yöntemleri bu tür bir ortalama çözüm yerine daha ayrıntılı ve sistem içerisindeki süreçleri de aydınlatmaya yönelik çabaların artmasına olanak sağlamıştır. Bu kapsamda bir çok karmaşık problemin çözümünde izotopların kullanımının oldukça yaygınlaştığı görülmektedir. İzotopların hidrolojik problemlerin çözümünde önemli bir yere sahip olmasının temel nedeni sistem içerisinde konumsal ve zamansal değişimlerini etkileyen süreçlerin ayrıntılı bir şekilde belirlenebilmesidir. Bu şekilde izotopların birlikte hareket ettiği su ile ilgili süreçler de aydınlatılabilmektedir. Suyun kökeni, beslenme bölgesi, buharlaşma ve karışım süreçleri, depolanma özellikleri ve süresi, akım dinamiği gibi hidrolojik problemler, bu süreçler içerisinde izotopların nasıl davrandığının aydınlatılması ile çözülmektedir. Hidrolojik problemlerin çoğunlukla çok bilinmeyenli olması nedeniyle, problemin çözümünde bilinmeyen sayısı kadar eşitlik oluşturulması gerekmektedir. Örneğin her hangi bir havzanın su bütçesi oluşturulurken, gerçek buharlaşma-terleme ve yeraltına süzülme terimleri bilinmeyen değişkenleri oluştururken, yağış, akış, yüzeysel depolama vb. ölçülen terimler bilinen değişkenleri oluştururlar. Bütçe denkleminde hem buharlaşmanın hem de süzülmenin bilinmeyenleri oluşturması denklemi çözülemez kılmaktadır. Bu durumda bu değişkenler arasında kurulacak ikinci bir bağıntı bilinmeyen sayısı kadar denklem oluşturacağı için çözüm mümkün olacaktır. Bu kapsamda su ile birlikte hareket eden izotopların kütle bütçesi denklemi hidrolojik bilinmeyenleri de kapsayacağı için hidrolojik problemlerin çözümünü mümkün kılacaktır. Kimyasal ve yapay izleyicilerin hidrolojik sistem içerisindeki davranışları oldukça karmaşıktır. İzotopların hidrolojik sistem içerisindeki davranışları diğer bir çok izleyiciye göre daha ayrıntılı bilinmektedir. Bu nedenle, hidrolojide rutin teknikler ile çözülemeyen bir çok problemin çözümünde oldukça yararlı olmaktadırlar. Doğada doğal olarak bulunan ve hidrolojik çevrimin değişik aşamalarında hidrolojik sisteme giren “çevresel izotopların” hidrolojide kullanımı 1960’lı yıllardan itibaren Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) tarafından yürütülen ve desteklenen çalışmalar ile yaygınlaşmış ve günümüzde modern hidrolojik etütlerin en önemli bileşenlerinden biri haline gelmiştir. Ülkemizde de bu alanda öncü niteliğinde çok sayıda çalışma yürütülmüştür. Hidrolojide son yıllara kadar yaygın olarak kullanılan izotoplar suyun bileşiminde bulunan oksijen ve hidrojen atomlarının izotopları ile karbon izotopları olmuştur. Duraylı izotoplardan çoğunlukla kökensel ve nitel özelliklerin ortaya konmasında, radyoaktif izotoplardan ise yeraltısuyu geçiş

17

süresinin belirlenmesinde faydalanılmıştır. Günümüzde ise hidrolojik problemlerin çözümünde kullanılan izotopların sayısı, çözülebilen problem sayısı ve uygulama alanlarında önemli bir artış ortaya çıkmıştır. Bunun nedeni farklı izotopların analiz tekniklerinde meydana gelen teknolojik yenilikler, bu izotopların hidrolojik sistem içerisindeki davranışlarının tanımlanabilmesi, hidrolojik problemlerin çeşitlerinin (miktar, kirlenme, yönetme, koruma, saklama, güvenlik, vb.) artması ve problemlerin çözümünde daha fazla ayrıntıya inilmesi gerekliliğidir. Oksijen, hidrojen ve karbon izotopları dışında hidrolojide kullanımı artan diğer izotoplar klor (36Cl, 37Cl), azot (15N), helyum (3He, 4He), argon (39Ar), silisyum (32Si), kükürt (35S), bor (11B), stronsiyum (87Sr), kripton (81Kr, 85Kr), iyot (129I), uranyum (238U, 234U), radon (222Rn) izotoplarıdır. Bu çalışmada bu izotopların hidrolojik problemlerde kullanım alanları ile ilgili kısa bilgiler verilecektir. İZOTOPLARIN HİDROLOJİK UYGULAMA ALANLARI

İzotopların hidrolojide kullanımı herhangi bir hidrolojik süreci temsil eden bağımlı değişkenlerin davranışına bağlı olarak izotopların konumsal ve zamansal değişim göstermesi ve bu değişimin izotopun özelliklerine bağlı olarak belirlenmesi ile bağımlı değişkenin konumsal ve zamansal değişiminin ortaya konması ilkesine dayanmaktadır. 1960’lardan günümüze kadar bir çok hidrolojik sürecin aydınlatılmasında önemli rol oynamışlardır. Çizelge 1’de günümüzde izotopların kullanım alanları ve hangi izotopların hangi süreçleri aydınlatılmasında kullanıldıkları özetlenmiştir. Bununla birlikte bu çizelgede sıralanan alanlar dışında bir çok yeni ve farklı problemde de izotoplardan faydalanılabilir. Burada önemli olan, problem içerisinde konumsal ve zamansal değişimi ortaya konulabilen bir izotopun yer almasıdır. Bir şekilde hidrolojik çevrime katılan izotopların değişik sıcaklık ve faz değişimleri sırasında su içerisinde miktarları değişmektedir. Radyoaktivite ile izotop bileşiminin değişimine zaman boyutu da eklenmektedir. Günümüze kadar en yaygın kullanılan izotoplar oksijen, hidrojen ve karbon izotopları olmuştur. Bu izotopların bir çok laboratuvarda analiz edilebilir olmaları ve doğadaki davranış mekanizmalarının ayrıntılı bir biçimde ortaya konmuş olması nedeniyle bir çok hidrolojik problemin çözümünde önemli rol oynamışlardır. Bu izotoplar aracılığı ile yeraltısuyu – yüzey suyu ilişkileri, suların kökeni, beslenme alanları ve mekanizmalarının belirlenmesi, karışım süreçlerinin ortaya konması, yeraltısuyu yaş dağılımının belirlenmesi ve kısıtlı da olsa akiferlerin akım ve taşınım süreçlerini tanımlayan parametrelerin belirlenmesi konularında çok sayıda çalışma gerçekleştirilmiştir. Günümüzde hidrolojik problemlerin çeşitlenmesi (kirlenme, radyoaktif atıkların saklanması, akifer restorasyonu, derin akifer sistemlerinin araştırılması vb.) bu problemlerin çözümünde yardımcı olacak yeni izotopların araştırılmasına neden olmuştur. Değişik ülkelerde farklı problemlerin çözümünde kullanılmaya başlayan bu izotoplar kısaca aşağıda özetlenmiştir.

18

Çizelge 1. İzotopların hidrolojide kullanım alanları Hidrolojik Süreç δD δ13C δ15N δ18O δ87Sr 3H 14C 36Cl 39Ar 85Kr

Beslenme ve Akım hesabı X X X Yüzey - Yeraltı suları ilişkisi X X X X Ortalama yeraltısuyu hızı 5 yıldan genç sistemler X X X 5 - 30 yaş arası sistemler X X X Yeraltısuyunun kökeni 30 yıldan genç yerel sistemler

X X X X X

Bölgesel sistemler X X X X X Beslenme Bölgesi ya da Köken suyun belirlenmesi

Yerel sistemler X X X X X X X Bölgesel sistemler X X X X X Akiferler arası sızma X X Karstik Sistemler X X X Çatlaklı Kayaçlar X X X X Yeraltısuyu Akım ve Depolama Özelliklerinin Belirlenmesi

X

Dispersivite çalışmaları X X X X Yeraltısuyu ve Yüzey suyu akım bileşenlerinin belirlenmesi

X X X

Çözülü maddelerin kökeni X X X X X X Jeokimyasal reaksiyon modeli X Yeraltısuyu Yaşının Belirlenmesi 5 yıldan genç sistemler X X X X X 5 - 50 yıl X X X X 50 - 1000 yıl X 1000-40000 yıl X X X 60000-1200000 yıl X

HİDROLOJİDE KULLANILAN YENİ İZOTOPLAR

Hidrolojide kullanılan yeni izotoplar hakkında burada özetlenen bilgiler önemli ölçüde USGS tarafından derlenmiş “http://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/isoig/index.html” adresi ile Clark and Fritz (1997) ve Cook and Herczeg (2000)’den sağlanmıştır. Bu bölümde izotoplar ile ilgili detaylara girilmemiş ancak hidrolojide kullanım ilkeleri özetlenmiştir. Helyum Helyum iki duraylı izotopa sahiptir [3He (%1.37 x 10-4), 4He (>%99.99)]. Bu izotoplardan 3He hidrolojide yaygın bir kullanım alanına sahip bulunmaktadır. Doğada 3He değişik yollar ile oluşmaktadır. Ancak hidrolojik kullanımı daha çok trityumun radyoaktif bozulmasına bağlıdır. Trityum (3H) bozularak duraylı 3He’a dönüşmektedir. Bu nedenle tritojenik 3He miktarı yeraltısuyu yaşının belirlenmesinde kullanılmaktadır. Yeraltısuyunda ölçülen 3He miktarından, atmosferik,

19

litosferik ve magmatik 3He miktarları çıkartıldığında tritojenik 3He elde edilmektedir. Ancak, 3He bir gaz olduğu için doygun olmayan bölgede ya da hava ile temas ettiğinde çok hızla atmosfere karışmaktadır. Bu nedenle 3H/ 3He yöntemi, sadece yeraltısuyuna ulaşan trityumun bozunması sonucu doğru yaş vermektedir. Karstik ortamlarda ya da kalın doygun zon varlığında 3He kaçışı dikkate alınmalıdır. Tritojenik 3He dışında kalan 3He üretimi, 4He ve diğer asal gazların yardımı ile hesaplanabilmektedir (Torgersen et al., 1977, 1979; Weise and Moser, 1987; Schlosser et al., 1989). Radyojenik 4He, derin yeraltısuyu katılımlarının belirlenmesinde kullanılabilmektedir. Kayaçlarda U-Th bozunması sonucu ortaya çıkan yüksek 4He değerleri uzun yeraltısuyu dolaşımının varlığını göstermektedir. Kripton Kripton 5 duraylı izotopa sahip bir asal gazdır [78Kr (%0.35), 80Kr (%2.25), 82Kr (%11.6), 83Kr (%11.5), 84Kr (%57.0), 86Kr (%17.3)]. Bu izotopların doğal bulunuş oranlarındaki değişim, paleo-beslenme sıcaklıklarının tespit edilmesinde kullanılmaktadır. Doğal Kr izotoplarına ilave olarak atmosferde reaksiyonlar ve 238U izotopunun radyoaktif bozunması ile oluşan 81Kr izotopu ile nükleer denemeler sonucu oluşmuş antropojenik 85Kr izotopu da bulunmaktadır. 81Kr izotopu radyoaktif olup yarılanma ömrü 250000 yıldır. Bu izotop, 50000 – 800000 yıl aralığına sahip yeraltısuyu yaşlarının tespit edilmesinde kullanılmıştır (Oeschger, 1978; Lehman et al.,1985, Collon, et al, 2000). 85Kr ise yarılanma ömrü 10.76 yıl olan radyoaktif bir soy gaz olup nükleer bomba denemeleri, nükleer reaktörler aracılığıyla uranyum ve plütonyumun bozunması ile ortaya çıkmıştır. Atmosferde dağılımının homojen olmaması ve kuzey ve güney yarı küreler arasında da önemli bir farklılaşma göstermesi (Jacob, et al, 1987) nedeni ile köken belirlemede kullanım olanağı vardır. Yarılanma ömrünün trityuma yakın olması nedeniyle trityum yerine kullanılabilmektedir. Özellikle atmosferde trityum konsantrasyonunun giderek azalmasına karşın 85Kr konsantrasyonu giderek monoton bir artış göstermektedir. Asal bir gaz olması nedeniyle kimyasal ve biyolojik reaksiyonlara girmemektedir. Çok düşük bir yükseklik etkisi ile mevsimsel etki gözlenmektedir. Mevsimsel etki atmosferde düşey yönlü karışım mekanizmalarının mevsimselliği ile ilişkilidir. Ancak günümüzde analiz yeteneklerinin kısıtlı olması nedeni ile bu etki beslenme rejiminin belirlenmesinde kullanılamamaktadır. 85Kr, yeraltına süzülen suyun doygun olmayan bölgede atmosfer ile aynı 85Kr içerdiği varsayılan hava ile dengeye gelmesi sonucu yeraltısuyu sistemine karışmaktadır. Dispersiyon etkisinin ihmal edilmesi durumunda 85Kr aktivitesi ile yeraltısuyu yaşı belirlenebilmektedir (Plummer et al, 1993; Solomon et al, 1998). Özellikle girdi fonksiyonunun monoton olması, doygun olmayan bölgede önemli bir değişime uğramaması nedeniyle genç suların yaşlarının belirlenmesinde önemli rol oynayacaktır. 85Kr ile trityum benzeri yaş hesaplamalarının yapılması mümkündür. Trityum ya da benzeri yaş aralığı veren izleyiciler ile birlikte kullanıldığında yeraltısuyu akım yollarının belirlenmesinde ve sayısal akım modellerinin kalibrasyonunda kullanılabilir.

20

Ancak, 85Kr analizi için en az 100-1000 lt arasında örnek toplanması gerekmekte ve ticari olarak analiz hizmeti sunan bir laboratuvar bulunmamaktadır. Bununla birlikte analiz yeteneklerinin geliştirilmesine ve ucuzlatılmasına yönelik çalışmalar sürmektedir. Argon Argon 3 duraylı izotopu olan bir asal gazdır [40Ar (%99.6), 36Ar (%0.337), 38Ar (%0.063)]. Argon (40Ar) daha çok K-Ar tekniği ile kayaçlarının yaşının saptanmasında kullanılmaktadır. Argon’un radyoaktif izotopu olan 39Ar (T1/2 = 269 yıl) ise kosmojenik olarak 40Ar ve 39K’dan itibaren ve yeraltında kayaçlarda 39Cl’un bozunmasından itibaren oluşmaktadır. 39Ar Asal gaz olması nedeniyle reaksiyonlara girmemektedir. Bu nedenle yaş belirlenmesinde kullanılmaktadır (Oeschger et al., 1974). Yarılanma ömürleri arasındaki büyük fark nedeniyle 3H ile 14C ile belirlenen yaş aralıkları arasında kalan boşluğu kapatacak bir izotop olarak değerlendirilmektedir (Florkowski and Rózanski, 1986). Litosferde 39Cl’nin bozunmasından gelen miktarın belirlenmesindeki güçlükler nedeniyle yaygın bir kullanım alanına sahip olamamıştır. Klor Klor, doğada iki duraylı [35Cl (%75.77), 37Cl (%24.23)] ve bir radyoaktif [36Cl (T1/2 = 301000 yıl)] izotopa sahiptir. 36Cl uzun bir yarılanma ömrüne sahip olması nedeniyle çok yaşlı yeraltısuyu geçiş sürelerinin belirlenmesinde kullanılmaktadır. Atmosferde 36Ar’un kozmik ışınlarla etkilenmesi sonucu ve litosferde 40Ca, 39K ve 35Cl’dan itibaren oluşmaktadır. Bunun yanı sıra 1952 – 58 yılları arasında nükleer bomba denemeleri sonucu deniz suyunun radyasyonu ile yüksek oranlarda oluşmuştur. Bu nedenle toprak ve yeraltısuyunda 1950’li yıllara ait beslenimi tespit etmekte de kullanılabilir. Korunumlu bir izotop olması, tutulmaya uğramaması, redoks reaksiyonlarına girmemesi nedeniyle iyi bir izleyicidir. Genellikle 36Cl/Cl oranı ile ifade edilmektedir. Doğal sularda bu oran 10-15 -10-11 arasında değişmektedir. Yağışın içeriği 36Cl/Cl 20-500 x 10-15 arasında değişmektedir. 10-12’den daha büyük değerler nükleer bomba denemelerinin varlığını göstermektedir. Termonükleer kökenli 36Cl genç yeraltısuyu bileşeninin belirlenmesinde atmosferde giderek azalan trityum yerine kullanılmaktadır. Hidrolojide kullanımı kayaçlar ile reaksiyon, iyon filtrasyonu, yüksek oranda Cl içeren sular ile karışım ile litosferik üretim ile kısıtlanmaktadır. 37Cl duraylı olup δ37Cl değeri standart ortalama okyanus 37Cl/Cl oranına (SMOC) göre ‰ sapma olarak ifade edilmektedir. Bu izotop difüzyon baskın ortamlarda, yüksek sıcaklık su-kayaç etkileşimlerinde ve okyanus suyunun sıcaklık değişimlerine bağlı olarak ayrışmaya (fraksinasyon) uğramaktadır. Bu nedenle bu süreçlerin tanımlanmasında kullanılabilir. Stronsiyum Stronsiyum, dört duraylı [84Sr (%0.56), 86Sr (%9.86), 81Sr (%7.0), 88Sr (%82.58)] doğal izotop ile bir radyojenik izotopa sahiptir [87Sr]. 87Sr, 87Rb izotopunun (T1/2 = 48.8x106 yıl) radyoaktif bozunması ile oluşmaktadır. Genellikle 87Sr/86Sr oranı ile ifade edilmektedir. Kayaçlarda bu oran 0.7 ile 4 arasında değişmektedir. Herhangi bir jeolojik birim içerisinde kayacın yaşı, kristallenme süreci, ilksel Rb/Sr konsantrasyonları ile ilksel 87Sr/86Sr oranına bağlı olarak farklı 87Sr/86Sr oranı

21

gözlenecektir. Su – kayaç etkileşimi sırasında bir mineralden kazanılan stronsiyum, mineral ile aynı 87Sr/86Sr oranına sahip olmaktadır. Bu nedenle yeraltısuyunda farklı 87Sr/86Sr oranları, akım yolu boyunca farklı mineraller ile teması ya da farklı temas sürelerini göstermektedir. Hidrokimyasal veriler ile birlikte değerlendirildiğinde 87Sr/86Sr oranı yeraltısuyu akım yollarının, köken kayacın ve yeraltısuyu geçiş süresinin belirlenmesinde kullanılabilmektedir (Clark and Fritz, 1997). Azot Azot iki duraylı izotopa sahiptir [14N (%99.63) ve 15N (%0.366)]. Havada bulunan 15N miktarının sabit olması nedeniyle atmosferik hava (AIR) azot derişiminin sunulmasında standart olarak kabul edilmiş ve 15N içeriği atmosferin 15N/14N oranından sapma olarak ifade edilmektedir (δ15N). Yeraltısuyunda bulunan 15N izotopunun başlıca kökenleri atmosfer (δ15N=0), azotlu gübreler (δ15N = 0 ± ‰3), canlı ya da ölü organik maddelerdir (δ15N = +‰10 ile +‰25 ). Su – kayaç etkileşimi 15N içeriğini etkilememektedir. 15N izotopu hidrolojide daha çok yeraltısuyunda azot kirliliğinin kökenini belirlemekte kullanılmaktadır. Su kaynaklarında nitrit (NO2), nitrat (NO3), amonyak (NH3) bileşiklerinin belirli değerlerin üstünde olması durumunda dolaylı ya da doğrudan insan sağlığını ve suda yaşayan diğer canlıları tehdit etmektedir. Azot bitkiler ve sucul canlılar için önemli bir besin kaynağıdır. Bu nedenle organik atıkların bünyesinde önemli oranda bulunurlar. Oldukça yüksek bir çözünürlülüğe sahip olmaları nedeniyle suya hızla karışıp taşınma özelliğine sahiptir. Yüksek çözünürlülüğü nedeniyle kayaç oluşturan minerallerin bünyesinde bulunmamaktadır. Su kaynaklarında azot türevlerinin bir kısmı atmosferden kaynaklanmaktadır. Ancak, bitkilerin çürümesi, hayvan atıkları ve fosseptikler, kanalizasyon deşarjları ve azotlu gübreler en önemli azot kaynaklarını oluşturmaktadır. Nitrit ve nitrat organik maddelerin bünyesinde bulunan azotlu bileşiklerin oksidasyon ürünleridir. Suda belirli bir konsantrasyonun üzerinde bulunması, genellikle canlı faaliyetleri sonucu bir kirlenmenin belirtisidir. Amonyak ise suda genellikle atık su kaynaklı olarak bulunur. Suya herhangi bir biçimde karışan azot türevleri oksitlenme ile nitrata dönüşürken (nitrifikasyon), indirgenme süreçleri (denitrifikasyon) ile gaz halinde azota dönüşerek atmosfere karışır. Yeraltısuyunda azotun kökeni ve nitrifikasyon-denitrifikasyon süreçleri δ15N - δ18O ilişkisi ile ortaya konabilmektedir (Şekil 1).

0

5

10

15

20

25

-10 -5 0 5 10 15 20 25 3

δ15N‰ AIR

δ18O

‰ V

SMO

W

0

NH4-NO3Gübre - Mineral

ToprakOrganik Madde

Dışkı, foseptik sızıntısı

NH4-NO3Sentetik Gübre

Nitrifikasyon

Denitrifikasyon(kalan % NO3)

20%

40%

60%80%

Şekil 1. Nitratın değişik kökenlerinin izotopik kompozisyonu (Clark and Fritz, 1997).

İyot İyot tek bir duraylı izotopa sahiptir [127I]. Bununla birlikte radyoaktif izotopu 129I (T1/2 = 1.6 milyon yıl) atmosferde ve nükleer enerji tesislerinde 238U’un bozunması ile oluşmaktadır. Bu nedenle Çernobil kazasının yağmur suyuna etkisinin belirlenmesinde kullanılmıştır. Hidrolojide genellikle 129I/127I oranı kullanılmaktadır. Yarılanma ömrünün çok uzun olması nedeniyle çok yaşlı yeraltısuyu geçiş sürelerinin belirlenmesinde önem taşımaktadır. Atmosfer ve okyanuslarda 129I/127I oranı homojen bir dağılım göstermektedir. Bununla birlikte termonükleer aktivitelerin yoğun olduğu bölgelerde bu oran değişiklik göstermektedir. Ayrıca litosferde de radyoaktif bozunmalar sonucu oluşan 129I miktarları hesaplamaları etkilemektedir. SONUÇLAR Hidrolojik çalışmalarda kullanılan oksijen, hidrojen ve karbon izotoplarının dışında, son yıllarda artan analitik yeteneklere ve hidrolojik problemlerin çeşitlenmesine bağlı olarak kullanılmaya başlayan yeni izotopların uygulanmasında ilkeler, yaklaşımlar ve sorunlar özetlenmiştir. Laboratuvar teknolojilerinin gelişmesi bir çok izotopun daha kullanılmaya başlamasına yol açacaktır. Genellikle, izotopların hidrolojide kullanımı laboratuvar teknikleri, analiz bedelleri ve izotoplar hakkında bilgi birikimine bağlı olarak gerçekleşmektedir. Bir çok problemin çözümünde çok değişik izotoplar kullanılabilir. Ancak amaca en uygun izotop ya da izotopları seçmek sonuca ulaşmayı kolaylaştıracaktır.

22

23

YARARLANILAN KAYNAKLAR Clark, I, Fritz, P, 1997, Environmental Isotopes in Hydrogeology, Lewis Pubishers. (www.science.uottowa.ca/~eih) Collon, P., Kutschera, W., Loosli H.H., Lehmann, B.E., Purtschert R., Love A., Sampson L., Anthony D., Cole D., Davids B., Morrissey D.J, 2000, 81Kr in the Great Artesian Basin, Australia: a new method for dating very old groundwater, Earth and Planetary Science Letters 182 (2000) 103-113 Cook, P.G., Herczeg, A.L., 2000, Environmental Tracers in Subsurface Hydrology, Kluwer Academic Publishers. Florkowski, T. and Rózanski, K., 1986, "Radioactive Noble Gases in the Terrestrial Environment."In: P. Fritz and J.-Ch. Fontes (Eds.), Handbook of Environmental Geochemistry, Vol. 2b, Elsevier Science, New York. pp. 481-506. Jacob, D.J., Prather, M.J., Wofsy, S.C., and McElroy, M.B., 1987, "Atmospheric distribution of 85Kr simulated with a general circulation model." Jour. Geophys. Res., 92: 6614-6626. Lehman, B.E., Oeschger, H., Loosli., H.H., Hurst, G.S., Allman, S.L., Chen, C.H., Kramer, S.D., Willis, R.D., and Thonnard, N., 1985, "Counting 81Kr atoms for analysis of groundwater". J. Geophy. Res., 90, 11547-11551. Oeschger, H., 1978, Workshop on Dating Old Ground Water, University of Arizona, March 16-18, Rep., Y/OWI/SUB-78/55412. Oeschger, H., Gugelman, A., Loosi, H., Schotterer, U., Siegenthaler, U., and Wiest, W., 1974, "39Ar dating of groundwater", in Isotope Techniques in Groundwater Hydrology, IAEA, Vienna. pp. 179-190. Plummer, L.N., Michel, R.L., Thurman, E.M., and Glynn, P.D., 1993, "Environmental tracers for age dating young ground water", In: W.M. Alley (Ed.), Regional Ground-Water Quality, Van Nostrand Reinhold, New York, pp. 255-294. Schlosser, P., Stute, M., Dorr, H., Sonntag, C., and Munnich, K. O., 1989, "Tritogenic 3He in shallow groundwater". Earth Planet. Sci. Lett., 94: 245-254. Solomon, D. K., Cook, P. G., and Sanford, W. E., 1998, "Dissolved gases in subsurface hydrology." In: C. Kendall and J.J. McDonnell (Eds.), Isotope Tracers in Catchment Hydrology. Elsevier, Amsterdam, pp. 291-318. Torgersen, T., Zop, T., Clarke, W. B., Jenkins, W. J. and Broeker, W. S., 1977, "A new method for physical limnology - tritium-helium-3 ages - results for Lakes Erie, Huron and Ontario. Limnol. Oceanog., 22: 181-193. USGS: http://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/isoig/index.html

24

Weise, S. and Moser, H.,1987, "Groundwater dating with helium isotopes." In: Isotope Techniques in Water Resource Development." IAEA, Vienna, pp. 105-126.

25

HİDROLOJİDE İZOTOPLAR UNESCO ULUSLARARASI PROGRAMI

IAEA/UNESCO JOINT INTERNATIONAL ISOTOPES

IN HYDROLOGY PROGRAMME

Hamza ÖZGÜLER Hidrolojist – Meteoroloji Yük. Müh.

DSİ Etüd ve Plan Dairesi Başkanlığı – Ankara hamza.ozguler@dsi.gov.tr

ÖZET Hidrolojik çevrimin araştırılması ve su kaynakları yönetiminde kullanılan yöntemlerin geliştirilmesinde bilimsel ve teknik bir altyapının oluşturulması amacıyla çalışmalarını sürdüren Uluslararası Hidroloji Programı (IHP), Uluslararası Hidroloji Onyılı Programı adıyla UNESCO tarafından 1965 yılında başlatılmıştır. Bu çalışmaların küresel ölçekte devamının sağlanması amacıyla bu Program, 1977 yılında 6’şar yıllık dönemleri kapsayacak şekilde hükümetler arası nitelikte Uluslararası Hidroloji Programı’na dönüştürülmüştür. 2002-2007 yılları arasındaki IHP'nin altıncı dönemi (IHP-VI)'nde, hidrolojide izotopların kullanımlarının çeşitli tema başlıkları altında kapsamlı olarak ele alınması planlanmıştır. Bu çerçevede, 1999 yılında gerçekleştirilen V. Uluslararası Hidroloji Konferansı'nda alınan kararlar doğrultusunda Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) ile işbirliği içinde IAEA / UNESCO Hidrolojide İzotoplar Uluslararası Ortak Programı (JIIHP) oluşturulmuştur. Söz konusu Program kapsamında, izotop teknikleri kullanılarak hidrolojik süreçlerin daha iyi kavranmasının sağlanması ile su kaynaklarının değerlendirilmesi, geliştirilmesi ve yönetimi tekniklerinin iyileştirilmesi gibi hususlarda çalışmaların yapılması amaçlanmaktadır. Ayrıca, yüzey ve yeraltısularının nitelik ve niceliksel olarak gözlenmesi, iklim değişikliği ve insan faaliyetlerinin su kaynakları üzerindeki etkileri ve yağış-akış analizleri gibi konularda da izotop tekniklerinden yararlanmayı öngören projeler planlanmaktadır. Ulusal düzeyde ikincisi gerçekleştirilecek Sempozyumun, Ülkemizden IHP-VI faaliyetlerine bir katkı olarak değerlendirilmesi ve bu yaklaşım içinde düzenlenmesinin faydalı olacağı düşünülerek; bu bildiride, hidrolojide izotop teknikleri konusunda IHP kapsamında yapılan çalışmalar ve bu konuyla bağlantılı olarak planlanan uluslararası faaliyetler hakkında bilgiler verilmiş olup, bu bağlamda önümüzdeki yıllarda ülkemizin önceliklerinin neler olması gerektiği hususu, IHP’nin geleceğe dönük planları açısından değerlendirilmiştir. Anahtar kelimeler: IHP, JIIHP, İzotop, Hidroloji

26

IAEA/UNESCO ULUSLARARASI İZOTOP HİDROLOJİSİ ORTAK PROGRAMI (JIIHP) 1. Su Kaynaklarının Değerlendirilmesinde İzotop Hidrolojisinin Önemi İnsani etkiler ve iklim değişikliği gibi nedenlerle dünya su kaynakları üzerindeki baskılar her geçen gün artmaktadır. Bu durum su kaynakları çalışmalarında disiplinler arası bir yaklaşımı gerektirmektedir. Diğer yandan, su kaynakları geliştirme faaliyetlerinde, yüzey suyu ile yeraltısuyu, tatlısu ile tuzlusu arasındaki etkileşimlerin bölge ve havza ölçeğinde bilinmesi gerektiğinden, su kaynaklarının nitelik ve niceliksel olarak bütün yönleriyle gözlenmesine ve araştırılmasına her geçen gün daha fazla ihtiyaç duyulmaktadır. Bilindiği üzere su biliminde mevcut metodolojiler sınırlı verilerle ve günümüzde güncelliğin kaybetmiş olan veri işleme yöntemleriyle geliştirilmiş bulunmaktadır. Oysa günümüzde, uzaktan algılama ve coğrafi bilgi sistemleri gibi modern teknolojilerin geliştirilmesiyle, su biliminde ve su araştırmalarında, uzaysal ve zamansal çözünürlülüğü daha ileri düzeyde olan yeni nesil veri sistemleri geliştirilmiş bulunmaktadır. Ayrıca, bilgi teknolojilerinin de gelişmesiyle, daha ileri düzeyde hesaplama yöntemlerine geçilmiş olup, artık günümüzde değişik kullanımlara uygun model çeşitliliği bulunmaktadır. Sağlanan bu gelişmelerle, su biliminde daha güvenilir sonuçları veren yeni nesil tekniklerin geliştirilmesine olan ihtiyaç giderek artmaktadır. Su kaynaklarının değerlendirilmesi, geliştirilmesi ve yönetimi faaliyetlerinde ortaya çıkan sorunların çözümünde izotopların kullanımıyla ilgili metodolojiler zaten geliştirilmiş olup, bu teknikler su kaynaklarının araştırılmasında ve çevresel çalışmalarda halı hazırda kullanılmaktadır. Söz konusu metodolojilerde iz elementlerin atomik özelliklerinden yararlanıldığı bilinen bir husustur. İzotop yöntemleri klasik yöntemlere göre daha etkili olmakla birlikte, pahalı değildirler. Tek bir izotop analizi ile hidrolojik süreçle ilgili çok kapsamlı bilgilerin elde edilmesi mümkündür. 2. İzotop Çalışmalarıyla İlgilenen Uluslararası Kuruluşlar 2.1 Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA), son 40 yıl içinde su bilimlerinde nükleer tekniklerin araştırılması ve geliştirilmesi ile bu tekniklerin arazideki pratik uygulamaları üzerinde çalışmalar yapmaktadır. Bu Kuruluşun izotop hidrolojisine ilişkin program etkinlikleri kapsamında, yeraltısuyunun oluşumuyla ilgili hidro-jeolojik araştırmalar, yeraltısuyu akışı, iletim dinamikleri ve hidrolik etkileşimler; jeotermel sistemler ve yüzey sularıyla ilgili uygulamalar ve su mühendisliğiyle ilgili diğer uygulamalar bulunmaktadır. Su kaynaklarının geliştirilmesi ve yönetiminde, IAEA’nın son 10 yıl içinde ağırlık verdiği konular şunlardır: • Su kaynakları üzerindeki insan etkileri • Su kıtlığı yaşanan bölgelerdeki su kaynakları, • Hidro-klimatik değişiklikler ve bu değişikliklerin su havzaları ve yüzeysel su sistemleri

üzerindeki etkileri,

27

• Su kalitesi çalışmaları, • Üye ülkelerde teknik işbirliği projelerinin uygulanması. 2.2 UNESCO Su kaynakları, dengeli bir kalkınma için sınırlayıcı faktör olarak kabul edilmektedir. Bu durum, su konusunda Birleşmiş Milletler’de uluslararası işbirliği programlarının geliştirilmesini gerektirmiştir. UNESCO bünyesinde IHP Programı bu yöndeki çalışmalarda merkezi bir konumda bulunmaktadır. IHP’nin 1996-2001 yılları arasındaki dönemini kapsayan 5. safhasında, bilimsel araştırmalar, uygulama ve eğitim konuları arasında sağlam bir bağ kurulmaya çalışılmıştır. “Hassas Çevre Koşullarında Hidroloji ve Su Kaynakları Geliştirilmesi Faaliyetleri” ana temasını taşıyan IHP’nin bu safhasında, özellikle çevre boyutuna öncelik veren ve bilimsel olarak kanıtlanmış metodolojilerle desteklenen su kaynakları planlanması ve yönetilmesi konularına ağırlık verilmiştir. IHP’nin, 2002-2007 yılları arasındaki dönemi kapsayan 6. safhası ise tatlısu kaynaklarının sürdürülebilir kalkınma için elzem olduğunun bilinciyle suyun, sadece hidrolojik çevrim içindeki jeofiziksel, kimyasal ve biyolojik işlevi dışında; sosyal, ekonomik ve çevresel değerlere de sahip olduğu gerçeğine öncelik verilmiştir. Günümüzde su etkileşimlerinin daha iyi anlaşılması, verilerin teminindeki teknolojik gelişmeler ve hidrolojik süreçlerin gelişmiş tekniklerle modellenmesi gibi gelişmeler göz önünde bulundurularak, IHP’nin 6. Aşaması, kendi içlerinde çapraz ilişkileri olan 5 ana tema üzerinde kurulmuştur: • Tema 1: Küresel değişimler ve su kaynakları, • Tema 2: Havza ve akiferlerin toplu dinamikleri, • Tema 3: Karasal yerleşim alanları hidrolojisi, • Tema 4: Su ve toplum, • Tema 5: Su öğretimi ve eğitimi, Bu ana başlıklar altında çeşitli projelerin gerçekleştirilmesi gündemde olmakla birlikte, bu temalar arasındaki çapraz geçişleri sağlamak üzere FRIEND (Flow Regimes from International Experimental and Network Data) ve HELP ( Hydrology for Environment, Life and Policy) gibi alt programlar da UNESCO tarafından geliştirilmiş bulunmaktadır. 2.3 Dünya Meteoroloji Teşkilatı (WMO) İklim ve işletimsel hidroloji konularında WMO tarafından yürütülen çeşitli programlar kapsamında izotop hidrolojisinden çeşitli şekillerde faydalanılan konular bulunmaktadır. Buna örnek olarak, “Yağışlarda İzotoplar Küresel Ağı (GNIP)” konusunda çalışmalar yapmak üzere IAEA ve WMO arasında imzalanan sözleşme verilebilir. IAEA ve WMO tarafından 30 yıldan beri ortak olarak işletilen bu ağ yardımıyla Dünya genelinde seçilmiş istasyonlarda yağışlardaki izotop gözlemleri yapılmakta olup, bu yoldan hidrolojide izotop uygulamaları için temel bilgilere ulaşılması mümkün olabilmektedir. 500’den fazla sayıda istasyondan oluşan bu küresel ağ üzerinden sağlanan veriler, sadece doğal izotopların izlenilmesinde kullanılmakla kalmaz, ayrıca iklimsel değişimlerdeki eğilimlerin belirlenmesinde de kullanılmaktadırlar.

28

3. Hidrolojide İzotoplar Uluslararası Ortak Program (JIIHP) Programı Hidrolojide izotopların kullanımı, 2002-2007 yılları arasındaki IHP'nin altıncı dönemi (IHP-VI)'nde çeşitli tema başlıkları altında kapsamlı olarak ele alınması planlanmıştır. Bu çerçevede, 1999 yılında gerçekleştirilen V. Uluslararası Hidroloji Konferansı'nda alınan kararlar doğrultusunda Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (IAEA) ile işbirliği içinde IAEA / UNESCO Hidrolojide İzotoplar Uluslararası Ortak Programı (JIIHP) oluşturulmuştur. Bu iki Kuruluş arasındaki işbirliği, 2002’de yapılan IHP Hükümetlerarası Konsey oturumu sırasında yapılan imza töreni ile karara bağlanmıştır. 3.1 Programın Gelişim Süreci IHP Hükümetlerarası Konseyi’nin 28. Dönem toplantısında alınan kararlar doğrultusunda, UNESCO’nun IAEA ile işbirliğine girerek, söz konusu işbirliğinin yapısını ve şeklini belirleyecek bir çerçeve raporunun hazırlanması istenmiştir. Bu öneri üzerine, UNESCO ve IAEA tarafından bir Planlama Grubu oluşturulmuş ve bu Grubun hazırladığı rapor IHP Bürosu’nun 29. Oturumuna sunulmuştur. Büro, IAEA ve UNESCO’nun ortaklığında Hidrolojide İzotoplar Uluslararası Programı’nın oluşturulması yönünde her iki Kuruluşun ilgili birimlerini bilgilendirilmiştir. Ayrıca, Rapor sonuçları hakkında IHP Ulusal Komiteleri de bilgilendirilerek, hidrolojide izotop yöntemleri konusunda uzman kişilerin bu programa dahil edilmeleri konusunda destek istenmiştir. 3.2 JIIHP Programının Kapsamı Hidrolojide izotoplarla ilgili çok sayıda bilimsel ve pratik uygulamalar yapılmaktadır. Bu alanda çalışmalar yapan ilgili kuruluşlar arasında çeşitli işbirliği çalışmaları olmakla birlikte, ilgili bütün Kuruluşların faaliyetlerini toparlayabilecek daha ileri düzeydeki bir işbirliği ortamının oluşturulmasına gereksinim duyulmuştur. Hidrolojik çalışmalarda, su kaynaklarının toplu yönetimi ve iklimsel araştırmalarda izotop metodolojilerinin daha geniş kullanımına yönelik son yıllarda giderek artan bir talep vardır. Bu talepler, son yapılan IAEA’nın Genel Konferansı’nda bütün yönleriyle ele alınmıştır. Bu toplantıda, su kaynakları alanında çalışmalar yapması öngörülen programların önemi hakkında görüşler oluşturularak, IAEA’nın aşağıda belirtilen hususlarda çalışmalar yapmasını istemiştir: • Özellikle gelişmekte olan ülkelerde su kaynaklarının geliştirilmesi ve yönetimi alanlarında;

yeraltısuyu ve yüzeysel suların kirliliğinin kontrolu için gerekli önlemlerin alınmasında izotop tekniklerinin tam kullanımını sağlamaya dönük çabalara devam edilmesi,

• Uygun programların geliştirilmesi ve su kaynakları yönetimiyle ilgilenen ulusal ve uluslararası kuruluşlarla daha yakın işbirliğine giderek izotop tekniklerinin su kaynaklarının yönetimiyle bütünleştirilmesinin sağlanması,

• Çeşitli düzeylerde kurslar düzenleyerek izotop hidrolojisinde insan kaynaklarının geliştirilmesi; izotop teknikleri bilgisiyle donatılmış hidrolojistlerin eğitiminin sağlanması.

IAEA’nın bu alandaki lider konumundan yararlanılarak, bu Kuruluşun bünyesinde, UNESCO’nun desteğinde ve WMO bağlantılı programlarla bağlantılı JIIHP Programı oluşturulmuştur.

29

3.3 JIIHP Programının Amacı JIIHP Programında, izotop tekniklerinin kullanılarak hidrolojik süreçlerin daha iyi kavranmasının sağlanması ile su kaynaklarının değerlendirilmesi, geliştirilmesi ve yönetimi tekniklerinin iyileştirilmesi gibi hususlarda çalışmaların yapılması amaçlanmaktadır. Ayrıca, yüzey ve yeraltısularının nitelik ve niceliksel olarak gözlenmesi, iklim değişikliği ve insan faaliyetlerinin su kaynakları üzerindeki etkileri ve yağış-akış analizleri gibi konularda da izotop tekniklerinden yararlanmayı öngören projeler planlanmaktadır. Program, hidrolojide izotopların aşağıda belirtilen amaçlar için kullanılmasını öngörmektedir: • Hidrolojik süreçlerin daha iyi anlaşılması ile su kaynaklarının değerlendirilmesi, geliştirilmesi

ve yönetilmesinin iyileştirilmesine dönük araçların geliştirilmesi, • Su kaynaklarında ulusal, bölgesel ve uluslararası programların desteklenmesi, • Dünya genelinde hidrolojik eğitim müfredat programlarına izotop konularının da dahil

edilmesinin sağlanması, • İzotop verilerinin ulusal, bölgesel ve küresel ölçekteki hidrolojik veri bankalarıyla

birleştirilmesinin sağlanması. Söz konusu Program, hidroloji ve su kaynakları çalışmalarının bilimsel, pratik ve eğitimsel yönlerini ele alarak; UNESCO, WMO, IAEA ve diğer uluslararası kuruluşlar tarafından yürütülen hidrolojik programların yürütülmesi ve eşgüdümünün geliştirilmesini amaçlamaktadır. JIIHP, aşağıda belirtilen süreçlerin niteliksel ve niceliksel yönlerini ele alır: • Yüzeysel sularla ( nehirler, rezervuarlar, göller, kar ve buzullar) ilgili olarak akış dinamikleri,

erozyon, sediment oluşumu ve kirlilik, • Yeraltısuyunun yapay veya doğal beslenmesinin niceliksel olarak değerlendirilmesi,

yeraltısuyunun kaynağının araştırılması, akiferlerin kirlenmesi. Program kapsamında, iklim değişikliği ile su kaynakları üzerinde insani etkilerin araştırılmasında da çalışmaların yapılması planlanmaktadır. JIIHP, izotop metodolojileri ile ilgili IAEA araştırmaları ve uygulamalarının UNESCO’nun küresel bilgi ağı altyapısı üzerinden yayılmasını sağlayacaktır. Bilindiği üzere, UNESCO’da su konuları üye ülkelerde IHP ulusal komitelerince yürütülmektedir. Bu nedenle, IHP ulusal komiteleri JIIHP’in yürütülmesinde işlevsel öneme sahiptir. JIIHP programı ile sağlanan küresel ağ yardımıyla dünya genelinde su kaynaklarının değerlendirilmesi, geliştirilmesi ve yönetilmesi konularının iyileştirilmesi öngörülmektedir. Ayrıca, özellikle dünyanın su kıtlığı yaşanan gelişmekte olan bölgelerinde yaşam kalitesinin iyileştirilmesi öncelikli konuların başında gelmektedir. Programın yukarıda belirtilen amaçlarını gerçekleştirmek üzere önerilen hususlar aşağıdaki gibidir: • Hidrolojide izotoplar konusunda kuruluşlar arası uzun vadeli bir programın IAEA yönetimi

altında ve UNESCO ve diğer hidrolojik programlarla işbirliği içinde başlatılması, • IHP ulusal komitelerine hidrolojide izotop yöntemleri konusunda uzman kişilerin dahil

edilmesinin sağlanması, • Program içinde eğitim ve öğretim faaliyetlerine özel bir önem verilmesi,

30

• IHP üyesi ülkelerin bu Programa desteklerinin sağlanması, • WMO programları ile uyum sağlayarak, IAEA ve UNESCO arasındaki mevcut işbirliğinin

geliştirilmesi, • Programın yürütülmesinde IAEA ve UNESCO’nun gerekli teknik ve parasal desteği sağlaması

ve dış kaynak temininde yardımcı olmaları. JIIHP oluşturduğu küresel bilgi ağı yardımıyla, izotop metodolojileri konusundaki araştırma ve uygulama sonuçlarını yaymayı amaçlamaktadır. Bu amacın gerçekleşebilmesi için, IHP Ulusal Komitelerine izotop teknikleri konusunda yeterli bilgiye sahip uzmanların da dahil edilmesini öngörmektedir. 3.4 JIIHP Programının Yapısı JIIHP Programının yapısı, IHP Bürosunun 31. Dönem toplantısında kabul edildiği şekliyle Şekil 1’de verilmiştir. Buna göre, JIIHP Sekreteryası Viyana’da bulunan IAEA bünyesindedir. JIIHP Programı, IAEA ve UNESCO’nun IHP ile ortaklaşa olarak JIIHP yönetim kurulu tarafından yürütülecektir. JIIHP yönetim komitesinde, IHP Ulusal Komiteslerince belirlenen isimler arasından her seçim bölgesi için birer temsilci olarak 2 yıllık bir dönem için seçilen 6 temsilci bulunmaktadır. Sözkonusu bölgesel temsilcilerin JIIHP toplantılarına katılımı IAEA tarafından sağlanmaktadır. JIIHP Yönetim Komitesi IHP Hükümetlerarası Konsey toplantısına paralel olarak 2 yılda bir toplanır. Komite çalışmasına, ayrıca, bütün JIIHP odak noktaları ve IHP Ulusal Komitesi temsilcileri çağrılır. JIIHP Yönetim Komitesi IHP Konseyine düzenli olarak rapor sunar. 3.5 IHP-VI Sürecinde Öngörülen JIIHP Faaliyetleri IHP 14. Hükümetlerarası Konseyi’nin tavsiyeleri doğrultusunda IHP-VI sürecinde öngörülen JIIHP faaliyetleri şunlardır: • Çevresel değişimlerde izotop teniklerinin uygulanmasıyle ilgili IAEA ve UNESCO ortak

sempozyumunun düzenlenmesi, • Deniz kıyılarındaki kimyasal ve hidrolojik akıntıların izotop teknikleri kullanılarak

araştırılması; denizaltındaki yeraltısuyu akımının belirlenmesi, • Yağıştaki izotopların gözlenmesi ve analizlerinin yapılması yoluyla El-Nino olaylarının

incelenmesi, • Büyük nehirlerdeki izotop gözlemlerinden yararlanılarak mevcut yağış-akış analizi tekniklerinin

geliştirilmesi, • Özellikle kurak bölgelerdeki su kaynakları yönetiminde izotop tekniklerinin kullanım

olanaklarının değerlendirilmesi, • Sulak alanlarla yeraltıyusunun etkileşimlerini belirlemek amacıyla izotopların kullanılması; su

kaynaklarında ağır metallerin gözlenmesi, • Kıyısal alanlarda, denizaltında, karalardan denizlere doğru yeraltısuyu akışının niceliğinin

belirlenmesi, • İzotop hidrolojisinde eğitim amaçlı CD-ROM’un hazırlanması, • İzotop eğitimi verilen kuruluşlar arasında bilgi ağının oluşturulması,

31

3.5 İzotop Hidrolojisi Eğitim Faaliyetleri JIIHP programı kapsamında, 2002-2004 döneminde, izotop hidrolojisi eğitim faaliyetlerine de ağırlık verilmesi düşünülmektedir. Bu bağlamda, bu alanda uluslar arası eğitim verilecek yerler arasında Ulusal Su Araştırma merkezi (Mısır), Uluslar arası Hidroloji Kursları (Macaristan ve Çekoslovakya), UNESCO-IHE Su Eğitimi Programı (Hollanda) sayılabilir. Ayrıca, Hindistan, Çin, Iran, Güney Afrika, Şili, Panama ve Malezya Hükümetleri de, üniversitelerinde izotop hidrolojisi konusunda çalışmalar yapan ve kurslar düzenleyen birimlerin açılması yönünde destek sağlayacaklarını ifade etmişlerdir. Öngörülen bu eğitim faaliyetleri arasında Hollanda’daki UNESCO-IHE bünyesinde yapılması planlanan izotop konulu eğitim faaliyetleri önem arz etmektedir. IHE’de yapılması öngörülen faaliyetler kapsamında aşağıdaki konulara yer verilmesi UNESCO tarafından planlanmaktadır: • Yüzeysel sular hidrolojisinin temel kavramları, • Yeraltısuyu hidrolojisinin temel kavramları, • Meteoroloji ve atmosfer bilimlerinin temel kavramları, • İzotopların esasları ve sınıflandırılması, • Hidrolojik çalışmalarda kullanılan iz elementler, • İzotopik donanımlar ve laboratuvar ölçümlerinin esasları, • İzotop jeokimyası dersleri, • Kirlilik kaynakları ve mekanizması, • İzotop verileriyle rezervuarlardan meydana gelen sızmanın numerik modellemesi, • İzotop verilerinin istatistiksel analizi. 3.6 JIIHP Başlangıç Yönetim Komitesi IHP 15. Hükümetlerarsı Konsey toplantısına paralel olarak, 18-19 Haziran 2002 tarihlerinde, JIIHP başlangıç toplantısı yapılmıştır. Bu toplantıya Mısır, Macaristan, Hindistan, Hollanda, Panama ve Güney Afrika temsilcilerinin oluşturduğu IAEA Başlangıç Yönetim Komitesi üyelerinin yanı sıra IHP ulusal sekreteryası bünyesinde ulusal odak noktası oluşturan ülkemiz dahil 20'den fazla ülkenin temsilcileri çağrılmış olup, ülkemiz JIIHP toplantısında, IHP Ulusal Sekreteryasınca temsil edilmiştir. Ülkemizle birlikte Portekiz, Irak, Fransa, Iran gibi ülkelerin yanısıra IAHS temsilcisi de JIIHP toplantısına katılım sağlamıştır. JIIHP toplantısı, 17-22 Haziran 2002 tarihlerinde gerçekleştirilen IHP 15. Hükümetlerarası Konsey Oturumu'na paralel olarak 18-19 Haziran 2002 tarihlerinde UNESCO Merkezi'nde yapılmıştır. Toplantı IHP/UNESCO yetkilisi Dr. A. Aureli ile IAEA Izotop Birimi sorumlusu Dr. J. Turner başkanlığında gerçekleştirilmiştir. Toplantı sırasında, Iran, Mısır, Malezya, Panama, Şili, Sırbistan, Çin ve Polonya'da bulunan UNESCO bölgesel merkezlerinin konu hakkındaki değerlendirmelerine de yer verilmiştir. JIIHP toplantısının hazırlık çalışmaları, Mısır, Macaristan, Hindistan, Hollanda, Panama ve Güney Afrika ülkelerinin temsilcilerinden oluşan başlangıç Yönetim Komitesi tarafından gerçekleştirilmiştir.

32

JIIHP toplantısında, TAKK Dairesi Başkanlığındaki İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğü'nden alınan bilgiler ve ihtiyaç duyulan destekler yazılı metin haline getirilerek hem sözlü hem de yazılı olarak açıklanmıştır. Bu kapsamda, DSİ Genel Müdürlüğünün 2002 yılında düzenlediği "İzotop Tekniklerinin Hidrolojide Kullanımı" ulusal sempozyumunun 2002-2004 dönemi için oluşturulan UNESCO faaliyetleri programı kapsamında değerlendirilmesi sağlanmıştır. Ayrıca, UNESCO'nun aracılığıyla IAEA ile yapılabilecek işbirliği çerçevesinde bu Kuruluştan çeşitli desteklerin alınması ve eğitim programlarından yararlanılması hakkında bilgiler edinilmiştir. JIIHP toplantısının gündeminde aşağıdaki konulara ağırlık verilmiştir: • 2002-2004 yılları arası dönem için, izotop hidrolojisinde eğitim faaliyetleriyle ilgili

stratejilerin, önceliklerin, çalışma planının ve zaman takviminin belirlenmesi, • Hollanda'da kurulu bulunan UNESCO-IHE Su Eğitim Programı için izotop hidrolojisi eğitim

modülünün geliştirilmesine yönelik bir uygulama planının hazırlanması, • Üniversite lisans ve lisansüstü eğitim programlarına izotop hidrolojisinin de dahil edilmesi

yönünde UNESCO Bölgesel Merkezleri’nce gerekli girişimlerde bulunulması, • IHP ve IAEA WEB sitelerinde JIIHP sayfalarının dahil edilmesine yönelik çalışmanın

yapılması, ve • 2002-2007 dönemi için uzun vadeli programın belirlenmesi. 4. Sonuç ve Öneriler Dünyada suyu konu edinen uluslararası kuruluşların sayısı ve etkinliği her geçen gün artarken, BM bağlantılı su konularının UNESCO'nun IHP Programı altında merkezileşmesi yönünde de önemli gelişmeler yaşanmaktadır. Öte yandan, suyun artan stratejik önemine paralel olarak, ulusal su politikalarının oluşturulmasında ve uluslararası su kuruluşlarının Ülkemiz adına temsili konularında da Genel Müdürlüğümüzün etkinliği giderek artmaktadır. Bu bağlamda, ulusal temsilcilik faaliyetleri DSİ Genel Müdürlüğünce yürütülen IHP ve diğer uluslararası hidrolojik faaliyetlerin daha yakından izlenmesinin önemi göz önünde bulundurularak, adı geçen hizmetlerin eşgüdümünün sağlanması hususunda önceki yıllarda bazı adımlar atılmış olup, geçen süre içinde söz konusu çalışmaların Kuruluşumuz bünyesinde belirli bir düzeye getirilmesi sağlanmıştır. Ulusal odak noktası görevi, IHP çalışmaları çerçevesinde, DSİ Genel Müdürlüğü bünyesindeki İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğünce yürütülen JIIHP Programı’ndan gerektiği şekilde yararlanabilmek için, mevcut bilgi ağının geliştirilmesine ihtiyaç vardır. İzotop tekniklerinden su sektöründe daha çok yararlanılmasına ilişkin uluslararası çalışmalar UNESCO'nun eşgüdümünde hızla gelişirken, ülkemizde de, Genel Müdürlüğümüz öncülüğünde bu alanda gerçekleştirilen sempozyum, organizasyon ve araştırma faaliyetleri şeklinde çeşitli düzeylerdeki geliştirme çalışmaları son yıllarda artan bir destekle devam ettirilmektedir. Diğer yandan, birçoğu Bakanlığınızın desteğinde Genel Müdürlüğümüzce temsil edilen çeşitli uluslararası hidrolojik faaliyetlerin daha etkin ve yaygın olarak yürütülebilmesi için gerekli kurumsal düzenlemelerin yapılması çalışmaları da Kuruluşumuzca sürdürülmektedir. Bu çerçevede, halen yürütülmekte olan çeşitli su konulu faaliyetlerin Genel Müdürlüğümüz Etüd ve Plan Dairesi

Başkanlığı bünyesinde Uluslararası Hidrolojik Faaliyetler adı altında Kurumsal bir yapıya kavuşturulması; İzotop teknikleri gibi ihtisas gerektiren diğer uluslararası hidrolojik konuların ise, adı geçen Başkanlığın eşgüdümündeki odak noktalarınca temsil edilmesi hususu Genel Müdürlüğümüzce uygun görülen bir husustur. 5. Kaynaklar Bu bildirinin hazırlanmasında UNESCO-IHP raporlarıyla IAEA dokümanlarından yararlanılmıştır.

Yönetim Komitesi: • IHP Ulusal Komitelerinden temsilciler • IAEA temsilcisi • IHP Sekreteryasının temsilcisi

IHP Hükümetlerarası Konseyi

IAEA Izotop Hidrolojisi Programı

IAEA JIIHP Sekreteryası

IHP Sekreteryası IHP-VI (2002-2007)

JIIHP Programının Yürütülmesi

33

35

TÜRKİYE’DEKİ İÇME VE KULLANMA SULARININ RADYOAKTİVİTE YÖNÜNDEN KALİTESİNİN BELİRLENMESİ

THE DETERMINATION OF GROSS ALPHA AND BETA ACTIVITY OF

DRINKING WATER IN TURKEY

Alime TEMEL DİLAVER1, Candan ÇİFTER2, Tanju ALTAY3

1Fizik Yük.Müh. DSİ Genel Müd. TAKK Dai. Bşk. alimetd@yahoo.com, alimet@dsi.gov.tr 2Kimya Yük.Müh. DSİ Genel Müd. TAKK Dai. Bşk. candan.cifter@dsi.gov.tr 3Fizik Yük.Müh. DSİ Genel Müd. TAKK Dai. Bşk. tanjua@dsi.gov.tr ÖZET İnsan ve çevresi pestisitler, radyasyon, gürültü ve diğer kirliliklerden korunması gerekir. Bilindiği gibi radyoaktif maddeler doğal olarak çevremizde bulunmaktadır (örneğin Uranyum, Toryum, Potasyum). Ayrıca bazı radyoaktif bileşimler insan aktiviteleriyle de meydana gelebilir veya artış gösterebilir (örneğin radyoaktif maddelerin tıpta ve endüstride kullanılmasıyla). İçme suyunun tat koku görünümünün yanı sıra sağlık açısından da kullanımının emniyetli olması gerekmektedir. İçme ve kullanma sularında bulunan radyoaktif maddelerin (toplam alfa ve toplam beta) konsantrasyonları için üst sınır Dünya Sağlık Örgütü (WHO) ve Türk Standartları Enstitüsü (TSE) tarafından belirtilmiştir. Bu çalışmanın amacı Devlet Su İşleri’ nin sorumlu olduğu tüm içme sularında olası radyoaktivitenin (toplam alfa ve toplam beta) belirlenmesi ve TSE nin aynı zamanda WHO nun öngördüğü sınır değerlere uygunluğunun saptamasıdır. DSİ nin 14 bölgesinden toplanan su örnekleri üzerinde toplam alfa ve toplam beta analizleri tamamlanmış olup sonuçların WHO nun ve TSE nin verdiği sınır değerlerleri aşmadığı görülmüştür. Diğer bölgeler içinde numune toplama ve analiz işlemleri tamamlandıktan sonra sonuç raporunda tüm değerler yorumlarıyla verilecektir. Anahtar sözcükler : İçme suları, radyoaktivite, toplam alfa aktivitesi, toplam beta aktivitesi

ABSTRACT Man and his environment must be protected from the adverse effects of pesticides, radiation, noise and other forms of pollutions. Radioactive materials occur naturally in the environment (for example uranium, thorium and potassium). Same radioactive compounds arise from human activities (for example from medical or industrial uses of radioactivity). Drinking water should be safe to use and aesthetically pleasing. World Health Organisation (WHO) and Turkish Standards (TSE) have established maximum contaminant levels for gross alpha and gross beta. . The purpose of these study is to determine the level of gross alpha and gross beta activities of samples collected from the different Regional Directories of The State Hydraulic Works (DSI). After that compare the results versus permissible values of World Health Organisation and Turkish Standards. Collected samples from 14 Regional Directories of DSI have completed. All the analyses results suitable for WHO and TSE. We will give all the research our final report after completed the other Regional Directories’ s analyses. Key Words: Drinking Water, radioactivity, gross alpha activity, gross beta activity.

36

1.GİRİŞ İnsan yaşamının sürdürülebilmesi için en gerekli ihtiyaçların başında su gelmektedir. Biyolojik organizmanın çalışması ve fonksiyonlarının yerine getirilmesi su sayesinde mümkün olmaktadır. Dünyanın 3 / 4 ü sularla kaplı olmasına karşın içme ve kullanma suyu özelliğindeki su kaynakları hızla artan nüfus, plansız gelişen endüstri ve yok edilen ormanlar nedeniyle günden güne ihtiyacı karşılayamaz duruma gelmiştir. Bu sıkıntının giderilebilmesi amacıyla mevcut su kaynaklarının korunması ve kaynaktan alınan kalitesiz suların kullanma ve içme amaçlı arıtımı son yıllarda önem kazanmıştır. İçme ve kullanma suları ; genel olarak, içme, yemek yapmak, temizlik, gıda maddelerinin hazırlanması (gıda maddesi ile doğrudan temas eden ) vb. amaçlar için kullanılan, orijinal haliyle veya arıtıldıktan sonra bu standartta belirtilen özellikleri sağlayan, dere, nehir, göl, baraj vb. suları ile kaynak sularıdır.

Suyun insanlar tarafından içilmesi ve kullanılması sağlık açısından güvence içinde olmalıdır. Bu güvence, su içindeki bütün katkıların hijyenik, kimyasal ve radyoaktivite özellikleri yönünden belli ve kesin bir sınır altında tutulması ile sağlanabilir. İçme ve kullanma sularında bulunan radyoaktif maddelerin konsantrasyonları için üst sınır Dünya Sağlık Örgütü (WHO) ve Türk Standartları Enstitüsü (TSE) tarafından belirtilmiştir (Tablo1). Tablo 1: İçme sularında izin verilen radyoaktivite konsantrasyonları

KURUM

İZİN VERİLEN MAKSİMUM DEĞER

DÜNYA SAĞLIK TEŞKİLATI

(1996)

Alfa : 0,10 Bq/L (2,7 pCi/L) Beta : 1,00 Bq/L (27 pCi/L)

TÜRK STANDARTLARI (TS 266)(1997)

Alfa : 0,037Bq/L (1 pCi/L)

Beta : 0,37 Bq/L (10pCi/L)

2. RADYOAKTİVİTE Çevremiz çeşitli elementlerden veya onların bileşiklerinden meydana gelmiştir. Bir elementin herhangi bir tepkimeye girebilen en küçük parçası atomdur. Atomları da, protonlar ve nötronların oluşturduğu bir çekirdek ve bu çekirdeğin etrafında dönen elektronlar oluşturur. Atom çekirdeklerindeki nötronların sayısının protonların sayısına oranı hafif elementlerden ağır elementlere doğru yavaşça artar. Ağır elementler, kararsız oldukları için fazla enerjilerini radyasyon yayarak harcarlar ve daha küçük atomlara dönüşürler. Radyoaktif bozunma denilen bu olay sırasında çekirdekten parçacıklar ve enerji dalgaları ortaya çıkar. Bu yolla enerji veren elementlere radyoaktif elementler adı verilir. Radyoaktif maddelerin atom çekirdeklerinden etrafa saçılan radyasyonların en önemlileri alfa, beta ve gamalardır. Alfa radyasyonu, (+) yüklü parçacıklardan oluşur ve bir kağıt parçası tarafından durdurulabilir. Alfa saçan radyoaktif maddeler, solunum veya sindirim gibi herhangi bir yolla gövde

içine girmedikleri sürece, etkileri sadece yüzeyseldir. Beta radyasyonu, hızlı elektronlardan oluşur. Çevrelerindeki madde içinde, alfalara oranla daha uzun yol alabilirler. İnce bir alüminyum levha bu elektronları durdurmak için yeterlidir. Gama ışınları enerji fazlalığı olan çekirdekler tarafından yayınlanan elektromagnetik radyasyonlardır. Bunlar yüksek enerjili fotonlardan oluştukları için çevrelerindeki maddeye daha çok girerler (Şekil 1).

Şekil 1: Alfa , beta ve gamaların farklı maddelerde tutunmaları

Alfa, beta ve gama radyasyonu aynı zamanda iyonlaştırıcı radyasyon olarak da adlandırılır. Bir başka deyişle, diğer atomların elektronlarını sökecek yeterli enerjiye sahiptirler. Bu tür radyasyonlara maruz kalma süresine, radyasyonun şiddetine ve maruz kalınan vücut bölgesine bağlı olarak, hücreyi parçalayabilir. İyonlaştırıcı radyasyonun insanlar üzerindeki etkisi radyasyon dozu birimleri olan Rem veya Sievert birimleriyle ölçülmektedir. Ancak son yıllarda Rem yerine SI birimler sisteminde yerini alan Sievert (Sv) kullanılması standart hale gelmiştir (100 Rem =1Sv). Ancak radyasyon dozunun hesaplanabilmesi için öncelikle radyoaktif maddenin Becquerel ile belirlenen radyoaktivitesinin bilinmesi gerekmektedir. Radyoaktivite, aşırı nötron fazlalığı nedeniyle kararsızlık gösteren atom çekirdeklerinin kendiliğinden parçalanması sırasında çevreye radyasyon yayma olayı olduğundan, radyoaktivite biriminin de çekirdek parçalanmasından kaynaklanması doğaldır. Bu nedenle, saniyede bir adet parçalanma gösteren radyoaktif madde miktarı radyoaktivite birimidir. Günümüzde radyoaktivite birimi olarak Becquerel (Bq) kullanılmaktadır. SI birimler sistemindeki Becquerel’in radyoaktivite eski birimi olan curie (Ci) ile arasındaki bağlantı aşağıdaki şekildedir. 1 Ci = 3,7x 1010 Bq 1μCi = 3,7x104 Bq 1pCi = 0,037 Bq 3. SULARDAKİ RADYOAKTİVİTENİN KAYNAĞI Bilindiği gibi yeryüzündeki sular güneş enerjisi sayesinde sürekli bir döngü halindedir (Hidrolojik çevrim). İnsanlar gereksinimleri olan bu suyu bu döngüden alırlar ve kullandıktan sonra bu döngüye iade ederler. Bu süreç içerisinde suya karışan maddeler suların özelliklerini değiştirerek su kirliliğini ortaya çıkarırlar. Bu döngü sonucu suların içeriğinde çözünmüş olarak çeşitli katı maddelerin yanısıra, geçtikleri veya bulundukları ortama bağlı olarak radyoaktif maddelerde

37

bulunabilir. Özellikle yeraltı suları değişik jeolojik oluşumlarla (formasyonlarla) temas halindedir. Bu yeraltı formasyonlarının içeriğinde bulunan kimyasal bileşikler suda eriyebilme derecelerine göre yer altı sularına az yada çok oranda karışır. Çözünmüş maddelerin miktarı, formasyonlarla yer altı suyunun temas süresine, suyun akış hızına ve sıcaklığına, formasyonun cinsine ve ortamın basıncına bağlı olarak değişir. Yeraltındaki çeşitli özellikteki jeolojik formasyonların içinde değişik oranlarda radyoaktif maddelerde bulunmaktadır. Bu maddeler, magmatik oluşumlarda en fazladır. Ayrıca kil ve şeyl gibi tortul kütlelerde de radyoaktif maddelere rastlanmaktadır. Kum-çakıl kumtaşı, çatlaklı kalker gibi akifer özelliğindeki tortul kütlelerde ise çok az miktarda radyoaktif madde bulunmaktadır. Yer kabuğu içindeki doğal radyoaktif maddelerin bulunduğu ortamlarda geçen veya bulunan sular radyoaktivite içerir. Yer altı sularında sık rastlanılan belli başlı radyoaktif maddeler Potasyum-40 (40K), Toryum–235 (235Th), Uranyum-238 (238 U ) dir. Ayrıca Uranyum-238 in bozunması sonucu ortaya çıkan Radon-222 (222Rn), Radyum-226 (226Ra) yer altı sularında bulunabilir. Ayrıca sularda doğal radyoaktivitenin seviyesi, insan aktiviteleriyle de artış gösterebilir. Yeryüzündeki nükleer enerjiden yararlanma hizla artmaktadır. Bu tip tesislerden çıkan reaksiyon ürünlerinin de (Potasyum gibi) radyoaktiftir. Nükleer atıkların yeraltında veya deniz altında çok uzun zaman boyunca saklanması için kullanılan kaplardan kaynaklanabilecek sızmalar bu maddelerin oluşturabileceği toksit açıdan önem taşımaktadır. Radyoaktif kirlenme bunun dışında hastanelerden, araştırma kuruluşlarından ve bazı endüstri dallarından da kaynaklanabilmektedir. Atmosferde yapılan nükleer silah denemeleri sonucunda artan radyoaktivite, yağmur sularını kirletmekte ve bunun sonucu olarak yüzeysel sular, radyoaktif kirlenmeğe maruz kalabilmektedir. İçme sularının güvenilir bir şekilde tüketilmesi için radyoaktif madde konsantrasyonunun minimum seviyede olması gerekmektedir. 4 . SAYMA SİSTEMİ Sayma sistemimiz , “ Düşük Ortam Saymalı Alfa / Beta Sayma Sistemidir(Low Background Alpha/ Beta Counting System (Tennelec LB 1000 Series ))”. Sistemimiz çok düşük ortam saymasına sahiptir. Sayaçların çevresi çevresel radyasyonu azaltmak amacıyla 4 inch kalınlığında kurşun bloklarla zırhlanmıştır. Düşük ortam saymalı Tennelec LB1000 alfa / beta sayma sisteminin blok diyagramı Şekil-2’ de ki şemada görüldüğü gibi kurşun muhafaza içinde dedektörler, P-10 sayma gazı tankıyla gaz akışını sağlayan sistem ve elektronik ünitelerin bulunduğu üç ana bölümden oluşmaktadır.

Koruyucu Sayaç (Guard)

Numune Sayacı

Yükselteç ve

Ayıraç

Yükselteç ve

Ayıraç

Yüksek Voltaj

Kaynağı

Sayıcı

Kapı

α

β

α + β

Ön Yükselteç

P-10 Gaz tankı

Şekil 2: Tennelec LB 1000 alfa/beta sayma sisteminin blok diyagramı

38

Sistemin dedektör bölümünde orantılı sayaç olarak çalıştırılan iki adet gaz akışlı sayaç bulunur. Bu sayaçlardan birincisine Numune Sayacı, diğerine ise kozmik ışınlardan koruyucu sayaç veya kısaca Koruyucu Sayaç (Guard dedectör) adı verilir. Koruyucu sayaç penceresizdir, numune sayacında ise 80 µg/cm2 yüzey yoğunluklu, 2,25 inch çapında çok ince bir pencere vardır. Sistemde, biri numune sayacı, diğeri koruyucu sayaç olmak üzere iki ayrı sayaç kullanılmasının sebebi kozmik ışınlardan bazıları çok girici (enerjik) dir. Bu nedenle sayaçlar çevresinde kurşun zırhlama yapmak amaca yeterli yararı tam anlamıyla sağlamaz. Bu eksiklik, kozmik ışınlardan koruyan sayaç tekniği (guarding technique) adı verilen ve kozmik ışınları elektronik olarak yok edici sistemi sayaç elektroniğine dahil etmekle giderilir[3].

Alfalar veya Betalar gazlı bir sayaca girdiklerinde gaz moleküllerini iyonlaştırırlar. Bu iyonlaşma sonucu meydana gelen elektrik yüklü parçacıklardan negatif olanları sayacın anoduna uygulanan pozitif yüksek voltajın etkisiyle anotda toplanırlar ve sayaç dışında voltaj darbelerine dönüştürülürler (Şekil 3) .

39

-

Anod + + e +

- - -

Şekil 3 : Alfa / Beta için sayaç çıkış darbeleri

TENNELEC LB 1000 sistemi alfaların ve betaların ikisinin birden yayımlandığı bir ortamda darbe boylarının farklı olması nedeniyle hem alfaların hem de betaların birbirinden bağımsız olarak aynı anda sayılması prensibine göre çalışan orantılı gaz sayacıdır (Şekil 4).

En uygun çalışma voltajını saptamak için numune ile aynı yöntem ve geometride hazırlamış standart kaynaklar kullanılarak ( α için Am-241 veya β için Sr-90) sayaca uygulanan belli bir voltaj değerinden itibaren darbe sayısının voltaja göre bağımlılığının değişmediği bir bölgeye ulaşılır. Bu bölgeye sayacın platosu denir ve bu platodaki voltaj değeri çalışma voltajı olarak saptanır.

_ Katod-

Yüksek voltaj kay.

R

C

Radyasyon + + +

- - -

Elekronik Üniteler

Şekil 4. Numunelerin sayıldığı toplam alfa /beta sayma sistemi Bir radyoaktivite ölçüm sisteminde radyoaktif numune yok iken (boş iken) sistemin verdiği saymalara ortam sayması (background) denir. Ortam sayması iyonlayıcı bazı radyasyonların ölçüm sistemi dedektörüne (sayacına) girmesiyle meydana gelir. Ortam sayması; kozmik ışınlardan, yapım malzemelerinde bulunması olası potasyum-40, radyum, toryum vb. ve bunların bozunma ürünlerinin meydana getirdiği radyasyonlar ve elektronik gürültülerden oluşur.

5. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Numunelerin Toplanması Toplam alfa ve toplam beta ölçümleri için numunelerin alımında toplam su kütlesini tam olarak temsil edecek noktanın tespiti ve alınma şekli önemlidir. Normal şartlarda numune alma noktaları; göller ve akarsularda kıyılardan etkilenmeyecek kadar uzakta (en az 1 m) seçilir. Kuyulardan numune alınırken, kuyu suyunun tam temsil etmesi için kuyunun suyu bir süre boşaltılmalı, sonra numune alınmalıdır. Kaynak sularında tam kaynağın çıktığı noktadan (kaynağın gözesinden) alınmalıdır. Eğer içme ve kullanma sularında analiz yapılacaksa içme ve kullanma sularını temsil eden depolardan alınmasında yarar vardır. Bu numunelerin miktarı ölçüm için gerekli kalıntının sağlanmasına yetecek kadar olmalıdır (en az 1 litre). Numuneler çift kapaklı, temiz plastik şişelere konulmalıdır. Numuneler alındıktan sonra pH değeri yaklaşık 2 olacak şekilde 1 N HNO3 ilave edilerek korumaya alınır. 1 litrelik bir numune için 1 N HNO3 çözeltisinden 15 mL ilave edilirse numunenin pH değeri 2 ye ayarlanabilir. Eğer numunelere asit koruması yapılmamışsa 5 gün içerisinde laboratuvara ulaştırılmalıdır [1,3]. Numune şişeleri üzerine numunenin adı, alındığı yerin adı, tarihi ve korumanın yapılıp yapılmadığına dair etiket yapıştırılmalıdır.

40

41

Proje çerçevesinde şimdiye kadar 14 Bölge Müdürlüğümüzün sorumlu olduğu illerin içme ve kullanma suyu şebekelerinden numune alma talimatına uygun olarak toplanan su örnekleri Daire Başkalığımız İzotop Laboratuvarı Şube Müdürlüğüne iletilmiştir. Laboratuvarda ölçümleri yapılan su numunelerinin Bölge Müdürlükleri ve yerleşim yerlerine göre dağılımı Tablo 2’de verilmiştir. Tablo2: Toplam alfa ve toplam beta analizleri için laboratuvara numune gönderilen yerleşim yerleri

Bölge Müdürlüğü

Numune Gönderilen Yerleşim Yerleri

II. Bölge Müdürlüğü İZMIR

İzmir, Manisa , Uşak

III. Bölge Müdürlüğü ESKIŞEHIR

Eskişehir, Kütahya

IV.Bölge Müdürlüğü KONYA

Konya , Karaman, Aksaray, Niğde

V. Bölge Müdürlüğü ANKARA

Ankara, Bolu, Çankırı

VII. Bölge Müdürlüğü SAMSUN

Samsun

IX.Bölge Müdürlüğü ELAZIĞ

Elazığ , Malatya, Tunceli, Bingöl

X. Bölge Müdürlüğü DIYARBAKIR

Diyarbakır, Batman, Mardin, Şırnak

XI. Bölge Müdürlüğü EDIRNE

Edirne, Tekirdağ, Kırklareli

XII. Bölge Müdürlüğü KAYSERI

Kayseri, Nevşehir, Yozgat, Kırşehir

XIV. Bölge Müdürlüğü İSTANBUL

İstanbul

XV.Bölge Müdürlüğü ŞANLIURFA

Şanlıurfa

XVIII. Bölge Müdürlüğü ISPARTA

Isparta, Afyon, Burdur

XXI. Bölge Müdürlüğü AYDIN

Aydın, Muğla, Denizli

I.Bölge Müdürlüğü BURSA

Yalova , İzmit,

Numunelerin analizi ve sayılması Numunelerin sayma sisteminde sayılması için ön hazırlıktan geçirilmesi gerekmektedir. Su numuneleri eğer pH koruması ile laboratuvara gönderilmemişse bekletilmeden sayıma hazırlanmalıdır. Ancak bu numuneler, içerisindeki kısa ömürlü radyonüklitlerin aktivitelerinin yok olması için yaklaşık 16 saat bekletildikten sonra sayma işlemine başlanmalıdır. Numunelerin

sayıma hazırlanması; sayma için yeterli kalıntının elde edilebileceği miktarda numunenin ısıtıcı üzerinde 5-10 mL kalıncaya kadar kaynatılmadan buharlaştırılması (Şekil 5), sonra numunenin 2 inch’lik planşetlere (numunelerin hazırlandığı kap) taşmayacak şekilde aktarılarak bunun infrared lamba altında buharlaştırılması ve elde edilen kalıntının 105 0C‘ lik etüvde kurutulması şeklinde olmaktadır (Şekil 6) .

Şekil 5: Su numunelerinin buharlaştırılması

Şekil 6: Planşetteki numunelerin kızılötesi lamba altında buharlaştırılması

42

Toplam Alfa ve Beta Aktivite Konsantrasyonlarının Hesabı Ortam sayma hızının belirlenmesinden sonra, desikatörden alınan numune planşeti 0.1mg. hassasiyetli terazide tartılarak net kalıntı miktarı bulunur ve bekletilmeden derhal sayıma alınır.

( )A Bq LN

F Vnet

αασ

η/

( )=

±⋅ ⋅ ⋅

100060 0

A Bq LMk Nnet

V SKClβ

σβ( / )

( )=

⋅ ⋅ ⋅ ±

⋅

1000 0,0146

σα = ± +1 96,Nt

Bt

num

num B

Burada;

Nnet : Numunenin net sayma hızı (cpm) B : α kanalındaki boş sayımın (ortam saymasının) sayma hızı(cpm) Nnum : Numunenin toplam sayma hızı (cpm) tnum : Numunenin sayma süresi (dakika) tB : Boş sayım sayma süresi (dakika) B

σα : α sayımları için standart hata (cpm) V : Sayılan su numunesinin hacmi (mL) Mk : Kalıntı miktarı (mg)

ηk : Standart α solüsyonundan elde edilen kalıntıdan bulunan sayaç verimi (cpm/dpm) η0 : Yüzeysel hazırlanmış α standardından elde edilen gerçek sayaç verimi (cpm/dpm) F : α için öz soğurma faktörü .

Mk : Net kalıntı miktarı (mg) SKCl : Mk kalıntı miktarına eşit KCl nin verdi sayma hızı (cpm)

σβ : β sayımları için standart hata (cpm) 0,0146 : 1 mg KCl’ün aktivitesi, (Bq)

6. DEĞERLENDİRME

On dört bölge müdürlüğünün göndermiş olduğu numunelerin toplam alfa ve toplam beta analiz sonuçlarının Dünya Sağlık Teşkilatı (WHO), Türk Standartlar Enstitüsünün (TSE) vermiş olduğu izin verilen maksimum değerleri aşmadığı gözlenmiştir. İleride maksimum değerleri aşan örnekler olduğunda, bu konuda yetkili olan Türkiye Atom Enerjisi Kurumu’ yla bağlantıya geçilerek ortak karar doğrultusunda araştırma yapılacaktır.

43

Dünya Sağlık Örgütü (WHO) tarafından içme sularında radyoaktif maddenin olup olmadığının saptanmasına yönelik izlenmesi gereken işlemler belirlenmiştir [4]. Bu işlemleri gösteren prosedürün akış şeması Şekil 7’de verilmiştir.

44

Toplam alfa ve toplam

beta aktivitesinin belirlenmesi

Toplam alfa≤0,1 Bq/L Toplam beta≤1 Bq/L

Toplam alfa>0,1 Bq/L Toplam beta>1 Bq/L

Radyonüklitlerin

cinsinin belirlenmesi (örn:226Ra,238U 235Th v.b),ve toplam dozun

hesaplanması

Doz≤0,1 mSv/yıl Doz≥0,1 mSv/yıl

İçme suyu için

uygun, herhangi bir işleme gerek

yok

Radyoaktiviteyi azaltmak için

gerekli işlemler yapılır

(uygun arıtma, başka su ile

karıştırma v.b)

Şekil 7: İçme sularının radyoaktivite konsantrasyonlarının belirlenmesinde izlenen akış diyagramı

45

Buna göre analiz için alınan içme suyu örneklerinde öncelikle toplam alfa ve toplam beta analizleri gerçekleştirilir. Analiz sonuçları WHO’nun belirlediği izin verilen maksimum değerler ile karşılaştırılır. Eğer örnekteki toplam alfa ve toplam beta konsantrasyonları bu değerden küçükse numunenin içme suyu için uygun olduğu belirlenir. İzin verilen maksimum konsantrasyonun aşılması durumunda örneklerin içerisindeki radyonüklit cinslerinin belirlenmesi gerekmektedir. Bir başka deyişle radyoaktivitenin hangi radyoaktif maddeden geldiği belirlenmelidir. Bu radyonüklitlerin belirlenen doz miktarları WHO’nun belirlemiş olduğu bir yıllık kullanım sonunda alınabilecek efektif doz miktarı (0,1 mSv/yıl) ile karşılaştırılır. Doz miktarları limit değeri aşmamışsa numune radyoaktivite yönünden içme suyu kriterlerine uygundur. Aşan durumlarda radyoaktivitenin azaltılması için çeşitli işlemlerin yapılması gerekmektedir. Sudaki radyoaktivite konsantrasyonları, özellikle içme suları, kaynak suları mevsimden mevsime değişiklik gösterebilir. Dolayısıyla bir yıl boyunca izlenmeli ve ortalama alınmalıdır. Yine limit değerleri geçme durumunda suyun uygun filtreden geçirilmesi yada başka sularla karıştırılarak radyoaktif konsantrasyonunun düşürülmesi işlemleri yapılmalıdır.

Bu çalışma DSİ’ nin bütün bölge müdürlüklerini kapsamaktadır. Bu amaçla bütün bölgelerin sorumluluk alanındaki yerleşim yerlerinin içme suyu şebekelerinin suların radyoaktivite kalitesi yönünden taranması planlanmaktadır. Daha sonra analiz sonuçlarının toplu olarak daha detaylı bir rapor şeklinde sunulması düşünülmektedir. Böylece tüm Türkiye’deki içme ve kullanma sularının radyoaktivite yönünden kalitesine ait veriler elde edilecektir. 7. REFERANSLAR [1] ‘’Gross Alpha and Gross Beta Radioactivity in Drinking Water ,Method 900.0’’, EPA,1980, USA [2] ‘’Guidelines for drinking – water quality’’,, World Health Organization, 1993, GENAVA [3] T.ALTAY,’’Suların Radyoaktif Kirlenmesini Kontrol Laboratuvarı El Kitabı’’, İz-922,1998, ANKARA [4] ‘’United Nations Scientific Commitee on the Effeect of Atomic Radiation. Source, effects and risks of ionizing radiation’’, United Nations,1988, NEWYORK

47

YERALTISUYUNDA ATMOSFERİK GAZ İZLEYİCİLER: KURAM, ÖRNEKLEME, ÖLÇÜM VE YORUM*

ATMOSPHERIC GAS TRACERS IN GROUNDWATER: THEORY, SAMPLING.

MEASUREMENT AND INTERPRETATION

C. Serdar BAYARI

Hacettepe Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Hidrojeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı, Beytepe, 06523 Ankara (serdar@hacettepe.edu.tr)

ÖZET Atmosferik gazların bir bölümü hidrojeolojik amaçlı bir çevresel izleyicide aranan özelliklere sahiptirler. Bunlar arasında, kloroflorokarbonlar, sülfür hegzaflorür, karbon tetraklorür, metil kloroform ve kripton-85 gibi gazlar geçtiğimiz on yıl içerisinde hidrojeolojik problemlerin çözümüne yönelik çalışmalarada artan bir kullanım alanı bulmuşlardır. Bu makalede gazların izleyici olarak kullanılmasının ardındaki kuram açıklanmakta, örnekleme ve analize ilişkin temel bilgiler verilmektedir. Bu gazların uygulamada kullanılabilirliklerine etkiyen faktörler ve izleyici gaz verilerinin değerlendirilmesine ilişkin yaklaşımlar özetlenmektedir. Anahtar Sözcükler: Atmosferik gaz, izleyici, CFC, yaş tayini ABSTRACT Some of the atmospheric gasses posses features that are sought in an environmental tracer of hydrogeologic interest. Among these, chlorofluorocarbons, sulfur hegzafluoride, carbon tetrachloride, methyl chloroform, krypton-85 etc. have found increasing use in groundwater age dating studies during the last ten years. This paper explaines the theory of their use as tracer and discusses the major concerns as related to their sampling and analyses. Factors affecting their applicability and the approach to interpet tracer gas data is briefly outlined. Keywords: Atmospheric gas, tracer, CFC, age-dating GİRİŞ Katı, sıvı ya da gaz fazda olabilen izleyiciler bir sistemin davranışını izlemek üzere kullanılan unsurlardır. İzleyiciden beklenen sistemin doğal davranışını etkilememesi, sistemin bir parçası gibi davranması ve sistem içi süreçler hakkında bilgi vermesidir. Amaç bir sistemin davranışını izlemek olduğunda izleyiciler, bu gereksinimin oluştuğu her disiplinde kullanılırlar. Örneğin, uçan balonlar atmosferik hava akım yörüngelerinin belirlenmesinde, radyo-opak sıvılar anjiyo ve tomografi gibi * Bu yazıda “Bayarı, C.S., Çakır,B., Tezcan, L., 1998, Kloroflorokarbonlar ile yeraltısuyu yaşının belirlenmesi: 1-Temel ilkeler, Yerbilimleri, Ankara, Sayı 20, 123-138.” Başlıklı makaleden yararlanılmıştır.

48

tıbbi teşhis işlemlerinde, kimyasal katkılar kimyasal üretim süreçlerinin izlenmesinde kullanılırlar. İzleyicilerin hidrojeolojideki kullanımı ise yeraltısuyu sistemlerinde suyun akışı hakkında ayrıntılı bilgilere ulaşmaktır. Bu amaçla, akış sistemine yapay olarak izleyici verilebileceği gibi doğal kaynaklardan yeraltısuyu sistemine giren sıvı ve gazlar da izleyici olarak kullanılabilirler. Doğal nedenlerle ve yaygın olarak yeraltısuyuna karışma özelliğine sahip olan izleyiciler çevresel (environmental) izleyiciler olarak adlandırılırlar. Hidrojelojik araştırmalarda en yaygın kullanım alanına sahip olan çevresel izleyici atmosferik nem kaynaklı trityumdur. Kaynağına atmosfere açık termo-nükleer denemelerden alan bu izotopun atmosferik derişimi, söz konusu denemelerin 1963 yılında gerçekleştirilen uluslararası bir antlaşma sonucu engellenmesi sonucunda azalmış ve günümüzde doğal fon (background) değerine yaklaşmıştır. Bu durum, hidrojeolojik araştırmalarda başka çevresel izleyicilerin kullanılmasına olan gereksinimi arttırmış ve son 10 yıl içinde atmosferik gazların izleyici olarak kullanımı yaygınlaşmıştır. Bu çalışmada atmosferik gaz izleyicilerin hidrojeolojide izleyici olarak kullanılmasının kuramsal temeller ve uygulama ayrıntılarının açıklanması amaçlanmaktadır. ATMOSFERİK GAZ İZLEYİCİLER Doğal ya da yapay kökenli pek çok gaza evsahipliği yapan atmosfer yüksek hıza sahip dinamiğinden dolayı oldukça homojen yapıya sahiptir. Bu gazların bir kısmı izleyicilerde aranan temel özelliklere sahiptirler. Bu özellikler zamanla değişen derişim değeri, belirli bir zaman için bu derişim değerinin bilinmesi, suda çözünebilme, su ve temasta bulunduğu diğer kaynaklar tarafında derişimin değişmemesi ya da bu değişimin bilinmesi olarak sayılabilir. İnsan faaliyetleri sonucunda ortaya çıkan klorofluorokarbonlar, sülfür hegza florür, karbon tetraklorür, metil kloroform, kripton-85 vb gibi gazlar yukarıda belirtilen özelliklere sahip olmaları nedeniyle pek çok açıdan hidrojeolojik araştırmalarda kullanılmaya uygundurlar (Şekil 1). Bunlardan, kripton-85 asal bir gazın radyoaktif izotopu olup ölçümünün pahalı teknolojilere gereksinim duyması nedeniyle yaygın bir kullanıma sahip değildir. Diğer gazlar, kimyasal açıdan oldukça tepkisiz (inert) olduklarından gerek atmosferik, gerekse sucul ortamda uzun yıllar bozunmadan kalabilmektedirler. Bunlardan kloroflorokarbonlar (CFC-11, CFC-12, CFC-113 vd) atmosferik ozon moleküllerini zincirleme fotokimyasal tepkimeler sonucunda parçaladıklarından ozon-tüketen (ozon-depleting) sera gazları olarak da bilinmektedirler.

0

100

200

300

400

500

600

1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 20000

500

1000

1500

2000

2500

Şekil 1. Atmosferik CFC11, CFC12 kısmi basıncının, 3H derişiminin ve 85Kr aktivitesinin zamana

bağlı değişimi (3H derişimleri 1992 yılına göre düzeltilmiştir, Busenberg ve Plummer (1992)’dan.

Söz konusu gazların 1930’lu yıllarda laboratuvar sentezleri takiben endüstriyel üretimleri olağan üstü bir hızla artmıştır. Üretimlerinin ucuz ve kullanım alanlarının yaygın olması nedeniyle bu gazların atmosferik derişimleri günümüzde ölçülebilir değerlerin çok üzerine çıkmıştır. Yazının ileriki bölümlerinde bu gazlardan kloroflorokarbonlar (CFC) üzerinde durulacaktır. Bununla birlikte, birer çevresel izleyici olarak CFC gazları için açıklanan kuram ve uygulama bilgileri anahatları için diğer gazlar için de geçerlidir. Atmosferik CFC gazlarının hidrojeolojide izleyici olarak Türkiye’deki alanlara uygulanmasına ilişkin örnekler Çakır vd. (1998) ile Özyurt ve Bayarı’da (1998) verilmektedir. KLOROFLOROKARBONLAR CFC bileşiklerinin, 50 yıla kadar geçiş süresine sahip yeraltısularında yaş belirlemesi açısından kullanılabilecek ilk kez Thompson vd. (1974) tarafından öne sürülmüş ve konuyla ilgili ilk çalışma da yine bu araştırmacılar tarafından gerçekleştirilmiştir (Thompson ve Hayes, 1979). CFC’ların analizinde kullanılan analitik ekipmanlarda ortaya çıkan teknolojik gelişmeler sonucunda bu gazların kullanıldığı yeraltısuyu yaş tayini çalışmaları 1990’lı yılların başından itibaren büyük bir artış göstermiştir (Busenberg ve Plummer, 1992; Busenberg vd., 1993; Dunkle vd., 1993; Ekwurzel vd., 1994; Reilly vd., 1994; Cook vd., 1997; Szabo vd., 1996, Oster vd., 1996) CFC’ların karstik akifere ilk uygulaması Katz vd. (1995) tarafından gerçekleştirilmiş, Dinar (ya da Toros tipi) dağlık karst akiferlerindeki ilk çalışmalar ise 1995 yılında Hacettepe Üniversitesi, Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi (UKAM) tarafından Batı Toroslar’da yürütülmüştür (Tezcan vd., 1997). CFC’ların Türkiye’deki kullanımı daha sonra Aladağlar, Beydağları karst akiferleri ve Köyceğiz Gölü’nde gerçekleştirilen çalışmalar ile devam etmiştir. Yeraltısularında yaş belirleme amacıyla kullanılan başlıca CFC'lar olan CFC11, CFC12 ve 49

50

CFC113’ün atmosferik derişimleri ABD Ulusal Okyanus ve Atmosfer Araştırmaları Ajansı (NOAA: National Oceanic and Atmospheric Agency) tarafından yürütülen uluslararası bir gözlem programı çerçevesinde 1978 yılından günümüze değin dünya üzerindeki çeşitli istasyonlarda gerçekleştirilen ölçümlerle izlenmektedir (Elkins vd., 1993). Bu izleme çalışmaları sonucunda CFC gazlarının oldukça homojen bir atmosferik derişime sahip oldukları, yoğun üretimden dolayı kuzey yarıküredeki derişimin daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Atmosferik CFC gazlarının derişimlerinde zamana bağlı olarak gözlenen değişim, NOAA gözlem istasyonlarının verileri kullanılarak Türkiye'nin bulunduğu kuzey enlemi için hesaplanmıştır (bkz. Şekil 1; http://cdiac.esd.ornl.gov/ndps/ alegage.html). Montreal Protokolü'nde öngörülen kısıtlamalar nedeniyle atmosferik CFC11 derişimindeki artışın 1992 yılından itibaren zayıf bir azalma eğilimine girdiği, benzer şekilde, CFC12 derişimindeki artışın da azalma eğiliminde olduğu gözlenmektedir. ATMOSFERİK CFC GAZLARIN YERALTISUYUNA GEÇİŞİ

Atmosferik gazların yeraltısuyuna geçişi doymamış zondaki gözenek suyunun bu zondaki atmosferle teması sırasında gerçekleşir. Gözenek suyunun su tablasına doğru hareketi sırasında su ve havayı oluşturan gazlar arasında kimyasal denge oluşmaktadır. Gazların sudaki çözünürlüğü (ya da gazsu fazları arasındaki kimyasal denge) Henry yasasına göre gerçekleşmektedir (Stumm ve Morgan, 1981). Henry yasasına göre, gaz ve sıvı fazlar (burada gözenek suyu ve gözenek atmosferi) arasında kimyasal denge oluşması durumunda, herhangi bir gazın gaz fazdaki derişimi (atmosferik kısmi basıncı) ile sıvı fazda (burada su) çözünen kısmının derişimi arasındaki oran belirli bir sıcaklık ve basınç için sabit olup, denge sabiti (Henry sabiti, K) olarak adlandırılır. Kimyasal denge sıcaklıkla değiştiğinden, Henry sabitinin değeri ancak belirli bir sıcaklık için sabittir. Hidrojeokimyasal uygulamalarda karşılaşılan hidrostatik basınç değerleri aralığında basınç değişiminin Henry sabiti üzerindeki etkisi ihmal edilebilecek düzeyde olduğundan bu etken çoğunlukla dikkate alınmaz (Hem, 1989). Örnek olarak, doymamış zon atmosferindeki CFC11 kısmi basıncı ile gözenek suyunun CFC11 derişimi arasındaki tepkime CFC11atmosferik <> CFC11 suda çözünmüş (1) şeklinde olup, su ve havanın CFC derişimleri arasındaki ilişki KCFC11= [CFC11] / PCFC11 (2) eşitliği ile belirlenir. Burada; KCFC11: değeri sıcaklıkla değişen denge sabiti (mol l1 atm1), PCFC11: CFC11 gaz derişimi ya da kısmi basıncı (atm) ve [CFC11]: suda fiziksel olarak çözünmüş CFC11 derişimidir (mol l1). Sonuç olarak, belirli bir atmosferik CFC kısmi basıncı için belirli bir sıcaklıkta bu atmosferle temasta (dengede) olan bir yeraltısuyunun CFC derişimi sabittir. Sıvı ve gaz fazlar arasındaki bu denge ilişkisi CFC gazlarına dayalı yaş belirleme hesaplamalarının temelini oluşturmaktadır. Diğer bir deyişle, yeraltısuyunun CFC içeriğinin ve beslenim suyu sıcaklığının bilinmesi durumunda, bu yeraltısuyu ile dengede olan atmosferik CFC kısmi basıncı Henry Yasası (eşitlik 5) ile hesaplanabilmekte ve atmosferik CFC kısmi basıncı yıllara göre değişim gösterdiğinden, hesaplanan CFC kısmi basıncına karşılık gelen yıl (beslenim yılı) Şekil 1'den belirlenebilmektedir. Bununla birlikte bu kaba yaklaşım, farklı yıllara ait suların karışımından oluşan suların CFC derişimleri için uygulanamaz. Bu durumda, söz konusu karışım mekanizmalarını dikkate alan modeller aracılığı ile geçmiş yıllara ait beslenimlerin örneklenen suyun CFC derişimi üzerindeki

51

ağırlıklarının belirlenmesi gerekir. Öte yandan, yerlatısuyunda çözünün CFC miktarının belirlenmesinde temasta olunan atmosferik derişimin yanısıra beslenim sıcaklığı ve beslenim anındaki suyun tuzluluğunun da bilinmesi gerekmektedir. Tatlı sularda tuzluluk derecesi düşük olduğundan, bu paramaterenin CFC derişimi üzerindeki etkisi pek çok durumda önemsizdir. Buna karşın, beslenim sıcaklığının gerçekci biçimde belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Beslenim sıcaklığının belirlenmesi için yeraltısuyunun asal gaz derişimi (Mazor, 1991; Stute ve Schlosser, 1993) ya da oksijen-18 oranına dayalı yükselti-ortalama hava sıcaklığı ilişkileri (Özyurt ve Bayarı, 1998) kullanılabilir.

YERALTISUYU ATMOSFERİK CFC DERİŞİMİNİ ETKİLEYEN SÜREÇLER

Farklı kökenden gelen suların akifer içinde karışması, hidrodinamik ve makro dispersiyon gibi hidrolik süreçler beslenim anından itibaren yeraltısuyunun CFC derişimini değiştirmektedirler. Bu nedenler, CFC ve diğer gazlara dayalı izleme ya da yaş tayin çalışmalarında bu süreçlerin etkisi dikkate alınmalıdır. Öte yandan, yeraltısuyuna atmosfer dışındaki kaynaklardan CFC girişi de bu izleyicilerin kullanımını etkileyen olumsuz süreçlerden birisidir. Bu yolla, yeraltısuyuna CFC girişi yeraltısuyunun CFC içeriğini atmosferle dengede bulunan aynı yaştaki bir yeraltısuyunun CFC içeriğine oranla bir kaç kat yükseltebilir (Busenberg vd., 1993; Oster vd., 1996). Doygun ve doymamış zonda yer alan jeolojik ve organik maddeler suyla birlikte taşınan CFC gazlarını yüzeylerinde tutarak (sorption) yeraltısuyundan ayrılabilirler ya da bunların hareketini geciktirebilirler (Ciccioli vd., 1980; Khalil ve Rasmussen, 1989). Tutulma sonucunda yeraltısuyu CFC içeriğinin azalması gerçektekinden daha büyük, artması ise daha küçük yeraltısuyu yaş değerlerinin elde edilmesine neden olmaktadır. CFC molekülleri aerobik koşullarda bozunmaya (degradation) karşı oldukça dirençlidirler. Buna karşın anaerobik (oksijence fakir, indirgen) koşullarda özellikle CFC-11’in bozunduğu bilinmektedir (Lovley ve Woodward, 1992; Denovan ve Strand, 1992; Lesage vd., 1992). Bu etki CFC-12 üzerinde daha az görülmektedir. Örneğin, Aladağ karst akiferinde (YahyalıKayseri) yer alan, yıllık yağışlardan beslenen terkedilmiş bir sülfidik bakır madeninden sızan indirgen bir sudan (Acısu kaynağı, Acıman Yaylası, çözünmüş oksijen: 6.72mg/l, pH: 3.2, debi: 100ml/s, örnekleme tarihi Ağustos 1997) alınan iki örnekten hesaplanan CFC12 beslenim yılları 1996 iken; CFC11 beslenim yılları sırasıyla 1959 ve 1960 olarak belirlenmiştir. Fazla hava (excess air) etkisi yeraltısuyu çözünmüş gaz derişimini değiştiren önemli bir süreçtir. Yeraltısuyunun gaz kompozisyonu, esas olarak, su tablasının hemen üzerinde yer alan doymamış zondaki gözenek suyunun bu zondaki atmosferle kimyasal dengeye ulaşması sonucunda belirlenmektedir. Bununla birlikte, özellikle hızlı beslenimin söz konusu olduğu karstik akiferlerde yeraltısuyunun düşey yöndeki türbülanslı hareketi sırasında bir miktar havayı (fazla hava) içine hapsetmesi durumunda, bu gaz kabarcıkları daha sonra artan hidrostatik basınç altında çözünmekte ve yeraltısuyunun genel gaz kompozisyonunun değişmesine neden olmaktadırlar (Mazor, 1972). Fazla hava etkisinin yeraltısuyunun beslenim anındaki gaz kompozisyonunun değiştirdiği ilk kez Heaton ve Vogel (1981) tarafından asal gazlara dayalı beslenim sıcaklığı belirleme çalışmaları sırasında fark edilmiştir. Fazla hava etkisi yeraltısuyunun CFC içeriğinin, gerçek beslenim anındaki CFC içeriğinden daha büyük olmasına neden olmaktadır (Busenberg vd., 1993). Bu durumun bir

52

sonucu olarak, yeraltısuyunun CFC yaşı gerçektekinden daha genç olarak belirlenmektedir. Yeraltı-suyu gaz kompozisyonunun fazla hava etkisinden arındırılması mümkün olup, bu amaçla uy-gulanabilecek hesaplama yaklaşımları Busenberg vd. (1993) ve Stute ve Schlosser (1993) tarafından verilmiştir. CFC ANALİZİ İÇİN YERALTISUYU ÖRNEKLEMESİ CFC içeriğinden hareketle yeraltısuyu yaşının doğru olarak belirlenmesinde en önemli aşamalardan birisi örneklemedir. Örnekleme sırasında suyun atmosferle temas etmesi CFC'a dayalı yeraltısuyu yaş belirleme çalışmalarında en yaygın hata kaynaklarından birisini oluşturmaktadır. Örnekleme sırasında suyun atmosferle temas etmesi durumunda yeraltısuyunun CFC içeriği artış göstermekte ve gerçektekinden daha genç yaşların elde edilmesine neden olmaktadır. Busenberg ve Plummer (1992)’e göre özellikle yaşlı yeraltısularının örneklenmesinde örneğe 0.01 cm3’lük güncel hava karışması durumunda bile örnekte önemli düzeyde kirlenme oluşmaktadır. Yeterli hassaslıkta CFC analizi yapılabilmesi için 40cm3’lük bir örnek hacmi yeterli olup, örnekler tercihe bağlı olarak ya 1 cm çaplı ve 50 cm uzunlukta bakır borulara (JeanBaptiste vd., 1994), ya da 60cm3’lük cam ampüllere alınır. Örneğin bakır boruya alınması durumunda pnömatik hortum örnekleme noktasında su altında kalacak şekilde yerleştirilir ve hortumun diğer ucu bakır boruya bağlanır (Şekil 2). Bakır borunun diğer ucu başka bir pnömatik hortumla bir vakum pompasına, tercihen peristaltik bir pompaya bağlanır. Pompanın sağladığı vakumla yaklaşık 1 litrelik yeraltısuyu örneği örnekleme sisteminden geçirilerek pompanın basma ucundan dışarıya boşaltılır. Bu işlem tüm örnekleme hattının örnekle yıkanmasını sağladığı gibi, olasılıkla bakır boru iç yüzeyine yapışmış (tutulmuş, sorbed) atmosferik CFC moleküllerinin de yıkanarak sistemden atılmasını sağlar. Sistemin yıkanması sırasında pnömatik hortum ve bakır boru sert bir cisimle hafifçe dövülerek örnekleme hattı içinde hava kalması engellenir. Yeterli yıkanmanın sağlan-masından sonra, bakır borunun her iki ucundaki hortum katlanarak laboratuvar tipi bir kıskaçla kapatılır ve su örneği boru içine hapsedilmiş olur. Daha sonra, pompa durdurularak, bakır borunun uçları bu amaç için özel olarak tasarlanmış boru makası (crimper) ile kesilir. Bakır borunun makasla kesilmesi aslında bir tür soğuk kaynak (cold welding) işlemidir ve kesilen ucun karşılıklı yüzeyleri yüksek sıkışma basıncı altında moleküler düzeyde kaynatılmış olur. Bakır borular iç yüzeylerine zamanla atmosferik CFC bileşiklerinin yapışması (adsorption) olasılığına karşı bir önlem olarak, örnekleme öncesinde 24 saat süreyle 150oC sıcaklıkta fırınlanarak desorbe edilirler (Solomon, 1997). Yeraltısuyu örneğinin cam ampule alınması durumunda da aynı örnekleme sistemi kullanılmaktadır. Cam ampulle örnekleme işlemi biraz daha karmaşık olup, bu yaklaşımda cam yüzeyine yapışmış olası CFC bileşiklerinin temizlenmesi için ampul yüksek saflıkta kuru azot (UHP: Ultra High Purity, %99.999N2) ile yıkanır. Yıkama işleminde kullanılan kuru azot ayrıca MS13X (zeolit) CFC tuzağından geçirilerek gaz içindeki CFC bileşiklerinin cama bulaşması engellenir (Plummer ve Busenberg, 1992). Azotla yapılan yıkama işleminden sonra tüm hat yaklaşık 1 litre kadar örneklenecek su ile yıkanır. Daha sonra cam ampul örnekle doldurulur ve ampul pnömatik hortum bağlantısı sıkıştırılarak ampulün boynu asetilen oksijen alevi ile eritilerek kapatılır.

Özenli bir örnekleme yapılması durumunda cam ve bakır borulara alınan örneklerin kalitesi ara-sında önemli bir fark oluşmamaktadır (Solomon, 1997). Bununla birlikte, zorlu arazi koşullarında daha karmaşık ve ağır örnekleme düzeneğine gereksinim duyulmasından dolayı cam ampullere örnekleme lojistik güçlüklere neden olmaktadır.

Şekil 2. CFC örnekleme hattı: (a) bakır boruya, (b) cam ampüle örnekleme. YERALTISUYU CFC DERİŞİMİNİN ÖLÇÜLMESİ Yeraltısuyu örneklerinin CFC derişimi pmol/kg (pikomol/kg ya da 1012 mol/kg) düzeyindedir. Su örneklerinin CFC içeriklerinin analizinde, PorasilCTM ve PorapakCTM kolonlara sahip elektron yakalama dedektörlü (electron capture detector) gaz kromatografi (GC) cihazları kullanılır. Yeraltısuyu örneklerinde rutin CFC analizi yurtdışında USGS (United States Geological Survey: Birleşik Devletler Jeolojik Etüd Dairesi) Reston laboratuvarı ile Utah Üniversitesi, Jeoloji Bölümü ve IAEA (International Atomic Energy Agency: Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı) CFC laboratuvarında yapılmaktadır. Ülkemizde de bu tür rutin analiz çalışmaları 2003 yılı başından itibaren Hacettepe Üniversitesi Hidrojeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı’nda yapılmaya başlanacaktır. Yeraltısuyu örneklerinde rutin CFC analizinin yapıldığı laboratuvarlarda su örneğinden gazların ayrılması için Bullister ve Weiss (1988) tarafından geliştirilen “baskılama ve yakalama” (purge and trap) tekniği kullanılmaktadır. Bu tekniğe göre, örnek hazırlama sistemi önce CFC içermeyen UHP azot ile yıkanmakta, daha sonra su örneği gaz ayırma odasına (stripper) alınarak örnekten 10 dakika süreyle CFC’dan arındırılmış UHP azot geçirilmektedir. UHP azot aynı zamanda GC sisteminin taşıyıcı (carrier) gazı olup, bu yolla su örneğinden gaz ayırma (stripping) verimliliği %100’e yakındır. Su örneğinden ayrılan gaz karışımı daha sonra etil alkol banyosunda 25oC sıcaklığa kadar soğutulmuş PorasilCTM ve PorapakCTM CFC gibi tutuculardan oluşan bir tuzaktan (cold trap)

53

54

geçirilerek diğer gazlardan ayrılmaktadır. Yaklaşık 5 dakikalık bir soğuk tuzaklama süresi CFC gazlarının tümünün diğer gazlardan ayrılması için yeterli olmaktadır. Soğuk tuzaklama sonrasında tuzak, sıcak su banyosuna (yaklaşık 90oC) alınarak ısıtılmakta ve ısınma sonucu serbest kalan CFC gazları GC’ne enjekte edilerek CFC derişimleri belirlenmektedir. Yukarıda açıklanan şekilde yapılan CFC analizlerinin doğruluğu +/ %3 düzeyindedir (Cook ve Solomon, 1997). GC cihazının CFC gazları (CFC11, CFC12 ve CFC113) ile kalibrasyonu için Standart Oregon Havası (Standard Oregon Air) ya da Colorado Nivot Ridge atmosferinden yapılan NOAA standartları kullanılmaktadır. YERALTISUYU CFC DERİŞİMLERİNİN YORUMLANMASI Analiz sonucu belirlenen yeraltısuyu CFC derişimleri basit ya da ayrıntılı biçimde değerlendirilebilirler. Basit değerlendirme yaklaşımında farklı suların CFC derişimleri arasında farklılık dikkate alınır. Yakın geçmişteki atmosferik derişimin daha yüksek olmasından dolayı derişimleri birbirinden oldukça farklı olan sularda yüksek CFC derişimine sahip suların düşük derişimli sulara göre daha “genç” oldukları söylenebilir. Ayrıntılı değerlendirmeler için her bir örneğin ait olduğu akifer sisteminin hidrodinamik yapısı da dikkate alınmalıdır. Beslenim yükseltisindeki artış, atmosferik basıncın azalmasından dolayı CFC kısmi basıncının ve atmosferle temas halindeki suyun CFC derişimin azalmasına, buna karşılık düşük beslenim sıcaklığı çözünürlüğün ve derişimin artmasına neden olacaktır. Akım sisteminin farklı beslenim yükseltisindeki suların karışımını içermesi durumunda ise durum daha da karmaşıklaşmaktadır. Her durumda ölçülen CFC derişimlerinden itibaren ayrıntılı sonuçlara ve geçiş süresi değerlerine ulaşılabilmesi için değerlendirmede uygun matematiksel modellerin kullanılması en uygun araştırma tekniğini oluşturmaktadır. YERALTISUYU TRİTYUM VE ÇÖZÜNMÜŞ GAZ YAŞLARI Trityum gibi sıvı izleyiciler ile CFC gibi çözünmüş gaz izleyicilerin yeraltısuyuna geçiş mekanizmaları farklıdır. Trityum suyun doğal bir parçasını oluşturduğundan, bu izotopa dayalı yaş tayin çalışmalarında yaş tayin saati suyun toprağa sızması ile başlamaktadır. Buna karşın, gaz izleyicilerin yeraltısuyuna geçişi su tablasında gerçekleşmektedir. Özellikle su tablasının derin olduğu ve gazların advektif-difüzif-dispersif taşınımının güçleştiği ince taneli doygun olmayan zon içeren sistemlerde atmosferik CFC derişimin su tablasına ulaşması on yıllara varan süreler alabilmektedir (Cook and Solomon, 1997; Bayarı, 2001). Bu gibi durumlarda, uygulanan değerlendirme tekniğinden bağımsız olarak trityum ve çözünmüş gaz yaşlarının farklılık göstermesi kaçınılmazdır. İlk bakışta olumsuzluk gibi görünen bu durum doygun olmayan zona yönelik hidrojeolojik araştırmalar açısından büyük avantajlar sunmaktadır. Çözünmüş gaz ve trityum yaşları arasındaki farklılıktan yararlanarak, doygun olmayan zondaki taşınım karakteristiklerinin belirlenmesi mümkündür.

55

DEĞİNİLEN BELGELER

Bayarı, C.S, 2001, Doygun olmayan zonda kloroflorokarbon (CFC) taşınımının tek boyutlu analitik çözümle irdelenmesi, Yerbilimleri, 24, 43-52.

Busenberg, E., and Plummer, L.N., 1992. Use of chlorofluorocarbons (CCl3F) and (CCl2F2) as hydrologic tracers and agedating tools: The alluvium and terrace system of Central Oklahoma. Water Resources Research, 29, 22572283.

Busenberg, E., Weeks, E.P., Plummer, L.N., and Bartholomay, R.C., 1993. Age dating ground water by use of chlorofluorocarbons (CCl3F and CCl2F2) and distribution of chlorofluorocarbons in the unsaturated zone, Snake River Plain aquifer. Idaho National Engineering Laboratory, Idaho, U.S. Geological Survey Water Resources Investigation Report 934054, US. Government Printing Office, Washington D.C., 47p.

Bullister, J.L., and Weiss, R.F., 1988. Instruments and methods for determination of CCl3F and CCl2F2 in sea water and air. DeepSea Research, 35, 5, 839853.

Ciccioli, P., Cooper,W.T., Hammer, P.M., and Hayes,J.M., 1980. Organicsolutemineral surface interactions: a new method for the determination of groundwater velocities. Water Resources Research, 16, 217223.

Cook, P.G., and Solomon D.K., 1997. Recent advances in dating young groundwater: chlorofluorocarbons, 3H/3He and 85Kr. Journal of Hydrology, 191, 245265.

Cook, P.G., Solomon, D.K., Plummer, L.N., Busenberg, E., and Schiff, S.L., 1995. Chlorofluorocarbons as tracers of groundwater transport processes in a shallow, silty sand aquifer. Water Resources Research, 31, 3, 425434.

Çakır,B., Bayarı, C.S., Tezcan, L., Özyurt, N.N., 1999, Kloroflorokarbonlar ile yeraltısuyu yaşının belirlenmesi: 3-Finike (Beydağları) karstik akiferi kaynakları, Yerbilimleri, Ankara, Sayı 21, 91-104.

Denovan, B.A., and Strand, S.E., 1992. Biological degradation of chlorofluorocarbons in anaerobic environments. Chemosphere, 24, 935 940.

Dunkle, S.A., Plummer, L.N., Busenberg, E., Phillips, P.J., Denver,J.M., Hamilton,P.A., Michel,R.L., and Coplen,T.B., 1993. Chlorofluorocarbons (CCl3F and CCl2F2) as dating tools and hydrologic tracers in shallow groundwater of the Delmarva Peninsula, Atlantic Coastal Plain, United States. Water Resources Research, 29, 38373860.

Ekwurzel, B., Schlosser, P., Smethie, W.M., Plummer, L.N., Busenberg, E., Michel, R.L. Weppering, R., and Stute, M., 1994. Dating of shallow groundwater: Comparison of the transient tracers 3H/3He, chlorofluorocarbons, and 85Kr. Water Resources Research, 30, 16931708.

Elkins, J.W., Thompson, T.M., Swanson, T.H., Butler, J.H., Hall, B.D., Cummings, S.O., Fisher, D.A., and Raffo, A.G., 1993. Decrease in the growth rates of atmospheric chlorofluorocarbons 11 and 12. Nature, 364, 780783.

Gamlen, P.H., Lane, B.C., Midgley, P.M., and Steed, J.M., 1986. The production and release to the atmosphere of CCl3F and CCl2F2 (Chlorofluorocarbons CFC11 and CFC12). Atmospheric Environment, 20, (6), 10771085.

Heaton, T.H.E., and Vogel,J.C., 1981. “Excess air” in groundwater. Journal of Hydrology, 50., 201216.

Hem, J.D., 1989. Study and Interpretation of the Chemical Characteristics of Natural Water. Third Edition, USGS Water Supply Paper 2254,293s.

JeanBaptiste, P., Messias, M.J., Alba, C., Charlou, J.L., and Bougault, H., 1994. A simple

56

coppertube sampler for collecting and storing seawater for postcruise CFC measurements. Deepsea Research, 41, 13611372.

Katz, B.G., Plummer, L.N., Busenberg, E., Revesz, K.M., Jones, B.F., and Lee,T.M., 1995. Chemical evolution of groundwater near a sinkhole lake, northern Florida, Chemical patterns, mass transfer modelling, and rates of mass transfer reactions. Water Resources Research, 31, 15651584.

Khalil, M.A.K., and Rasmussen, R.A., 1986. Atmospheric trace gases: Trends and distributions over the last decade. Science, 232, 16231624.

Khalil, M.A.K., and Rasmussen, R.A., 1989. The potential of the soils as a sink of chlorofluorocarbons and other manmade chlorocarbons. Geophysical Research Letters, 16, (7), 679682.

Lesage, S., Brown, S., and Hoster, K.R., 1992. Degradation of chlorofluorocarbon113 under anaerobic conditions. Chemosphere, 24, 12251243.

Lovley, D.R., and Woodward, J.C., 1992. Consumption of freons CFC11 and CFC12 by anaerobic sediments and soils. Environmental Science and Technology, 26, 925929.

Mazor, E., 1972, Paleotemperatures and other hydrological parameters deduced from noble gases dissolved in groundwaters, Jordan Rift Valley Israel. Geochimica Cosmochimica Acta, 36, 13211336.

Oster, H., Sonntag, C., and Münnich, K.O., 1996. Groundwater age dating with chlorofluorocarbons. Water Resources Research, 32, 29893001.

Özyurt, N.N.. ve Bayarı, C.S., 1998. Kloroflorokarbonlar ile yeraltısuyu yaşının belirlenmesi: 2 Aladağ karstik akiferi kaynakları. Yerbilimleri, HÜ Yerbilimleri Uygulama ve Araştırma Merkezi Yayını, sayı 20, 139154.

Reilly, T.E., Plummer, L.N., Phillips, P.J., and Busenberg, E., 1994. The use of simulation and multiple environmental tracers to quantify groundwater flow in a shallow aquifer. Water Resources Research, 30, 421433.

Solomon, D.K., 1997. Kişisel görüşme. University of Utah, Dept. of Geology and Geophysics, Salt Lake City, 8411 Utah, USA.

Stumm, W., and Morgan, J.J., 1981. Aquatic Chemistry: An Introduction Emphasizing Chemical Equilibria in Natural Waters. John Wiley & Sons, New York, 780pp.

Stute, M., and Schlosser, P., 1993. Principles and applications of the noble gas paleothermometer. Climate Change and Continental Isotopic Records, AGU Geophysical Monograph 78, 89100.

Szabo, Z., Rice, D.E., Plummer, L.N., Busenberg, E., Drenkard, S., and Schlosser, P., 1996. Age dating of shallow groundwater with fluorocarbons, tritium/helium 3, and flow path analysis, southern New Jersey coastal plain. Water Resources Research, 32, 10231038.

Tezcan, L., Günay, G., Hötzl, H., Reichert, B., Solomon, K., 1997, Hydrogeology of the Kırkgözler Springs, Antalya, Turkey, International Conference on Water Problems in the Mediterranean Countries, 1721 November 1997, Near East Technical University, Nicosa, North Cyprus.

Thompson, G.M., Hayes, J.M., and Davis, S.N., 1974. Fluorocarbon tracers in hydrology. Geophysical Research Letters, 1 (4), 177180.

Thompson, G.M., and Hayes, J.M., 1979. Trichloromethane in groundwaterA possible tracer and indicator of groundwater age. Water Resources Research, 15, 546554.

57

KUZEY ANADOLU FAY ZONU İLE İLİŞKİLİ JEOTERMAL SAHALARDAKİ SULARIN İZOTOP BİLEŞİMLERİ

MONITORING OF ISOTOPE COMPOSITION OF GEOTHERMAL FLUIDS ALONG THE NORTH ANATOLIAN FAULT ZONE

Halim MUTLUa, Nilgün GÜLEÇb, David R. HILTONc, Selin SÜERb, Tanju ALTAYd

aOsmangazi Üniversitesi, Jeoloji Müh. Bölümü, Eskişehir, 26480, hmutlu@ogu.edu.tr bOrta Doğu Teknik Üniversitesi, Jeoloji Müh. Bölümü, Ankara, 06531, nilgun@metu.edu.tr

cScripps Institution of Oceanography, University of California San Diego, La Jolla, CA 92093-0244, USA, drhilton@ucsd.edu

dDSİ Gn. Md.lüğü, Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Bşk., Ankara

ÖZET Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ) üzerinde Yalova’dan Reşadiye’ye kadar uzanan bir hat boyunca 9 lokaliteden toplanan kaynak ve kuyu suyu örnekleri anyon-katyon içerikleri ile oksijen, hidrojen ve trityum izotopları açısından analiz edilmiştir. Örneklenen alanlar batıdan doğuya doğru sırasıyla; Termal (Yalova), Efteni-Gölyaka (Düzce), Bolu (Merkez), Mudurnu (Bolu), Seben (Bolu), Kurşunlu (Çankırı), Hamamözü (Amasya), Gözlek (Amasya) ve Reşadiye (Tokat)’dır. Jeotermal alanlardan örneklenen sıcak sular, Na-SO4 karakterindeki Yalova ve Ca-HCO3 karakterindeki Mudurnu ve Bolu suları ile karışık su grubuna giren Hamamözü suları haricinde Na- HCO3 tipindedir. Buna karşın soğuk sular genelde Ca-HCO3 karakterinde olup, sadece Seben ve Reşadiye suları karışık su grubuna girmektedir. δ18O ve δD değerleri sırasıyla -8.52 ‰ ile -13.25 ‰ ve -69.34 ‰ ile -95.49 ‰ arasında değişmektedir. En yüksek δ18O değerine sahip Kurşunlu sıcak su örneği dışında tüm örneklerin δ18O-δD diyagramı üzerindeki konumları meteorik kökene işaret etmektedir. Üretim kuyusundan alınan Kurşunlu örneğindeki yüksek δ18O değerinin, sahada da gözlendiği üzere, kuyudaki kabuklaşma problemi ile ilişkili olduğu ve kabuklaşmaya neden olan akışkandan buhar kaybı sürecinin artık sıvıyı ağır oksijen izotopunca zenginleştirdiği düşünülmektedir. Ancak, Kurşunlu’daki söz konusu yüksek δ18O değerinin, akışkan-kayaç etkileşiminin etkilerini yansıtabileceği de göz ardı edilmemelidir. Trityum içerikleri sıcak sular için 0 ile 9.90 TU arasında, soğuk sular için ise 8.40 ile 16.80 TU arasında değişmekte ve soğuk su kaynaklarının, sıcak sulara göre, daha genç yağışlar ile beslendiğini göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Kuzey Anadolu Fay Zonu, su kimyası, oksijen, hidrojen ve trityum izotopları.

58

ABSTRACT Spring and well waters from a total of 9 geothermal sites along the North Anatolian Fault Zone (from Yalova to Reşadiye) are analyzed for their oxygen- , hydrogen-, and tritium- isotopes, as well as for their major anion and cation contents. The geothermal sites included in the study are, from west to east, Termal (Yalova), Efteni-Gölyaka (Düzce), Bolu (town center), Mudurnu (Bolu), Seben (Bolu), Kurşunlu (Çankırı), Hamamözü (Amasya), Gözlek (Amasya) and Reşadiye (Tokat). The sampled hot waters in the geothermal fields are mostly Na- HCO3 type, except for Na-SO4 type Yalova, Ca-HCO3 type Mudurnu and Bolu samples, and Hamamözü sample belonging to mixed water group. On the other hand, cold waters are mostly Ca-HCO3 type, except for Seben and Reşadiye samples which belong to mixed water group. δ18O and δD values of the waters cover a range from -8.52 ‰ to -13.25 ‰, and from -69.34 ‰ to -95.49 ‰, respectively. The position of the samples on δ18O vs δD diagram suggests meteoric origin for almost all the waters except Kurşunlu thermal water which has relatively elevated δ18O value. Although the effect of water-rock interaction can not be ruled out, the high δ18O value of this sample is probably related to the scaling problem encountered in the production well from which it is sampled. The boiling process (that caused the scaling problem) is thought to be responsible for the enrichment of heavy oxygen isotope in the liquid associated with the loss of volatiles during boiling. Tritium contents range between 0-9.90 TU for thermal, and between 8.40-16.80 TU for cold waters suggesting recharge of the aquifer by more recent precipitations for the latter compared to the former. Key Words: North Anatolian Fault Zone, water chemistry, oxygen, hydrogen and tritium isotopes. GİRİŞ Bu çalışmada Kuzey Anadolu Fay Zonu (KAFZ) üzerinde yer alan jeotermal alanlardaki sıcak ve soğuk suların kimyasal ve izotopik bileşimleri ortaya konulmuştur. Bu makalede sunulan veriler, 2000 yılında gerçekleştirilen bir ön çalışmayı (Güleç ve diğ., 2002) takiben başlatılan ve KAFZ uzerindeki jeotermal suların zaman içerisindeki olası kimyasal ve izotopik değişimlerinin periyodik olarak izlenmesine yönelik olan bir TÜBİTAK Projesinin (TÜBİTAK/YDABAG-100Y097) ilk sonuçlarını yansıtmaktadır. Çalışılan alanlar, örnek sayıları ve su tipleri ile batıdan doğuya doğru sırasıyla şu şekildedir: Termal (Yalova) – 2 sıcak su kaynağı, Efteni-Gölyaka (Düzce) – 1 sıcak su kaynağı, Bolu (Merkez) – 1 sıcak su kuyusu, Mudurnu (Bolu) – 2 soğuk su kaynağı ve 1 sıcak su kuyusu, Seben (Bolu) – 1 sıcak su kaynağı, 1 soğuk su kaynağı ve 2 sıcak su kuyusu, Kurşunlu (Çankırı) – 1 sıcak su kuyusu ve 2 soğuk su kaynağı, Hamamözü (Amasya) – 1 sıcak su kuyusu, Gözlek (Amasya) – 1 sıcak su kuyusu ve Reşadiye (Tokat) – 1 sıcak su kaynağı ve 1 soğuk su kaynağı (Şekil 1). Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun (KAFZ) 9 farklı lokalitesinden, proje çalışmasının ilk örnekleme dönemi olan Mart 2002 döneminde toplanan 18 adet su örneğinin kimyasal analizleri Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Jeoloji Müh. Bölümü Laboratuarlarında, oksijen, hidrojen ve trityum izotop analizleri ise Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığında gerçekleştirilmiştir.

59

AKDENİZ

KAF : Kuzey Anadolu FayıDAF : Doğu Anadolu FayıBKK : Bitlis Kenet KuşağıBAGS : Batı Anadolu Graben Sistemi0 100

km

BoluANKARA

KARADENİZ

Gebze Izmit

Gölcük Arifiye

AkyazıAdapazarı

Gölyaka

DüzceBOLU

OrtaMudurnu

SebenGemlik

BURSA

Iznik

Göynük

Kurşunlu

ÇANKIRI

Hamamözü

ÇORUMAMASYA

TOKATReşadiye

N

YALOVA

KARADENİZ

0 50 100km

M = 7.417.08.99

M = 5.906.06.00

M = 7.212.11.99

son depremlerin (M>5) merkez üsleri son depremlerin büyüklükleri ve tarihleriM = 7.212.11.99

17 Ağustos ve 12 Kasım depremlerinde ortaya çıkan yüzey kırık hattı

Gözlek

29o

30o

31o

32o

33o

34o

35o

36o

37o

42o

41o

40o

KAFZ

Graben Doğrultu-atımlı fay Bindirme

Proje kapsamında örneklenen alanlar

Şekil 1. KAFZ boyunca örneklenen jeotermal sahaların tektonik konumunu gösterir harita.

60

Su Kimyası Su örneklerinin kimyasal bileşimlerinin belirlenmesine yönelik analiz sonuçları Çizelge 1’de verilmiştir. Çizelgeden görüleceği üzere, suların pH değerleri 6.26 ile 8.17 arasında değişmekte olup genellikle nötr bir karakter sunmaktadır. Termal suların sıcaklıkları 35.0°C (Seben) ile 70.1°C (Seben), soğuk sularınki ise 9.0°C (Kurşunlu) ile 19.6°C (Mudurnu) aralığındadır. KAFZ sularının toplam çözünmüş madde içerikleri (TDS) sıcak sular için 376-11545 mg/l, soğuk sular için ise 320-4208 mg/l aralıklarında belirlenmiştir (Çizelge 1). Yük denge hataları (YDH) da aynı tabloda verilmiştir. Bu değerlere bakıldığında Kurşunlu’daki sıcak su kuyusu ve maden suyunun YDH ‘ları kabul edilebilirlik payı olan +-%5’in üzerindedir. Diğer alanlardaki sular kabul edilebilir YDH limitini aşmamaktadır. Kurşunlu sıcak suyu ve maden suyundaki yüksek YDH, olasılıkla (örnekleme sırasında kuyu başındaki kabuklaşmadan da gözlendiği üzere) sahadaki kalsit çökeliminden kaynaklanmaktadır. Egemen katyon-anyon içerikleri ile belirlenen su tipleri Şekil 2’de Piper diyagramında gösterilmiştir. Sıcak sular örneklenen alanların çoğunda Na- HCO3 tipinde olmakla birlikte, Yalova’ da Na-SO4, Mudurnu ve Bolu’ da Ca-HCO3 karakteri sergilemektedir. Hamamözü sıcak suyu ise, anyon ve katyonlardan hiçbirinin (meq/l cinsinden) %50’yi geçmemesi nedeniyle, ″karışık sular ″ grubuna girmektedir. Soğuk sular hemen tüm alanlarda Ca-HCO3 karakterinde olup, sadece Seben ve Reşadiye suları karışık su grubuna girmektedir. Söz konusu sahalarda egemen litolojik birimlerin kireçtaşı ve/veya kil-marn içeren gölsel çökeller olması (Erişen vd., 1996), bu sulardaki Ca, HCO3 ve Na fazlalığı ile uyumludur. Yalova örneğinin Na-SO4 karakterinde olması, NAFZ boyunca derin kökenli H2S gazı çıkışları ile açıklanabilir (Mutlu ve Güleç, 1998). Çoğu termal sulardaki bikarbonat niteliğinin de (rezervuar kayaçlarının çözündürülmesi yanında) kısmen bu gaz çıkışları ile ilişkili olduğu söylenebilir. İzotop Sonuçları Kuzey Anadolu Fay Zonu’nun 9 farklı lokalitesinden toplanan 18 adet su örneğinin oksijen, hidrojen ve trityum izotop analiz sonuçları Çizelge 2’de verilmiş ve Şekil 3’de de δ18O-δD diyagramı üzerinde gösterilmiştir. Sulardaki δ18O ve δD değerleri, sırasıyla, -8.52 ‰ ile -13.25 ‰ ve 69.34 ‰ ile -95.49 ‰ arasında değişmektedir. δ18O-δD değerlerinin gösterildiği Şekil 3a’da referans olarak Craig (1961) tarafından tanımlanan Küresel Meteorik Su Doğrusu (KMSD) kullanılmıştır. Ankara için yağış sularının Küresel Meteorik Su Doğrusuna (KMSD) oldukça yakın bileşime sahip olmaları (M.Sayın ile kişisel görüşme, 2002) nedeniyle, örnekleme hattının özellikle orta ve batı-orta kesimlerinde yer alan alanlar için (Şekil 3b), KMSD’ nin uygun bir referans olduğu düşünülmektedir. Bu bağlamda, söz konusu kesimlerde en yüksek δ18O değerine (-8.52 ‰) sahip Kurşunlu sıcak su örneği dışında tüm örneklerin δ18O-δD diyagramı üzerindeki konumları meteorik kökene işaret etmektedir (Şekil 3b). Üretim kuyusundan alınan Kurşunlu örneğindeki yüksek δ18O değerinin, sahada da gözlendiği üzere, kuyudaki kabuklaşma problemi ile ilişkili olduğu ve kabuklaşmaya neden olan akışkandan buhar kaybı sürecinin artık sıvıyı ağır oksijen izotopunca zenginleştirdiği düşünülmektedir. Ancak, Kurşunlu’daki söz konusu yüksek δ18O değerinin, akışkan-kayaç etkileşiminin etkilerini yansıtabileceği de göz ardı edilmemelidir.

Çizelge 1. KAFZ sularının Mart-2002 dönemine ait kimyasal analiz sonuçları (mg/l)

.

Örnek Yeri Örnek No. *T (°C) PH Na K Mg Ca HCO3 Cl SO4 TDS YDH

Gölyaka° 1 42,3 6,47 450 18 135 164 1835 197 1 2800,2 4,88 Yalova° 2a 60,1 7,91 280 6 1,94 151 47,6 101 875 1462,7 -4,30 Yalova° 2b - - 300 6 0,49 150 45,1 96,9 925 1523,5 -4,58 Bolu• ( P ) 3 41,6 6,96 52 18 112 344 817 6,75 625 1974,6 4,54 Mudurnu• ( A ) 4a 38,3 6,26 30 9 24,3 168 767 1,43 30 1029,8 -4,77 Mudurnu° 4c 19,6 6,89 23 6 21,9 128 535 5,04 50 769,3 1,81 Mudurnu° 4d 11,3 7,25 24 4 31,6 108 415 7,92 72 662,1 3,53 Seben° 5a 70,1 6,73 530 40 0,49 58 1201 80,1 138 2047,3 4,25 Seben• ( P ) 5b 55,8 6,84 520 39 7,29 52 1193 70,8 170 2051,8 3,30 Seben• ( P ) 5c 35,0 7,25 500 38 14,6 56 1205 79,8 173 2065,8 2,13 Seben° 5d 13,1 7,32 100 6 40,1 106 332 12,2 400 996,0 -3,68 Hamamözü• ( A ) 6 41,3 7,83 49 8 16 35,2 234 36,4 15 393,8 2,32 Gözlek• ( A ) 7 38,4 7,93 78 6 4,86 17,2 251 13,5 5 375,8 2,14 Reşadiye° 8a 41,3 6,44 760 49 85,1 280 1805 786 40 3804,9 0,48 Reşadiye° 8b 12,5 7,76 20 3 19,4 40 180 2,02 55 319,9 3,41 Kurşunlu• ( A ) 9a 55,9 7,20 3500 260 19,4 7,20 6976 776 7 11545,2 ‡8,2 Kurşunlu° 9b 12,6 6,46 1200 120 8,74 7,20 2659 207 7 4208,5 ‡6,4 Kurşunlu° 9c 9,0 8,17 8 1 8 66 241 21,6 7 353,1 -4,21

61

°Kaynak, •Üretim kuyusu *Üretim Kuyuları için kuyu başı sıcaklığı ( A ): Artezyen, ( P ): Pompaj. -ölçüm yok YDH = Yük Denge Hatası = ( ∑ mkzk - ∑ maza ) / ( ∑ mkzk + ∑ maza ) * 100 mk , ma : katyon (k) ve anyon (a) derişimleri (mol/l cinsinden) zk , za : katyon (k) ve anyon (a) yük değerleri ‡yüksek YDH değerleri olasılıkla sahada gözlenen kalsit çökeliminden kaynaklanmaktadır.

62

Şekil 2. KAFZ suları için Piper diyagramı.

atı kesiminde yer alan Yalova alanı için, yakın civarındaki Bursa ili yağış sularının izotop

Bbileşimleri (DSİ, 2002) kullanılarak tanımlanan Bursa Meteorik Su Doğrusu (BMSD), Şekil 3b’de gösterilmektedir. Şekilden görüleceği üzere, Yalova sıcak su örnekleri BMSD üzerinde yer almaktadır ve meteorik kökene işaret etmektedir.

Ca + Mg

MART 2002

Efteni-1Yalova-2aYalova-2bBolu-3Mudurnu-4aMudurnu-4cMudurnu-4dSeben-5aSeben-5bSeben-5cSeben-5dHamamözü-6Gözlek-7Reşadiye-8aReşadiye-8bKurşunlu-9aKurşunlu-9bKurşunlu-9c

HCO3 + CO3Na + K

Cl

Ca + Mg

SO4

Mg

Ca

SO4 + Cl

63

Doğu kesimde yer alan Hamamözü, Gözlek ve Reşadiye alanları için ise yakın çivardaki Yozgat Meteorik Su Doğrusu, YMSD (Şimşek, 1995) kullanılmıştır (Şekil 3b). Su örneklerinin diyagram üzerindeki konumları meteorik kökeni destekler gözükmektedir.

Çizelge 2. Mart-2002 dönemine ait oksijen-hidrojen ve trityum izotop analiz sonuçları.

Örnek No. δ18O (o/oo)

δD (o/oo)

T (TU)

No:1 Efteni-Gölyaka -11.06 -83.12 0.00 ± 1.65 No:2a Yalova-Termal -11.34 -74.95 8.90 ± 1.90 No:2b Yalova-Termal -11.41 -79.86 9.90 ± 2.00 No:3 Bolu -11.90 -88.83 9.75 ± 1.90 No:4a Mudurnu-Babas -11.77 -83.29 6.00 ± 1.80 No:4c Mudurnu-Babas -10.98 -86.70 16.80 ± 2.10 No:4d Mudurnu-Babas -10.48 -80.70 14.00 ± 2.05 No:5a Seben -12.37 -92.32 0.00 ± 1.60 No:5b Seben -11.81 -92.36 1.80 ± 1.70 No:5c Seben -11.56 -89.57 0.90 ± 1.65 No:5d Seben -8.72 -69.34 8.40 ± 1.80 No:6 Hamamözü -12.43 -87.17 2.10 ± 1.65 No:7 Amasya-Gözlek -13.25 -95.49 2.10 ± 1.65 No:8a Reşadiye -12.89 -93.30 3.05 ± 1.70 No:8b Reşadiye -12.71 -86.09 9.20 ± 1.80 No:9a Kurşunlu -8.52 -88.47 0.35 ± 1.70 No:9b Kurşunlu -11.26 -86.25 7.25 ± 1.80 No:9c Kurşunlu -10.37 -76.93 15.70 ± 2.00

KMSD -150

-100

-50

0

-20 -15 -10 -5 0 5 10

δ18 O‰

δD ‰

Efteni- Gölyaka 1

Yalova- Termal 2a

Yalova- Termal 2b

Bolu 3

Mudurnu-Babas 4a

Mudurnu- Babas 4c

Mudurnu-Babas 4d

Seben 5a

Seben 5b

Seben 5c

Seben 5d

Kurşunlu 9a

Kurşunlu 9b

Kurşunlu 9c

Hamamözü 6

Amasya- Gözlek 7

Reşadiye 8a

Reşadiye 8b

KMSD

Şekil 3a. KAFZ suları için δ18 O-δD diyagramı (Küresel Meteorik Su Doğrusu, KMSD (Craig, 1961), referans alınarak tüm örnekler birarada gösterilmiştir).

64

Şekil 3b. KAFZ sularının, bölgesel meteorik su doğruları referans alınarak hazırlanmış δ18O-δD diyagramları (BMSD: Bursa Meteorik Su Doğrusu (DSİ, 2002), YMSD: Yozgat Meteorik Su Doğrusu (Şimşek, 1995), KMSD: Küresel Meteorik Su Doğrusu (Craig, 1961) ).

KMSD

-150

-100

-50

0

-20 -15 -10 -5 0 5 10

δ18 O‰

δD ‰

Efteni- Gölyaka 1

Bolu 3

Mudurnu-Babas 4a

Mudurnu- Babas 4c

Mudurnu-Babas 4d

Seben 5a

Seben 5b

Seben 5c

Seben 5d

KMSD

Orta batı

KMSD

-150

-100

-50

0

-20 -15 -10 -5 0 5 10

δ18 O‰

δD ‰

Kurşunlu 9a

Kurşunlu 9b

Kurşunlu 9c

KMSD

Orta

KMSD

-150

-100

-50

0

-20 -15 -10 -5 0 5 10

δ18 O‰δD

‰

Hamamözü 6

Amasya- Gözlek 7

Reşadiye 8a

Reşadiye 8b

YMSD

KMSD

Doğu

YMSD

KMSD

-150

-100

-50

0

-20 -15 -10 -5 0 5 10

δ18 O‰

δD ‰

Yalova- Termal 2a

Yalova- Termal 2b

BMSD

KMSD

Batı

BMSD

65

KAFZ sularının trityum içerikleri sıcak sular için 0 ile 9.90 TU arasında, soğuk sular için ise 8.40 ile 16.80 TU arasında değişmekte ve soğuk su kaynaklarının, sıcak sulara göre, daha genç yağışlar ile beslendiğini göstermektedir (Şekil 4 ve Çizelge 2). Özellikle Seben (Bolu) ve Gölyaka (Düzce)’dan alınan sıcak su örneklerinin 0.00 ± 1.60 TU ve 0.00 ± 1.65 TU gibi düşük değerler sunması, bu lokalitelerden yüzeye çıkan suların çok derin bir dolaşıma sahip olduklarına işaret etmektedir. Gölyaka örneğindeki düşük trityum değeri bu kaynağın Akyazı-Düzce segmentinin tam üzerinde yer alması ve dolayısıyla derin kökenli akışkan çıkışlarına maruz kalıyor olması ile de açıklanabilir.

Lokalite (Batıdan Doğuya)

0

5

10

15

20

Trity

um (T

U)

Yalova ReşadiyeGölyaka

Mudurnu Seben Bolu Kurşunlu Hamamözü Gözlek

Sıcak su

Soğuk su

Şekil 4. KAFZ sularının trityum içerikleri.

Değinilen Belgeler Craig, H., 1961, Isotopic variations in meteoric waters. Science, 133, 1702-1703. DSİ, 2002. Türkiye’deki istasyonlara ait çevresel izotop bilgileri (1976-2002) No-3. T.C. Enerji ve

Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Devlet Su İşleri (DSİ) Genel Müdürlüğü, Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı. Yayın No. İZ-958. Ankara, 108 s.

Erişen, B., Akkuş, İ., Uygur, N. ve Koçak, A., 1996, Türkiye Jeotermal Envanteri. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara, 480 s.

Güleç, N., Hilton, D. R. and Mutlu, H., 2002, Helium Isotope Variations in Turkey: Relationship to Tectonics, Volcanism and Recent Seismic Activities. Chem. Geol., 187, 129-142.

Mutlu, H. and Güleç, N., 1998, Hydrogeochemical outline of thermal waters and geothermometry

66

67

applications in Anatolia (Turkey). J. Volcan. Geoth. Res., 85, 495-515. Şimşek, Ş., 1995. Isotope and geochemical survey of geothermal systems of Yozgat province in

Central Anatolia, Turkey. Isotope and geochemical techniques applied to geothermal investigation, International Atomic Energy Agency (IAEA), 12-15 October 1993.

69

BÜYÜK MENDERES GRABENİNİN DOĞUSUNDA YERALAN JEOTERMAL SAHALARDA BULUNAN SULARIN İZOTOPİK VE

HİDROJEOKİMYASAL ÖZELLİKLERİ

ISOTOPIC AND HYDROGEOCHEMICAL PROPERTIES OF WATERS ENCOUNTERED IN THE GEOTHERMAL AREA, EASTERN MENDERES

GRABEN

Nazım Yıldırım*, İsmail Noyan Güner

MTA Genel Müdürlüğü Enerji Dairesi, AR-GE Birimi 06520 Çukurambar ANKARA, Tel: 0-312-2873430/1163, e-mail: nazim@mta.gov.tr

ÖZET Büyük Menderes Grabeninin Kızıldere, Tekkehamam, Gölemezli, Karahayıt ve Pamukkale kesimlerinde, değişik litoloji ve topoğrafyalardan derinlere süzülerek, bölgede neotektonik baskı rejimi ile gelişen basamak faylarla ısınıp yükselen ya da sondajlarla çıkartılan, değişik tipte sular bulunmaktadır. Suları gruplandırmak ve sistem hakkındaki bilgileri geliştirmek için çeşitli kimyasal analizler yanında, alandaki sularda δ18O, δ2H, δ3H, çözünmüş sülfat iyonunda (SO4

=) δ34S ve δ18O izotop analizleri yapılmıştır. Sığ dolaşımlı soğuk su kaynaklarının döteryum verileri korele edilerek termal suların beslenme yükseklikleri belirlenmiştir. Bu hesaplamalar, Kızıldere-Tekkehamam termal sularının 1300-1900 m. kotları arasında, Pamukkale-Gölemezli termal sularının ise 1100-1400 m. kotları arasında beslendiğini göstermektedir. Topografik yapı ve fiziko-kimyasal temellere göre, A’dan G’ye kadar 7 değişik tipte hidrojeokimyasal karekterle sınıflandırılan bu sular, çalışma alanında bulunan 242 sıcaklıklı Kızıldere A tipi Na-HCO3’lı (<90 TDS<130 meq/l) termal suları ile B tipi Ca-HCO3 (TDS<30 meq/l), C tipi Ca-SO4 (TDS ~110 meq/l) ve D tipi Na-SO4’lı (TDS ~70 meq/l) suların çeşitli oranlardaki karışımlarından oluşmaktadır. Τrityum izotopu değerleri, alandaki termal sular için 50 yıldan fazla sirkulasyon zamanları vermektedir. Çalışma sonuçlarına göre alanda, kalsit-anhidrit çözünmeleri ve silikat hidrolizleri en belirgin su/kayaç reaksiyonları olarak görünmektedir. Sığ yeraltı sularıyla karışım, kondaktif yolla ısı kaybı, manto kabuk ve atmosferik gazlarla reaksion, derin yeraltı su sirkulasyonunu etkileyen en önemli proseslerlerdir. MTA Genel Müdürlüğü tarafından yürütülen “Büyük Menderes Grabeninde Yeralan Yüksek Sıcaklıklı Jeotermal Akışkanlarda Yaş ve Köken Tayini” projesinin bir parçası olan bu çalışma, bölge ile ilgili izotop ve hidrojeokimyasal veriler birleştirilerek, çalışma kapsamı içinde yer alan kaynakların beslenme ve sirkülasyon sürelerinin belirlenmesini, hedeflemektedir

* Sorumlu Yazar

70

ABSTRACT Different types of waters are found around the Kızıldere, Tekkehamam, Gölemezli, Karahayıt and Pamukkale regions of the Big Menderes Graben, which infiltrate underground through various lithology and elevation, are heated by the normal faults evaluated as a result of the compression regime of the basin and reach the surface through-out these mentioned faults or wells. In order to group the waters and improve the data about the system, besides different chemical analysis, δ18O, δ2H, δ3H, δ18O and δ34S in dissolved SO4

= isotope analyses were also realized. Correlation of the deuterium values of shallow water points was done to determine the recharge elevation. According to δ2H-elevation relationship, Kızıldere-Tekkehamam thermal waters and Pamukkale-Gölemezli themal water are feding from between 1300-1900 m., and 1100-1400 m. altitutes respectively. According to the topographical structure and physic-chemical basin, waters are classified in seven typical Hydrogeochemical characteristics, from A to G. The 242 0C tempered Kizildere geothermal fluid results as a mixture of A type Na-HCO3 (<90 TDS<130 meq/l) thermal water and B type Ca-HCO3 (TDS<30 meq/l), C type Ca-SO4 (TDS ~110 meq/l) and D type Na-SO4 (TDS ~70 meq/l) thermal waters. Tritium values significate more than 50 years for circulation period for the thermal waters encountered in the basin. Calcite-anhydrite solutions and silica hydrolysis are to be distinguishable water/rock reactions as the result of the study. Mixture with shallow groundwater, heat loss by conductive means, reaction with mantle, crust and atmospheric gases are the main processes effecting the deep groundwater circulation. The aim of this study is to determine the recharge area and circulation ages of the water resources found in the region, by the combination of related isotope techniques and Hydrogeochemical data. This study is a part of the Determination of Age and Origin of the High Enthalpy Geothermal Fluids of the Big Menderes Graben Project. JEOLOJİ Bu çalışmada Şimşek (1984)’e ait jeolojik tanımlamalar, adlandırmalar ve yaşlanlandırmalar kullanılmıştır. İnceleme alanında temel kayaçları Menderes Masifine ait metamorfitler oluşturur. Masif üzerinde ise Pliyosen yaşlı Kızılburun, Sazak, Kolonkaya ve Tosunlar formasyonları bulunmaktadır. Menderes Masifi başlıca gnays, kuvarsit, kalk şist-biyotit,klorit, serizit şist, fillat ve mermerlerden oluşan metamorfitler almandin-amfibol ve yeşil şist fasiyesinde metamorfizma geçirmişlerdir. Kızılburun Formasyonu gevşek tutturulmuş kil, kum ve çakıldan oluşmuştur. Sazak Formasyonu kireçtaşı, marn, kil, kum, çakıldan, oluşmuştur. Bu formasyon içinde yer alan kireçtaşı seviyeleri sarımsı beyaz, sert, köşeli kırıklı, yer yer ince-orta ve kalın katmanlanmalıdır. Marnlar sarımsı ve boz renklerde olup gastropod içerir. Kolonkaya Formasyonu, Sazak Formasyonu üzerinde uyumlu olarak bulunur. Marn ve kumtaşından oluşan bu birim düşük enerjili gölsel, tatlı su ortamını karakterize etmektedir. Yüzeylendiği alanlar genellikle graben kanatlarıdır. Formasyon çakıltaşı, kumtaşı, kiltaşı, kireçtaşı ve jipsli seviyelerden oluşmuştur. Diğer formasyonlar üzerine açısal

uyumsuzlukla gelen ve çakıltaşı, kumtaşı, kiltaşı, kireçtaşından oluşan Tosunlar Formasyonu başlıca, Kızıldere'nin doğusundaki Tosunlar köyünde tipik yayılım gösterir (Şimşek, 1984).

Pamukkale

DENİZLİ

KuyucakNazilliKöşk

Kızıldere JeotermalSahası

BABADAĞ HORSTU

AtçaGölemezli

Karahayıt

TekkehamamSarayköy

GermencikKuşadası

Gümüşdağı

Horstu

AYDIN

BOZDAĞ HORSTU

KOÇARLI HORSTU

Germencik JeotermalSahası

Yerleşim Merkezi

YolAna Fay

NehirYerleşim

Jeotermal Kaynak

Jeotermal E.S.

BÜYÜK MENDERES GRABENİ JEOTERMAL SAHALARI

Şekil 1 Çalışma alanının yerbulduru haritası (Şimşek vd. 2000). HİDROJEOKİMYA Fiziksel Karakteristikler Çalışma alanındaki soğuk yeraltı sularının sıcaklıkları 10-17 oC, elektriksel iletkenlik değerleri 150-500 µS/cm arasındadır. Elektriksel iletkenlik değerleri arasındaki farklılık değişik jeolojik birimlerde dolaşan suların fiziksel ve kimyasal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Kızıldere sahasında bulunan termal suların sıcaklıkları 190-242 oC, elektriksel iletkenlik değerleri 4000-6500 µS/cm; Tekkehamam’da bulunan suların sıcaklıkları 35-172 oC, elektriksel iletkenlik değerleri 2750-4500 µS/cm, Karahayıt-Gölemezli’de bulunan termal suların sıcaklıkları 30-72 oC, elektriksel iletkenlikleri 1750-3750 µS/cm; Pamukkale’de bulunan termal suların sıcaklıları ise 30-35 oC, elektriksel iletkenlileri 2500-3000 µS/cm arasında değişmektedir. İnceleme alanında bulunan termal suların bünyesinde yüksek oranda erimiş CO2 ve H2S gazları bulunduğu için, pH değerleri 7.0 dan küçük olup rezervuar koşullarında asidik özellik göstermektedir. Ancak atmosfere açıldıktan sonra termal suların pH değerleri bazik yöne kaymaktadır. Örneğin Kızıldere sahasından boşalan termal suların pH değerleri atmosferik koşullarda 9.0 civarında olmaktadır.

71

72

Kimyasal karaekteristikler İnceleme alanındaki suların kimyasal ve izotop analizleri EK1’de verilmiştir. Termal suların kimyasal kompozisyonu, su dolaşımının olduğu birimlerin yanısıra yanında rezervuarı besleyen su kaynaklarına da bağlıdır. İnceleme alanında değişik topografik kot ve litolojiden çıkan bir çok termal su bulunmaktadır. Kızıldere jeotermal alanından boşalan sıcak sular 5000 mg/l toplam erimiş madde miktarına (TDS) sahip olup, bikarbonat yönünden oldukça zengindir. Sıcak sularda ana anyon bikarbonat (HCO3) iyonu, ana katyon ise sodyum (Na) iyonudur. Diğer yüksek entalpili sahalardan üretilen akışkanların tersine suların klor (Cl) içeriği oldukça düşüktür. Bu düşük klor içeriği sahayı besleyen su kaynaklarının meteorik orijinli oluklarını göstermektedir. Beslenme açısından Kızıldere ile aynı kökenli olan Tekkehamam sahasındaki termal suların toplam erimiş madde içerikleri Kızıldere’den yakalaşık 1250 mg/l daha düşük olup, 3750mg/l düzeyindedir. Tekkehamam termal sularınında da ana anyon bikarbonat (HCO3) iyonu, ana katyon ise sodyum (Na) iyonudur. Klor oranı Kızıldere’den daha da düşüktür. Bu durum Kızıldere tipi sodyum bikarbonatlı (Na-HCO3) termal suların güneye, Tekkehamam tarafına doğru seyreldiğini göstermektedir. Pamukkale yöresinden 35 oC sıcaklık ve 375 lt/sn debide su boşalmaktadır. Bu su da major katyon kalsiyum (Ca), major anyon bikarbonattır. Toplam erimiş madde içeriği 1750 mg/l civarındadır. Karahayıt ve Gölemezli sahalarındaki termal suların kimyasal özellikleri az da olsa birbirlerinden farklıdır. Toplam erimiş madde içerikleri 2000 mg/l dolayında olan bu termal suların belirleyici katyonları Pamukkale’de olduğu gibi Ca iyonu olmasına karşın, belirleyici anyonları sülfat (SO4) iyonudur. Dolayısıyla Karahayıt ve Gölemezli termal suları yüzeyde bile asidik karakterlidir. Kızıldere sahasından boşalan sular gibi Tekkehamam, Pamukkale, Karahayıt ve Gölemezli akışkanlarının Cl içerikleri düşüktür. Bu nedenle çalışma alanı içerisinde bulunan akiferleri besleyen su kaynakları meteorik orijinlidir. Jeokimyasal Sınflandırma Şekil 2’de verilen Langelier kare diyagramı sınıflandırmasında görüldüğü gibi; Büyük Menderes grabenin doğu kesiminde sıcak ve soğuk olmak üzere, kimyasal karakterce birbirinden farklı 9 jeokimyasal tip yeraltı su sistemi bulunmaktadır: Bu 9 tipten 4’ü ana tip olup, diğerleri bu ana tiplerden türeme sulardır. A tipi: Yüksek derecede metamorfizmaya uğramış Kızıldere ve Tekkehamam’ın bazı sıcak suları alkali-bikarbonatlıdır (Na+K-HCO3). Bu sular 90 -130 meq/l arasında toplam iyon içermektedir. B tipi: Grabende çok sayıda soğuk su kaynağı bulunmaktadır. Sıcak su akiferlerinin beslenmesinde büyük bir rol oynayan bu soğuk sular Ca-Mg-HCO3 olup 30 meq/l den daha düşük iyon içeriğine sahiptir. C tipi: Toprak alkali sülfatlı (Ca-Mg-SO4) ve 30 meq/l’den az toplam erimiş iyon içeren bu sular Büyük Menderes grabeninin güneyinde yer almaktadır.Neojen sedimanlardan çıkmaktadır. D tipi: Kızıldere sahasının marjinal bölümünde bulunan suları temsil etmektedir. Na-K-SO4 karakter taşımakta olup, toplam erimiş iyon içeriği 70 meq/l ‘den düşüktür. H2S gazlarının meteorik

suları ile reaksiyonu sonucunda oluşmaktadır. Tekkehamam termal sularının bir kısmı bu tipe aittir.

73

Şekil 2. İnceleme alanında bulunan termal ve soğuk suların LL kare diyagramı.

tipi: Tekkehamam sıcak su alanında rastlanan bu termal su tipi 80 meq/l ile 120 meq/l arasında

tipi: Karahayıt ve Pamukkale termal suları temsil etmektedir. Ca-Mg-SO4-HCO3 özelliğe sahip

tipi: Na-K-Ca-Mg-SO4 karakteristiği taşıyan bu termal sular Kızıldere sahasının güney batısında

tipi: Yenice ve Kamara bölgelerinin soğuk suları bu tipe aittir. Na-K-Ca-Mg-SO4-HCO3 özellik

E EE

E

K

K

KK

K

F FFF

F FF

F

CC

K

H

H

BBB

BB

BBBB

B

HG

G

E

E

DAAA

AA50

40

30

20

10

00 10 20 30 40 50

%N

a+K

(A) Alkali bikarbonat (Na+K-HCO ):(B) Toprak alkali bikarbonat (Ca+Mg-HCO ):(C) Toprak alkali sülfat (Ca+Mg-SO ):(D) Alkali sülfat (Na+K-SO ):(E) Alkali bikarbonat sülfat (Na+K-HCO -SO ):(F) Toprak alkalisülfatlı bikarbonat (Ca+Mg-SO +HCO ):(G) Alkali-toprak alkali sülfatlı (Na+K, Ca+Mg-SO ):(H) Alkali-toprak alkali bikarbonatlı (Na+K, Ca+Mg-HCO ):(K) Alkali toprak alkali sülfat bikarbonat (Na+K,Ca+Mg-SO ,HCO ):

3

3

4

4

3 4

4 34

3

4 3

90<TDS<130 meq/l. Yüksek metamorfizmaya uğramış gnayslardan gelen Kızıldere jeotermal suları ve bazı Tekkehamam sıcaksu kaynakları.

TDS<130 meq/l. Paleozoyik gnayslar ve Tersiyer sedimanter kayaçlardan sığ dolaşımlı soğuk yeraltısuları.

TDS<110 meq/l. Pliyosen yaşlı Kolonkaya formasyonundaki jipsler ile etkileşimde olan sığ dolaşımlı yeraltısuları.

TDS<70 meq/l. Tekkehamam sıcaksu kaynakları bu tiptir. H S gazının meteorik sularla treaksiyonu sonucu ile oluşur. Sahanın marjininde yeralmaktadır.

80<TDS<120 meq/l. Jeotermal gazların (özellikle CO )meteorik sularla teması sonucu oluşurlar. Jeotermal sahaların marjininde bulunurlar. Tekkehamam’da bulunan bazı jeotermalsular bu tiptedir.

30<TDS<80Karahayıt-Pamukkale sıcak suları bu tiptir. 140<TDS<220. Kızıldere jetermal sahasının yakınlarında

görülür. Buharın ayrışımı ile sönümlenen Kızıldere (A) tipi akışkan bu özelliği taşımaktadır. 60<TDS<120 meq/l. Kamara ve Yenice sıcaksu kaynakları.

25<TDS<120 meq/l. Demirtaş, Ortakçı, Kokarhamam ve Gölemezli. Bu kaynaklarda Kızıldere (A) tipi akışkanın katkısı görülmektedir.

2

2

% HCO3

% SO +Cl4

% C

a+Mg

Eiyon içermektedir. Na-K-HCO3-SO4 tipe ait olan bu sular H2S ve CO2 gazlarının meteorik sular içinde çözünmesi sonucunda oluşmuştur. Folan bu termal su tipi, 30-80 meq/l arasında toplam iyon içermektedir. Asidik karakterlidir. Gyer almakta ve sahanın aktif sınırlarını belirlemektedir. 140 –220 meq/l arasında iyon içermektedir. Sıcaklığı düşük olmakla beraber, toplam mineralizasyon yönünden oldukça zengindir. Htaşıyan bu suların, toplam iyon içerikleri 90 meq/l den fazladır.

74

tipi: Alkali, toprak alkali, sülfatlı ve bikarbonatlı özellikler taşıyan (Na-K-Ca-Mg-SO4-HCO3) bu

Şekil 3. Na-Ca içeriğne göre çalışma alanındaki termal su kaynaklarının birbiri ile ilişkisi.

ekil 3’de Kaynakların Na-Ca iyonlarının gösterildiği grafik, Kızıldere, Tekkehamam Demirtaş,

Ksu tipi Kızldere sahasını güneybatı, kuzey doğu yönlerden çevreleyen Demirtaş, Ortakçı-Kokarhamam ve Gölemezli sahalarında bulunmaktadır. 25-120 meq/l arasında toplam iyon içermektedir.

Kızıldere

Tekkehamam

Tekkehamam

Gölemezli MTA Derin Sdj.

Gölemezli

Karahayıt

Pamukkale ppm Ca

ppm

Na

Bölmekaya

YeniceYenice

Ortakçı

Kamara

Demirtaş

}

0 100 200 300 400 500

1200

1000

800

600

400

200

0

ŞGölemezli ve Kamera sıcak su alanlarının jeokimyasal olarak birbirleri ile ilişkili olduklarını ortaya

75

e alanında yapılan analizlerde bulunan Bor değerlerine karşı Na değerleri grafiğe

Şekil 4 Bor konsantrasyonuna karşı Na konsantrasyonu

koymaktadır. A tipi Kızıldere suyu değişik oranlarda söz konusu bölge sularıyla karışım teşkil etmiş gözükmektedir. Karışım sularında kalsiyum iyonu artarken sodyum iyonu azalmaktadır. İncelemgeçirilmiştir. Bu değerlendirmeye göre de sıcaklık ve kimyasal madde içeriği göz önüne alındığında, A tipi Kızıldere suyu başlangıç su olmak üzere, diğer sular bu sudan türemiş olarak gözükmektedir. Kaynakların Na/B dağılımı termal suların sıcaklıkları ile uyumludur (Şekil 4). Buna göre; Kızıldere jeotermal sahasındaki rezervuarın fiziksel ve termodinamik koşullar, inceleme alanında bulunan Tekkehamam, Demirtaş Gölemezli ve Yenicekent jeotermal sahalarındaki rezervuarlarda da mevcuttur. Karahayıt ve Pamukkalede sistemleri, Kızıldere sisteminden farklı özellikler özellikler taşımaktadır.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

30

25

20

15

10

5

0

ppm Na

ppm

Bor

Kızıldere

Tekkehamam

Tekkehamam

Gölemezli MTA Sdj.

Gölemezli

PamukkaleKamaraYenice

Karahayıt

Ortakçı

Demirtaş

İZOTOP HİDROLOJİSİ İzotop, bir atomun aynı sayıda protona, buna karşın farklı sayıda nötrona sahip olan türevleridir. Atomun ağırlığı proton ve nötronların toplam sayısına bağlı olduğundan, aynı atomun izotopları farklı atomik ağırlıklara (atomic mass unit; amu: atomik kütle birimi) sahiptirler. Söz konusu atomik ağırlık farklılığı aynı atomun farklı izotoplarının fiziksel ve kimyasal süreçlerde farklı davranmasına neden olur. Bu durumun bir sonucu olarak; örneğin su molekülünü oluşturan hidrojen ve oksijen atomlarının farklı izotoplarının birbirine olan oranları değişmektedir. Anılan izotop oranlarındaki değişimin incelenmesi sonucunda her hangi bir suyun etkilendiği fiziksel ve kimyasal süreçler belirlenebileceği gibi farklı sular arasındaki olası karışımlar hakkında da yorumlamalar yapılabilir. Çalışma alanında yeralan su örneklerine ait izotop değerleri EK 1’de verilmiştir. δ18O, δ2H ve δ3H İzotopları Kızıldere Sahası: Kızıldere jeotermal sahasında yeralan çeşitli termal kuyu ve kaynaklar ile yağışlı döneme ait soğuksu kaynaklarından alınan su örneklerinin δ18O ve δ2H analiz sonuçları Şekil 5’de

görülmektedir. Soğuksu kaynaklarından Gölyeri kaynağı, Craig (1961) tarafından bulunan δ2H=8*δ18O+10 Dünya Meteorik Doğrusu üzerinde yeralırken; Geleyli, Gökbel, Karlık Tepe kaynakları ve Tekkehamam Üstü kaynakları Gat (1971) tarafından tanımlanan δ2H=8*δ18O+22 Akdeniz Meteorik doğrusu üzerinde bulunmaktadır. Akdeniz meteorik doğrusu çevresinde yeralan kaynakların hesaplanan regresyon doğrusu D=5.35δ18O-3.59 şeklindedir. Buna göre söz konusu kaynakları besleyen yağışlar, relatif nemin %82 olduğu ortamda buharlaşmıştır (Gonfiantini, 1986).

1

1) Babacık 2) İnaltı 3) KD-6 4) KD-21 5) KD-15

6) KD-14 7) R1 8) Şahintepesi 9) B.Menderes X) Soğuk sular

243

9 7 7

8

65

40

20

0

-20

-40

-60

-10 -8 -6 -4 -2

(Craig, 1961)

(Gat ve Carmi, 1970)

δ18O (‰ VSMOW)

δ2 H (‰

VSM

OW

)

Şekil 5. Kızıldere sahasında yeralan soğuk ve jeotermal suların δ18O-δ2H grafiği. 76

77

Clark ve Frizt (1997)’e göre, relatif nem düşük olduğu zaman (h=%50) su buharı hızlı bir şekilde hafiflemekte, birinci yağış olarak yeryüzüne dönmekte ve bu yağış dünya meteorik doğrusuna biraz yakın bir konumda yeralmaktadır. Nem içeriği %85 olduğunda ise, yeryüzüne dönen yağış suyu dünya meteorik doğrusunun hemen hemen üzerinde bulunur. Gölyeri kaynağını besleyen yağış suları ise bu durum göz önüne alındığında subuharının relatif neminin %85 olduğunu göstermektedir. Çizelge 1. Kızıldere sahasındaki soğuk suların δ2H fazlası değerleri Kaynak δ2H fazlası Kaynak δ2H fazlası Kaynak δ2H fazlası Gölyeri K. 12.9 Karlık K.K. 17.1 Gökbel K. 22.3 Geleyli K. 18 T.hamam Hav. K. 20.6 Karlık G.K. 19.4 Kılınç Çeşme 21.6 Jeotermal kaynak ve kuyulardan alınan su numunelerinin δ18O içeriklerinde meteorik doğrudan sağa doğru bir sapma yani zenginleşme meydana gelmiştir. Su kayaç arasında meydana gelen etkileşiminin sonucunda kayaçta bulunan δ18O izotopu su molekülüne geçmektedir. Böylece su molekülünün δ18O izotopu içeriği artmakta ve pozitife yakın değerler almaktadır. Bu etkileşim 150 oC den yüksek sıcaklıklarda oldukça belirgin olmaktadır (Truesdell ve Hulston; 1980). Ayrıca Şahintepesi kaynağının δ2H izotop içeriği H2S gazı ile etkileşiminden dolayı artmıştır. Yüzeye yakın konumda meydana gelen buharlaşma hariç, genelde yeraltısuyunun döteryum içeriğinde bir değişim söz konusu değildir. Ancak çözünmüş gazların yüksek oranda bulunmasından kaynaklanan bir etkileşim söz konusudur. Burada da çözünmüş H2S gazında bulunan döteryum izotopu nedeniyle su molekülünde bulunan döteryum izotopunda bir zenginleşme meydana gelmiştir (Şekil 6). Pamukkale-Gölemezli Jeotermal Sahası Pamukkale jeotermal sahasında yeralan çeşitli termal kuyu ve kaynaklar ile yağışlı döneme ait soğuksu kaynaklarından alınan su örneklerinin δ18O ve δ2H analiz sonuçları Şekil 6’da görülmektedir. Soğuksu kaynaklarından Ören ve Karasu kaynakları +10 Dünya Meteorik Doğrusu üzerinde yeralmıştır. Pınarbaşı, Sepetpınarı, Uzunpınar, Sakızcılar, Güzelpınar ve Gürpınar kaynakları, Önhon vd. (1988) tarafından hesaplanan δ2H=8*δ18O+14.6 yerel meteorik doğru üzerinde bulunmaktadır. Eğimi 5.5 doğrusu üzerinde yeralan soğuk sular, %80 nem içeriği olan subuharının oluşturduğu yağışlardan beslenmektedir (Gonfiantini, 1986). Ancak Şekil 6‘da, soğuk suların termal suların sağ tarafında yeralması iki şekilde açıklanabilir. Birincisi soğuk suları besleyen yağışların ikincil buharlaşmaya uğramasıdır ki bu süreç kütle etkisi olarak bilinmektedir. Ancak bu etki Coplen vd. (2000)’ne göre, genellikle 20oG-20oK yarımküreler arasında belirgin olarak görülmektedir. İkincisi ise karbonatlı formasyon yada CO2 gazındaki oksijen molekülleri ile termal suların bünyesindeki oksijen molekülleri arasındaki alış-veriş sonunda, su molekülünün δ18O izotopu içeriğinin daha negatif değerler almasıdır (Clark ve Fritz, 1997). Bunun sonucunda termal sular δ18O-δ2H grafiği üzerinde sola doğru kaymıştır. Ancak bu sürecin hızı yavaş olduğu için suyun δ18O izotop içeriğindeki değişim oldukça uzun bir sürede gerçekleşmektedir. Çizelge 2 verilen tabloya göre, Ören, Sakızcılar ve Gürpınar kaynakları düşük döteryum fazlasına sahipken Sepetpınarı kaynağı en yüksek δ2H fazlası değerine sahiptir.

Çizelge 2. Pamukkale-Gölemezli yöresindeki soğuk suların δ2H izotopu fazlası değerleri

δ2H fazlası Kaynak δ2H fazlası Kaynak δ2H fazlası Kaynak δ2H fazlasıKaynak Ören 9.30 Güzelpınar 15.30 Sakızcılar 12.67 Uzunpınar 17.50 Karasu 11.60 Pınarbası 16.50 Gürpınar 14.62 Sepetpınarı 18.70

ekil 6. Pamukkale- Karahayıt dolayında yeralan sıcak ve soğuk suların δ18O-δ2H grafiği.

H-Yükseklik Değişimi izotopik oranı deniz seviyesinden yükseldikçe ağır izotoplar açısından

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1

3020

100

-10-20-30-40

-50-60-70

δ18O (‰ VSMOW)

δ2 H (‰

VSM

OW

)

Pamukkale Karahayıt

Pamotel

Çukurbağ

Kamara

Gölemezli S.Gölemezli K.

Büyük Menderes Soğuk sular

(Craig, 1961)

(Önhon vd., 1988)

(Gat ve Carmi, 1970)

Ş

2δAtmosferik su buharının fakirleşir. Benzer nedenlerle, yaz yağışları kış yağışlarından daha ağır izotopik bileşime sahiptirler. Sıcaklık buharlaşmaya etkiyen temel faktörlerden birisi olduğundan sıcaklığın yüksek olduğu zamanlarda ağır izotop zenginleşmesi daha fazla olmaktadır. Okyanus ve denizlerden karalara doğru gidildikçe izotop içeriğinde bir azalma meydana gelmektedir. Yine, yükseklik ile beraber izotop içeriğinde azalma olmaktadır. Yerel iklim, cephesel yağış sistemleri ve yağışın oluşumunda etkili olan topoğrafyaya bağlı olarak yağış suyunun δ18O değeri her 100 m'lik kot artışına karşın ‰ 0.15-0.5 arasında azalma göstermektedir. Bu ilişkiden hareketle, belirli bir alanda değişik kotlara düşen yağışların δ18O değerlerinin bilinmesi durumunda yeraltısuyunun beslendiği ortalama yüksekliğin belirlenmesi mümkündür. Ancak jeotermal sularda yüksek sıcaklıkta su ve kayaç arasında meydana gelen δ18O değişiminden dolayı, jeotermal suların δ18O içeriğinde bir artış meydana gelmektedir. Dolayısıyla beslenme yüksekliği hesaplamalarında δ18O/yükseklik ilişkisini kullanmak hatalara yol açmaktadır. Bu ilişki yerine δ2H/yükseklik ilişkisini kullanmak

78

gerekmektedir. Çünkü yüksek sıcaklıkta su-kayaç arasındaki etkileşimde, suyun δ2H içeriğinde bir değişiklik oluşmaz.

79

ekil 7. Kızıldere jeotermal sahası çevresindeki soğuksulara ait δ2H-yükseklik grafiği.

Çizelge 3. Kızıldere jeotermal termal sularının ortalama beslenme alanı yükseklikleri.

Kızıldere sahasında bulunan jeotermal kaynakların ve kuyuların beslenme yüksekliklerinin belirlenmesi için soğuksuların δ2H içeriğinin yükseklik ile değişimi incelenmiştir (Şekil 7). Clark ve Fritz (1997) δ2H izotop içeriğinin değişim oranını ‰ –1/100 m ile ‰ –4/100 m arasında değiştiğini belirtmiştir. Ancak ‰ –1/100 m’den daha düşük olması sıcaklık değerinin yükseklik ile değişiminin az olmasından kaynaklanabileceğini belirtmiştir. Kızıldere sahası için δ2H/100m değeri ‰ -0.74 VSMOW olarak hesaplanmıştır. Buna göre Kızıldere jeotermal sahasındaki jeotermal kaynakların ve kuyuların beslenme yükseklikleri 1300-1900 m kotları arasında değişmektedir. Bu yükseklikler Menderes masifine ait gnayslar ile şistlere karşılık gelmektedir (Çizelge 3).

Tekkehamam O.G.K Kılınç Çeşme

GeleyliKarlık Tepe G.

Karlık Tepe K.

Gökbel

δ2 H

Yükseklik (m)

δ2H = -0.0074h - 41.74r = 0.78

-48-49-50-51-52-53-54-55-56

800 1000 1200 1400 1600 1800

Ş

Adı BeslenmeYüksekliği (m) Adı BeslenmeYüksekliği (m) İnaltı 1 1900 KD-2 1650 Babacık 1350 KD-6 1830 KD-14 1560 R1 1300 KD-15 1550 R1 1500

amukkale-Gölemezli Jeotermal alanındaki sıcaksuların beslenme yüksekliği hesaplamaları için PYenice Horstu üzerinde ve çevresinde bulunan soğuksu kaynaklarının δ2H izotop içeriği kullanılmıştır (Şekil 8). Söz konusu bölge için için δ2H/100m değeri ‰ –0.0292 VSMOW olarak hesaplanmıştır. Buna göre Pamukkale, Karahayıt, Gölemezli, Çukurbağ ve Kamara kaynaklarının

ortalama beslenme yükseklikleri 1070-1370 m kotları arasında değişmektedir (Çizelge 4). Söz konusu kotlar, Şimşek (1984) tarafından tanımlanan Pliyosen yaşlı Sazak ve Kolonkaya formasyonlarına karşılık gelmektedir.

950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300

Pınarbaşı Sepetpınarı UzunpınarGürpınar Karasu Sakızcılar

Güzelpınar

-50

-55

-60

-65

δ2 H (‰

VSM

OW

)

Yükseklik (m)

δ2H = -0.0292h -22.965r = 0.61

80

ği.

ükseklikleri.

Yüksekliği (m) Yüksekliği (m)

Şekil 8. Pamukkale-Gölemezli jeotermal sahası çevresindeki soğuksulara ait δ2H-yükseklik grafi Çizelge 4. Pamukkale-Gölemezli termal alanındaki termal suların ortalama beslenme alanı y

Adı Ortalama Beslenme Adı Ortalama Beslenme

Çukurbağ 1160 ızı Su Kırm 1090 Gölemezli S. 1370 Pam Otel 1070 Gölemezli K. 1350 Pamukkale 1220 Kamara 1250

T

idrojen atomunun 1 proton ve 2 nötronlu izotopu olan trityum radyoaktif bir izotop olup; ömrü 12.43 yıldır. Trityum izotopu çekirdekten elektron (β ışını) salınması ile yarılanır.

rityum Hyarılanma Elektronların enerjisi düşük olup; doğal düzeydeki trityum derişimi insanlar için sağlık riski oluşturmaz. Duraylı izotoplardakinden farklı olarak trityum izotop miktarı bir derişim birimi olan TU (tritium unit: trityum birimi) ile ifade edilir. 1 TU, 1018 hidrojen atomundan birisinin 3H olduğunu ifade etmektedir. Atmosferik nemdeki trityumun doğal ve antropojenik olmak üzere başlıca iki kaynağı vardır. Doğal trityum izotopu atmosferin üst tabakasında (stratosfer) kozmik kökenli nötronların δ15N izotopuna çarparak onu δ12C ve δ3H 'a ayrıştırması ile oluşmaktadır. Doğal yoldan atmosfere yayılan trityumun yağış suyundaki eşdeğeri 10TU 'dir.

81

li yıllarda başlayan e 1963 yılında uluslararası antlaşmalar ile yasaklanan atmosfere açık yerüstü termonükleer bomba

raltısuyunu esleyen yağışın trityum içeriğinin biliinmesi durumunda, yeraltısuyunun ağırlıklı ortalama yaşının

ğuksu kaynaklarının trityum izotopu içerikleri 4.4-17.4 TU arasında eğişmektedir. Bu değerlere göre soğuksu kaynaklarının güncel yağışlar ile beslendiğini söylemek

mukkale termal kaynaklarının trityum izotpou içerikleri sırasıyla 2 TU ve 3.5 TU eklindedir. Clark ve Fritz (1997), kıtasal bölgelerde trityum izotopu içeriği 0.8-4 TU olan suların

erkabuğunda kükürtün bulunuş şekli çözünmüş sülfat, çözünmüş sülfit, hidrojen sülfit, sülfat ve maddeler, kerojen ve hidrokarbon olarak

O4 onundaki izotop analizleri için Mayıs-2000 tarihinde su örnekleri Clark ve Fritz (1997) tarafından

Atmosferdeki trityumun bir bölümü antropojenik kaynaklı olup; özellikle 1950'vdenemeleri sonucunda oluşmuştur. Bu yolla trityum üretimi 1963 yılında 1000TU düzeyine ulaşmış olup; 1963 yılından günümüze değin doğal yarılanma yoluyla azalmıştır. Günümüz atmosferik neminde trityum derişimi doğal fon (natural background) değerine (10TU) yaklaşmıştır. Radyoaktif olan trityum sürekli bozunmaya uğraması nedeniyle belirli bir bölgede yebbelirlenmesi ve/veya farklı yeraltısularının karışımına ilişkin öngörülerde bulunulması mümkün olmaktadır (Tezcan, 1992). Çalışma alanında yeralan sodmümkündür. Pamukkale ve Şahintepesi termal kaynakları hariç incelenen bütün termal suların trityum iztopu içerikleri ise 0.1-0.3 TU arasında olup, bu suların beslenmesi 1953 yılı öncesinde gerçekleşmiştir. Şahintepesi ve Paşgüncel ve eski suların karışımı olduğunu belirtmiştir. Çözünmüş SO4 İyonundaki δ18O ve δ34S İzotopları: Ysüfit mineralleri şeklindedir. Organik kükürt hümik bulunur. Topraktaki oksidasyonu ve çevrimi yarıkurak bölgelerde karasal sülfatı oluşturur. Atmosferik kükürt ise doğal ve endüstriyel SO2 ve denizel aeresolü içerir. Kükürtün değişik ortamlardaki dolaşımı kükürt çevrimini oluşturur. Yüzey sularındaki çözünmüş kükürt kaynakları denizel aerosol, yağış, topraktaki ve evaporitlerdeki sülfatın çözünmesi, jeolojik devirlerdeki eski kayaçların yeraltısuyu tarafından çözünmesi, sülfid minerallerinin ile organik kükürtün oksidasyonu ve gaz fazdaki kükürt oksid ile fosil yakıtların yanması ile ortaya çıkan kükürtün çözünmesidir. Kızıldere ve Pamukkale jeotermal alanlarında yeralan çeşitli termal suların çözünmüş Siybelirtilen yönteme göre toplanmıştır. Çalışma alanında yeralan kaynak ve kuyuların SO4- δ34S grafiği incelendiğinde bütün termal sularda bulunan çözünmüş sülfat iyonunun kökenlerinin aynı olduğu görülmektedir (Şekil 9). Ancak Şahintepesi kaynağının δ34S izotop içeriği, diğer su noktalarındaki δ34S içeriğine göre azalmış olarak görülmektedir.

Şekil 9. Pamukkale ve Kızıldere jeotermal alanlarında yeralan sıcak su kaynaklarının ve kuyularının SO4-δ34S grafiği.

Kızıldere K. Kızıldere S. Pamukkale Çukurbağ Gölemezli S.Gölemezli K. Karahayıt Pam Otel Kamara

0 5 10 15 20 25δ34S (‰ CDT)

SO(m

eq/l)

4

50

40

30

20

10

0

Çalışma alanı içinde yeralan jeotermal suların çözünmüş SO4 iyonu içindeki δ18O ve δ34S analizleri Şekil 9‘da yeralan grafikte incelenmiştir. Şahintepesi kaynağı ve Kızıldere jeotermal sahasındaki kuyular hariç bütün kaynak sularındaki çözünmüş SO4 iyonunun kökeni olarak Senozoyik yaşlı jipsli formasyonları işaret etmektedir (Clark ve Fritz, 1997). Bu da Şimşek (1984) tarafından adlandırılan Pliyosen yaşlı Kolonkaya Formasyonu içinde bulunan jipslere karşılık gelmektedir. Kızıldere jeotermal alanında yeralan KD-6, KD14, KD15 VE KD21 kuyularındaki δ34S-SO4 izotop içeriği Pamukkale ve Kızıldere sahası çevresindeki kaynak sularının δ34S-SO4 izotop içeriği ile hemen hemen aynıdır ve kökenleri evaporitlerdir (Şekil 10). Ancak δ18O-SO4 izotop içeriğinde bir hafifleme görülmektedir. Yeraltındaki sülfid minerallerinin oksidasyon süreçleri sırasında hem atmosferdeki hem de su molekülü içinde bulunan oksijen etkin rol oynamaktadır. δ18O-SO4 izotop içeriğide de her iki uç noktanın (end member) karışımından oluşacaktır. Van Everdingen ve Krouse (1985) tarafından laboratuvar koşullarında deneysel olarak bulunan eşitlik yardımı ile suyun içinde yeni oluşan SO4 iyonundaki δ18O izotop içeriğini etkileyen O2 ve H2O katılım oranları hesaplanmıştır (Çizelge 5, Şekil 11). δ18OSO4 = δ18OH2O(0.875Y+0.125) + (11.5375 - 7.4374Y) Yukarıdaki denklemde δ18OSO4 çözünmüş SO4 iyonu içindeki δ18O izotop içeriği, δ18OH2O ise su molekülü içindeki δ18O izotop içeriği ve (Y) ise, sülfid minerallerinin oksidasyonu sonucu oluşan SO4 iyonu yüzdesidir. Kızıldere jeotermal sahasında MTA Genel Müdürlüğü tarafından açılan sondaj kuyularından alınan karot örneklerinde pirit oluşumları gözlenmiştir.

82

Çizelge 5. Kızıldere jeotermal sahasında yeralan kuyuların sularındaki sülfid mineralinden kaynaklanan SO4 iyonu yüzdesi.

Kuyu No Sülfid minerali oksidasyon yüzdesi KD-14 % 68 KD-15 % 46 KD-21 % 55 KD-6 % 56

ekil 10. Kızıldere jeotermal alanında yeralan kuyulardaki suların δ18OH2O- δ18OSO4 grafiği (Van

ekil 9 ve Şekil 11’de görüleceği üzere, Şahintepesi termal suyunda δ34S izotopu açısından bir

CH2O + SO4 Ζ HCO3 + H2S

u reaksiyon sırasında δ S tepkimeye daha kolay girer. Çünkü δ32S-O bağının kırılması δ34S-O

reaksiyonun hızı oldukça yüksek olup birkaç dakika içinde meydana

10

0

-10

-20

-30

20

H O = % 02

% 25

% 50

% 75

% 100

-30 -20 -10 0δ18O (‰ VSMOW)H2O

δ18O

(‰ V

SMO

W)

SO4

ŞEverdingen ve Krouse, 1985’den). Şhafifleme görülmektedir. Kaynağın bulunduğu ortam bir bataklık ortamıdır. Bataklık türü ortamlarda çürüyen bitkilerin oluşturduğu organik karbon türü maddeler maddeler bulunmaktadır. Bu maddeler ile birlikte çeşitli bakteriler SO4 iyonunu kullanarak HCO3

iyonunu ve H2S gazını oluşturur. 2

32Bbağının kırılmasından daha kolaydır. Reaksiyonun ilerlemesi devam ettikçe SO4 iyonu bünyesinde δ34S birikecektir. Bu arada çözünmüş H2S gazında bulunan döteryum izotopu nedeniyle su molekülünde bulunan döteryum izotopunda bir zenginleşme meydana gelmiştir (Şekil 6). Bu

83

84

ının ve

layacak zamanı ulmuştur. Böylece indirgenme ürünü olan H2S gazı tekrar oksidasyona uğrayarak SO4 iyonunu

üyük Menderes Grabeni’nin Kızıldere-Pamukkale arasında kalan bölgede yeralan termal suların oriktir. Büyük Menders nehrinden Kızıldere termal sularının yada Pamukkale–

arahayıt-Gölemezli-Kamara termal sularının rezervuarlarına olabilecek bir beslenme katkısı izop

aya e Sazak formasyonlarına karşılık gelmektedir. Beslenme alanlarına yağış olarak düşen sular, farklı

Şekil 10. Pamukkale çevresi ve Kızıldere jeotermal alanlarında yeralan sıcak su kaynaklarkuyularının SO4 iyonundaki δ34S-δ18O izotopları grafiği (Clark ve Fritz, 1997’den)

25

20

15

10

5

0

-5

-10

δ18O

(‰ V

SMO

W)

-15 -5 5 15 25 35 45

Kızıldere K Kızıldere S Çukurbağ Karahayıt PamotelGölemezli S. Gölemezli K. Kamara Pamukkale

δ34S (‰ CDT)

δ34S-H S = -3.5 ‰ CDT (Cortecci vd., 2001)2

Senozoyik

Devoniyen-Alt Triyas

AltPaleozoyik

Tersiyer

AtmosferikSO4

KarasalSO4

gelmektedir (Clark ve Fritz, 1997). Döteryum izotopu açısından zenginleşen kaynak suyu yeryüzüne çıktığı alanda bir göl alanı yaratmış ve atmosfer ile uzun süre temas sağboluşmuştur. Yeniden oluşan SO4 iyonunda bulunan oksijen, atmosferik oksijen ile dengeye ulaşmıştır. Atmosferdeki δ18O-SO4 izotopunun değeri ortalama olarak ‰ +10 V-SMOW, 34S-SO4 değeri ise ‰ 8-12 CDT dolayındadır (Clark ve Fritz, 1997). Şahintepesi termal suyundaki çözünmüş SO4 iyonunun kökenininde atmosferik SO4 olarak görülmesine neden olmuştur (Şekil 11). SONUÇLAR Bkökenleri meteKhidrolojisi açısından mümkün görülmemektedir. Kızıldere jeotermal sularının beslenme alanı yüksekliği Menderes Metamorfiklerine ait şistler ile gnayslara karşılık gelmektedir. Beslenme alanına düşen yağış, basamaklı faylar aracılığı ile yeraltına süzülerek, magmadan indirek ve konvektif olarak ısınmakta ve tekrar yeryüzüne ulaşmaktadır. Manto kökenli olduğu düşünülen CO2 gazının kökeninin de denizel kireçtaşı olması bunu desteklemektedir (Blavoux vd., 1984). Pamukkale-Gölemezli jeotermal alanındaki termal sularda yine Kızıldere jeotermal alanındaki sıcak sular gibi meteorik kökenlidir. Kaynakların beslenme alanı yükseklikleri Pliyosen yaşlı Kolonkvfay sistemlerinden süzülerek değişik hidrokimyasal özellikte sıcaksuları oluşturmaktadır (Şekil 3.).

85

e Sazak formasyonu ya da Kolonkoya formasyonu olabileceğini belirtmiştir.

ale ve Şahintepesi aynaklarının diğer termal kaynak ve kuyulara orana yüksek trityum içermesi, güncel ve eski

li seviyeler belirlenmiştir. Eğer magmatik kökenli H2S azının katılımı söz konusu ise,yanlızca Şahintepesi kaynağında değil en azından bütün Kızıldere

lavoux B., Dazy J., ve Reynauld, S., (1982) Information about the origin of thermomineral waters s by means of environmental isotopes in Eastern Azerbijen, Iran and Southeast

France, Journal of Hydrology, 56, p. 23-38.

Cortecci, T. aand Ferrara, G., (2001), Chemical and

d, Aeolian Archipelago, Italy, Geothermics, 30, 69-91.

Gat, J. R, 3039-3048.

. N., Bektaş, D.,

irlik Hizmetleri

Gonfiant

168.

a.

Şimşek, Ş 00), Chemical and isotopic survey of

, Blackwell, D., Hunt, t.,

Vengosh vd. (2002), termal suların 87Sr/86Sr izotopik içeriğine göre; Kızıldere jeotermal alanındaki suların kaynağını Menderes Masifindeki şistler, Pamukkale ve Karahayıt termal sularının kaynağını is Termal suların beslenme-boşalım zamanı arasında geçen süre için ancak eldeki δ3H verileri ışığı altında 1953 yılı öncesinde akifere girmiş oldukları söylenebilir. Pamukkksuların karışımı şeklinde açıklanmaktadır. Bölgede yeralan bütün termal kaynaklardaki SO4 iyonunda bulunan kükürtün (S) kökeni Pliyosen yaşlı Kolonkaya formasyonu içindeki jipsgjeotermal sularındaki δ34S izotop değerinin negatif yada negatife yakın değerler alması gerekirdi (Cortecci vd., 2001). KAYNAKÇA B

and ga

Clark, I. D. and Fritz, P., (1997), Environmental Isotopes in Hydrogeology, Lewis Publishers, 327 pp. G., Dinelli, E., Bolognesi, L., Boschetti, isotopic compositions of water and dissolved sulfate from shallow wells on Vulcano Islan

Craig, H., (1961), İsotopic variations in meteoric waters, Science, 133, 1833-1834. ., Carmi, I., (1970), Evolution of the isotopic composition of atmospheric waters in the Mediterranian Sea aera, Journal of Geophysical Research, 75

Günay, G., Şimşek, Ş., Keloğlu, N., Elhatip, H., Yeşertener, C., Dilsiz, C., Güner, İÖncel, E., (1996) Pamukkale koruma amaçlı imar planında öngörülen travertenlerin korunması ve geliştirilmesi ile ilgili bilimsel-teknik araştırmalar ve müşav(III), 104 sayfa, Beytepe-Ankara. ini, R., (1986), Isotopes in lake studies, In P. Fritz and J.-Ch Fontes (Eds.) Handbook of Environmental Geochemistry, Vol. 2, The Terrestrial Environment, B, Elsevier Amsterdam, The Nederlands: 113-

Önhon, E., Ertan, İ, Güler, S., Nazik, M., Kaplan, A., Yüzeroğlu, S., Alişan, M., Sayın, M., Güner, N., Özgül, N., (1988), Yukarı Çürüksu Ovasının karstik sularının orjinlerinin izotop yöntemleri ile araştırılması, DSİ, 17 sayf

Şimşek, Ş., (1984), Denizli-Sarayköy-Buldan alanlarının jeolojisi ve jeotermal enerji olanakları. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Yerbilimleri Fak.,İstanbul. ., Doğdu, M. Ş., Akan, B., Yıldırım, N., (20geothermal reservoirs in Western Anatolia, Turkey, In: Proceedings World Geothermal Congress 2000 Kyushu - Tohoku, Japan, Edited: Inglesias, E.Lund, J., Tamanyu, S., Kimbara, K., pp 1765-1770.

T

86

ezcan, L

9-226.

Vengosh cal

., 1992, Karst akifer sistemlerinin trityum izotopu yardımıyla matematiksel modellemesi, Doktora tezi, H.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Beytepe, Ankara, 121 s.

Truesdell, A. H., and Hulston, J. R., (1980), Isotopic evidence of geothermal systems, Chapter 5, InP. Fritz and J.-Ch Fontes (Eds.) Handbook of Environmental Geochemistry, Vol. ‘, TheTerrestrial Environment, A, Elsevier Amsterdam, The Nederlands:17

Van Everdingen, R.O and Krouse, H.R., 1985, Isotope composition of sulphates generated by bacterial and abiological oxidation, Nature, 315, 395-396. , A., Avner Vengosh, Helvacı, C., and Karamanderesi, İ. H., 2002, Geochemiconstraints for the origin of thermal waters from western Turkey, Applied Geochemistry, 17, 163-183.

87

Tablo 1. İnceleme alanında bulunan suların kimyasal ve izotop analiz sonuçları (* Önhon vd.,1988‘den, ** Günay vd..1996’den, *** Şimşek vd. 2000’den)

Kaynak Adı Türü Kot EC T pH Ca2+ Mg2+ Na+ K+ Cl- SO42- HCO3

- CO32- SiO2 F- Br- Li+ NH4

+ Fe(T) B(T) Mn(T) NO2- NO3

- PO43- δ18O δ2H δ3H δ18O-SO4 δ34S-SO4

(m) µS/cm oC (25oC) mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Babacık Kaynak 3400 54 6.37 260 81.8 500 44.5 3.8 1317 855 10 128 7.4 0.1 0.1 13.6 0.1 11.4 0.1 0.1 21 0.1 -7.4 -51.6 0.1 13.5 16.72 Babadağ Kılınç Ç. Kaynak 940 101 12.9 5.5 28 7 3 0.2 6 3.1 67 0 - - - - - - - - - - - -8.9 -49.6 9.8 - - Büyük Menderes Kaynak 410 13 7.76 441 27 12.8 1.6 48 62 348 0 - - - - - - - - - - - -7.3 -49 5.5 - - Çukurbağ Kaynak 2880 58 6.8 510 106 138 22.4 49.5 832 1489 10 42.6 3.5 0.1 0.3 2.7 0.1 3.5 0.1 0.1 0.5 0.1 -8.9 -57 0.1 14.5 18.73 Geleyli Kaynak 1220 150 14.6 7.25 35 3 0.8 0.23 12 4.8 43 0 - - - - - - - - - - - -8.5 -50 6.4 - - Gökbel Kaynak 1700 101 13.6 5.5 28 22 0.37 0.11 6 3.9 79 0 - - - - - - - - - - - -9.5 -53.7 4.4 - - Gölemezli MTA1 Kuyu 4030 62 6.6 390 121 505 54.7 73.2 1504 1369 10 94.1 4.9 0.1 1.5 10.5 0.1 7.9 0.1 0.1 2.5 0.1 Gölyeri Kaynak 639 231 15.3 6.5 36 7 - - 11 - 134 0 - - - - - - - - - - - -8.2 -52.7 10.6 - - Gürpınar * Kaynak 1250 430 18 7.8 58 14.4 11.5 1.56 24.85 4.8 61 0 - - - - - - - - - - - -9.75 -63.4 - - Güzelpınar * Kaynak 1200 800 14 74 128 15.6 15.6 0.78 28.4 14.4 427 0 - - - - - - - - - - - -8.8 -55.1 - - İnaltı Kaynak 4170 96 7.71 53.8 7.4 876 84.1 91.3 1560 676 10 164 17.7 0.1 1.3 16.6 0.1 22 0.1 0.1 0.6 0.1 -6.7 -57.5 0.1 11.1 18.69 Kamara Kuyu 4140 35 6.5 333 39 - - 53 590 1934 0 - - - - - - - - - - - -8.8 -59.7 0.1 11.6 14.93 Karahayıt Kaynak 2840 57 6.47 493 109 112 21.3 24.7 934 1340 10 26.9 4.9 0.1 0.3 1.3 0.1 1.9 0.1 0.1 0.9 0.1 -9.1 -54.6 1 14.2 17.07 Karasu ** Kaynak 1060 260 12 7.2 70 2.52 11.04 7.41 10.65 4.8 197.03 12 - - - - - - - - - - - -8.45 -56 17.4 - - Karlık T. Güney Kaynak 1250 180 13.6 5.5 48 3 - - 15 - 140 0 - - - - - - - - - - - -8.6 -49.4 9.5 - - Karlık T. Kuzey Kaynak 1370 118 9.9 5.5 32 2 - - 7 - 43 0 - - - - - - - - - - - -9 -54.9 9.5 - - KD 6 Kuyu 4750 194 8.97 1 1 1211 140 95.1 733 1489 476 243 21.3 0.1 5.1 3.4 0.1 27 0.1 0.1 2.4 0.1 -6.6 -55.3 0.1 3.34 19.16 KD 14 Kuyu 5350 210 8.97 1 1 1330 166 115 774 1184 759 346 24.5 0.1 4.9 0.1 0.1 38 0.1 0.1 3.3 0.1 -5.1 -53.3 0.1 2.83 19.35 KD 15 Kuyu 5190 208 8.96 1 1 1283 153 108 847 1369 588 454 23.1 0.1 4.8 0.1 0.1 34 0.1 0.1 0.8 0.1 -5.3 -53.2 0.1 5.29 18.96 KD 21 Kuyu 5090 205 9.02 1 1 1269 150 107 745 1447 629 312 21.5 0.1 4.9 0.1 0.1 31 0.1 0.1 0.1 0.1 -5.8 -54 0.3 3.97 19.50 Ören ** Kaynak 450 290 10 7.8 1 7.5 7.59 1.95 17 847 222.04 12 - - - - - - - - - - - -8.1 -55.5 14.8 - - Pam otel Kaynak 2650 56 6.7 425 104 116 22 52.3 875 1130 10 24.3 3.1 0.1 0.3 0.9 0.1 2.1 0.1 0.1 1.5 0.1 -8.9 -54.2 10.2 12.6 15.15 Pamukkale Kaynak 2300 35 6.37 455 86.8 40.4 5.9 12.4 688 1124 10 25 2.1 0.1 0.1 0.1 0.1 1 0.1 0.1 0.3 0.1 -9.9 -58.7 3.5 14.3 16.74 Pınarbası Kaynak 940 337 14.5 7 100 8 4.2 0.8 7 274 0 - - - - - - - - - - - -8.5 -51.5 11.4 - - R1 *** Kuyu 5670 76.7 8.18 25 2 1595 128 147 748 3222 46 66 - - - - - 19.1 - - - - -4.10 -51.30 0.33 - - R1 *** Kuyu 5630 - 8.75 10 2 1365 143 128 761 1896 408 19 - - - - - 31.95 - - - - -4.64 -52.90 0.33 - - Şahin Tepesi Kaynak 5320 85 7.71 169 32.7 1110 124 96.1 1892 1369 10 136 23.9 0.1 3.1 19.6 0.3 24 0.1 0.1 1.8 0.1 -4.5 -28 2 13.3 8.00 Sakızcılar * Kaynak 1100 800 14 7.1 74 16.8 2.3 0.78 14.2 19.2 280.6 0 - - - - - - - - - - - -8.79 -57.7 - - Sepetpınarı * Kaynak 1060 343 11.2 7.25 116 3 3.9 1.1 8 12 238 0 - - - - - - - - - - - -8.8 -51.7 12.8 - - T.hamam Havuzlu Kaynak 960 403 13.1 7.3 80 10 9.8 3.2 10 18 421 0 - - - - - - - - - - - -8.6 -48.2 6.7 - - Uzunpınar Kaynak 1140 393 15 7.3 71 5.5 3.9 1.4 7.1 3 251 10 15.5 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 9.3 0.1 -8.7 -52.1 12.3 - -

89

JEOTERMAL SİSTEMLERDE YAPILAN İZOTOP HİDROLOJİSİ ÇALIŞMALARI:AFYON ÖMER-GECEK JEOTERMAL SİSTEMİ ISOTOPE HYDROLOGY STUDIES IN GEOTHERMAL SYSTEMS:

AFYON-ÖMER-GECEK GEOTHERMAL SYSTEM

Berrin AKAN

Hacettepe Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeoloji (Hidrojeoloji) Mühendisliği Bölümü, 06532, Beytepe, Ankara. E.mail:bselcuk@hacettepe.edu.tr

ÖZET

Günümüzde, termal suların kökeni ve yüzeye çıkış mekanizması ile ilgili ayrıntılı bilgi edinmek amacıyla izotop tekniklerinin kullanımı oldukça yaygın bir hale gelmiştir. Jeotermal sistemlerde kullanılan başlıca izotoplar 18O, 2H ve 3H izotoplarıdır. Bunlardan 18O ve 2H gibi duraylı izotoplar hidrolojik koşullar ve akışkanı etkileyen süreçlerin değerlendirilmesinde belirgin bir rol oynamaktadır. Öte yandan, 3H gibi radyoaktif izotoplar, yaş tayini ve jeotermal rezervuarlara güncel soğuksu karışımının belirlenmesi gibi özel problemlerde yaygın olarak uygulanmaktadır. Son yıllarda jeotermal sistemlerde yapılan izotop çalışmaları, termal suların büyük bir çoğunlukla meteorik kökenli olduğunu ortaya çıkarmaktadır. Ancak, termal sulara ait 18O-2H grafikleri incelendiğinde bunların meteorik doğrudan sapma gösterdiği ve belirli bir yönelime sahip olduğu belirlenmiştir. Bu durum ise genellikle, yüksek sıcaklıklarda meydana gelen su-kayaç ilişkisi sonucu termal suların18O’ce zenginleşmesine bağlanmaktadır. Bu çalışma kapsamında Türkiye’deki önemli jeotermal alanlardan biri olan Afyon Ömer-Gecek jeotermal sistemine ait izotop verileri yorumlanmıştır. Buna göre bölgede yer alan termal sular, meteorik kökenli olup, soğuk sulara göre daha yüksek kotlardan beslenmektedir ve yeraltında daha uzun bir dolaşım süresine sahiptirler. Buna bağlı olarak da 18O içeriğinde, yüksek sıcaklıktan kaynaklanan su-kayaç etkileşimine bağlı tipik bir zenginleşme görülmektedir.

Anahtar kelimeler: Afyon, Ömer-Gecek, izotop, jeotermal, oksijen-18, döteryum

Abstract Nowadays, isotope techniques commonly used for defining the origin and flow direction of thermal waters. In many stages of geothermal development, stable isotopes such as 18O and 2H have distinct roles in defining the hydrological conditions and evaluating processes that affect the fluids. Radioactive isotopes such as 3H, on the other hand, are applied in specific problems as, dating and detection of recent coldwater inflow into geothermal reservoirs. Recent years, the isotopic investigation of geothermal systems indicates that geothermal fluids originate mainly from meteoric water. The 18O values of geothermal waters are most often higher than those of local meteoric waters, a trend in 18O-2H diagram which has termed oxygen isotope shift. This has been interpreted as a result of isotopic exchange at high temperature between the water and the rock minerals which are richer in 18O. Within the scope of this study, the isotope data of Afyon Ömer-Gecek geothermal system which is one of the important geothermal areas in Turkey were interpreted. According to this study, thermal waters in Afyon Ömer-Gecek area are originated from meteoric waters but the recharge elevation is higher than cold waters and deep circulated. As a result, enrichment in 18O is indicated which is originated from water-rock interaction at high temperatures.

90

Key words: Afyon, Ömer-Gecek, isotope, geothermal systems, oxygen-18, deuterium.

GİRİŞ İzotop, bir elementin çekirdeğinde aynı sayıda proton, farklı sayıda nötron bulunan bir veya daha fazla sayıdaki atomu olarak tanımlanabilir. Örneğin, hidrojen elementinin 1H (proton), 2H (döteryum) ve 3H (trityum) olmak üzere üç adet izotopu vardır. Bunlardan 1H ve 2H duraylı, 3H ise radyoaktiftir. Oksijen elementinin de 16O, 17O ve 18O olmak üzere üç adet izotopu mevcuttur. Doğada bulunan izotopların yanı sıra, hidrolojik çevrimin çeşitli aşamalarında hidrolojik sisteme giren çevresel izotopların jeotermal araştırmalarda kullanımı 1970’lerden beri giderek yaygın bir hal almıştır. Çalışmanın amacı ve eldeki imkanlara göre kullanılacak izotop teknikleri farklılık göstermesine rağmen jeotermal sistemlerde sıkça kullanılan izotoplar 18O, 2H ve 3H’dur. Bu çalışma kapsamında, termal suların kökenleri ve yüzeye çıkışları sırasında geçirdikleri süreçlerin belirlenmesinde izotop tekniklerinin kullanımı ile ilgili bilgi verilmesi amaçlanmıştır. Bu amaca yönelik olarak, 18O ve 2H izotoplarının jeotermal sistemlerde kullanımına yönelik bilgiler verildikten sonra, konuyu pekiştirmek üzere Afyon Ömer-Gecek jeotermal alanına ait izotopik veriler yorumlanmıştır.

JEOTERMAL SİSTEMLERDE İZOTOP HİDROLOJİSİ ÇALIŞMALARI Günümüzde jeotermal sistemlerde yapılan araştırmalarda nükleer tekniklerin vazgeçilmez bir araç haline gelmesi başlıca iki nedenden kaynaklanmaktadır: (1) İzotop oranları sıcaklıktaki değişime, su-kayaç ilişkisine, karışım ve buhar ayrışması gibi diğer fizikokimyasal süreçlere karşı hassastır. (2) İzotoplar, suyun kökeninin ve bölgesel akım yolunun belirlenmesinde izleyici olarak kullanılabilirler. 18O ve 2H gibi duraylı izotoplar hidrolojik koşullar ve akışkanı etkileyen süreçlerin değerlendirilmesinde belirgin bir rol oynamaktadır. Öte yandan, 3H gibi radyoaktif izotoplar, yaş tayini ve jeotermal rezervuarlara güncel soğuksu karışımının belirlenmesi gibi özel problemlerde yaygın olarak uygulanmaktadır.

Meteorik ve Magmatik Kökenli Termal Sular

Geçmişte jeotermal sular, kırık çatlaklar aracılığıyla yeryüzüne ulaşan jüvenil veya magmatik kökenli sular olarak kabul edilmekteydi. Ancak jeotermal sistemlerde yapılan izotop hidrolojisi çalışmaları bu suların büyük oranda meteorik kökenli sular olduğu gerçeğini ortaya çıkarmıştır. Oksijen yerkabuğunda en fazla rastlanan elementtir ve Şekil 1’de çeşitli su ve kayaç rezervuarlarında bulunan 18O miktarına ilişkin bilgi verilmektedir. Burada görüldüğü gibi 18O genellikle kayaç rezervuarlarında daha yüksek miktarda bulunmaktadır (Clark and Fritz, 1997). 18O’in tersine, 2H genelde mineral ve kayaçlardan çok sularda bulunmaktadır (Şekil 2). Bu iki izotopun zıt yapısı, yüksek sıcaklıklı sistemlerde suyun izotopik değerlendirmesi açısından büyük önem taşımaktadır (Clark and Fritz, 1997).

Truesdell and Hulston (1980), dünyadaki jeotermal sistemlerin bazılarında yeraltısuları ile termal sular arasındaki etkileşimi Şekil 3’de yer alan diyagram ile açıklamaktadır. Bu çalışmaya göre grafikte görülen meteorik doğrudan sapmalar, soğuk yeraltısuyunun magmatik veya jüvenil sularla karışımı sonucunda meydana gelmektedir. White (1974), magmatik suların izotopik bileşimini 18O= 6-9 %0 ve 2H=(-40)-(-80) %0 olarak belirlemiştir ve bu durumda karışım eğrisinin bu kompozisyona yaklaşması beklenmektedir (Clark and Fritz, 1997).

Şekil 1. Çeşitli kayaç ve su tiplerinin δ18O içeriği (Clark and Fritz, 1997)

Şekil 2. Başlıca hidrojen kaynaklarının δ2H içeriği (Clark and Fritz, 1997)

91Şekil 3. Çeşitli bölgelerdeki jeotermal suların δ18O ve δ2H içeriği (Clark and Fritz, 1997)

Bozunmuş Meteorik Kökenli Termal Sular Jeotermal suların izotopik bileşimi genellikle yerel meteorik sularla ilişkili olmasına rağmen grafiklerde meteorik suların bulunduğu doğru üzerinde yer almamaktadır. Craig (1961), tüm dünya üzerindeki değişik iklim ve cografya koşullarından topladığı yağış örneklerinin aşağıdaki eşitliğe uyduğunu belirlemiştir.

δ2H %o=a δ18O %o + d

Eğer su hiç buharlaşmamışsa “a” değeri 8 ve ortalama yağışa ait döteryum fazlasını ifade eden “d” değeri ise 10’dur. Bu eşitliği temsil eden doğru, global meteorik su doğrusu olarak adlandırılır ve Şekil 4’de görülen A-B doğrusu bu doğruyu temsil etmektedir. Şekilde görülen C-D doğrusu ise 18O değerinin artmasına karşılık 2H değerinin sabit kaldığı jeotermal suların yer aldığı doğrudur. Termal suyun sıcaklığına bağlı olarak C noktasından D noktasına doğru bir yönlenme söz konusudur. Yüksek sıcaklıklı sular bu doğrunun sağ tarafında yer almaktadır. Şekil 4’de de görüldüğü gibi jeotermal suların 18O değeri, yerel meteorik sulardan daha yüksektir (yani daha negatiftir). Bu durum yüksek sıcaklıklarda su ve kayacı oluşturan 18O’ce zengin mineraller arasındaki izotopik değişim ile açıklanabilir. Termal suların 2H içeriğinde bir değişim görülmemektedir, çünkü kayaç oluşturan minerallerde H’e az rastlanmaktadır. Bununla beraber, Giggenbach (1992) 2H değerinin de zenginleşebildiğini ve yaklaşan plaka sınırlarında yer alan pek çok jeotermal ve volkanik sistemlerde 18O ile lineer olarak arttığını bildirmiştir (Arnorsson, 2000).

δ18O

δ2H

Global Meteorik Doğru δ2H = 8xδ18O + 10

C D

A

B

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-10 -8 -6 -4 -2 2

Şekil 4. 18O-2H grafiğinin şematik gösterimi

Soğuk Su ile Termal Su Karışımı Termal suyun soğuk yeraltısuyu ile karışımı genellikle jeotermal sistemin üst kısımlarında meydana gelmektedir. Soğuk su, sıcak sudan daha yoğundur ve yeterli basınç söz konusu olduğunda sığ termal akiferlere soğuk su girişi meydana gelebilir. Soğuk su sıcak su karışımı, çözünmüş tuz konsantrasyonundaki artış veya 18O ve 2H gibi izotopların karşılaştırılması ya da klor gibi kayaçlarla reaksiyona girmeyen çözünmüş maddelerden yararlanılarak ortaya konur. Termal suların büyük bir kısmı, soğuk karışım sularına göre daha fazla klor içerirler ve bu iki suyun izotopik bileşimi birbirinden farklıdır. Genellikle, soğuk sular termal alana yakın ve kısmen daha alçak kotlara düşen yağışlardan beslenirken, termal sular daha yüksek kotlardan ve termal alana daha uzak mesafelerden beslenebilirler, her ikisi de meteorik kökenli olmasına rağmen izotopik bileşimleri farklıdır. Şekil 5’de Kaliforniya’nın Long Valley bölgesinde sıcak su kaynağı ve sığ

92

kuyulardan Mariner and Willey (1976) tarafından toplanan su örneklerinin izotopik analiz sonuçlarına ait grafik yer almaktadır. Bu garfikte A ve C noktaları meteorik suları, B (sığ sıcak su kuyusu) karışımın meydana gelmediği termal suyu ve D ise dengede olmayan buharlaşma sonucu çıkan sıcak kaynak suyunu temsil etmektedir. B ve C arasında yer alan sıcak kaynak suları ise karışım etkisinin görüldüğü sulardır (Fritz and Fontes, 1980).

Şekil 5. Kaliforniya Long Valley bölgesindeki sıcak su kaynakları ile sığ kuyulardaki 18O ve

döteryum içeriği, veriler Mariner and Willey (1976)’ya aittir (Fritz and Fontes, 1980).

AFYON ÖMER-GECEK JEOTERMAL SİSTEMİ Afyon Ömer-Gecek jeotermal alanı Türkiye’nin önemli jeotermal alanlarından biridir ve Afyon-Kütahya karayolu üzerinde Afyon’a yaklaşık 15 km uzaklıktadır. Bölgede MTA başta olmak üzere çeşitli kuruluşlar tarafından açılmış çok sayıda sıcak su kuyusu bulunmaktadır. Bu kuyulardan, 48-98 °C sıcaklıkta sıcak su elde edilmektedir.

İnceleme alanında Erişen (1972), Karamanderesi (1972), Tatlı (1973), Metin vd. (1987) ve Erkan vd. (1996) tarafından ayrıntılı jeolojik incelemeler yapılmıştır. İnceleme alanında yer alan en yaşlı birim olan Paleozoyik yaşlı şist ve mermerler sıcak sular için rezervuar kayaç özelliği göstermektedir. Sıcak su akiferinin örtü kayacını ise, Neojen yaşlı birimler (Miyosen yaşlı konglomera ve marn üyesi ile Pliyosen yaşlı marn, konglomera, kireçtaşı ve üst marn üyesi) oluşturmaktadır (Akan, 2002). İnceleme alanına ait jeoloji haritası Şekil 6’da verilmiştir. Afyon Ömer-Gecek bölgesinde yer alan sıcak sular, Na+K ve Cl’ca zengin sulardır.

Bu çalışma kapsamında Şimşek (1999) ve Tezcan vd. (2002) tarafından inceleme alanında yaptırılan izotop analizlerinin sonuçları değerlendirilmiştir. İnceleme alanında yer alan sıcak su ve soğuk su kaynakları ile kuyulardan toplanan örneklere ait izotop analizi sonuçları Çizelge 1’de yer almaktadır. Soğuk sularda 18O, –9.40 ile –11.8, sıcak sularda ise –10.1 ile –11.7 arasında değişen değerler almaktadır. Soğuk sulara ait 2H değeri –63.76 ile –80, sıcak sularda ise –74.27 ile –83 arasında değişmektedir. Bu verilere göre çizilen 18O-2H grafikleri Şekil 7’de verilmiştir. İnceleme alanına en yakın sürekli 18O-D ölçümlerine sahip olan Ankara Meteorolojik Gözlem İstasyonunda; IAEA-WMO İzotop Ağı kapsamında toplanmış yağış örneklerine ait Ankara meteorik yağış doğrusu (AMD) D=8x18O+16 olarak hesaplanmıştır. Grafikte görüldüğü gibi yağış ve soğuk yeraltısuyuna

93

Şeki

l 6.

A

fyon

Ö

mer

-Gec

ek

ve

yakı

n çe

vres

ine

ait

jeol

oji

harit

ası

(Tez

can

vd.,

2002

’den

ba

sitleşt

irile

rek

alın

mış

tır)

94

Çizelge 1. Afyon Ömer-Gecek jeotermal alanında yer alan sıcak sular ve soğuk yeraltısularına ait 18O ve 2H içerikleri

Örnekleme NoktasıÖrnekleme

Tarihi 18O 2H ReferansGecek Soğuk su 04.92 -10.7 -73 Şimşek, 1999Ömer Soğuk su 04.92 -9.4 -66 Şimşek, 1999Ömer Soğuk su 08.92 -9.6 -66 Şimşek, 1999Gecek Soğuk su 08.92 -11.8 -80 Şimşek, 1999Ömer Soğuk su 03.93 -9.6 -66 Şimşek, 1999Gecek Soğuk su 03.93 -10.6 -75 Şimşek, 1999Oruçoğlu Soğuk su 07.98 -10.1 -73 Şimşek, 1999Demirçevre-45810 07.99 -9.53 -63.76 Tezcan vd., 2002İscehisar-30082 07.99 -11.05 -73.29 Tezcan vd., 2002Oruçoğlu soğuk su kuyusu 07.99 -10.63 -72.17 Tezcan vd., 2002Demirçevre-45814 07.00 -9.40 -67.40 Tezcan vd., 2002Ismailköy-41912 07.00 -9.78 -68.00 Tezcan vd., 2002Demirçevre-45814 09.01 -9.7 -68 Tezcan vd., 2002Gecek-Uyuz hamamı sıcak su 04.92 -10.8 -80 Şimşek, 1999Gecek Hamamı 04.92 -10.9 -80 Şimşek, 1999AF-10 04.92 -10.9 -80 Şimşek, 1999AF-8 04.92 -11.0 -79 Şimşek, 1999AF-9 04.92 -10.9 -78 Şimşek, 1999AF-1 04.92 -10.3 -78 Şimşek, 1999AF-1 08.92 -10.7 -78 Şimşek, 1999AF-10 08.92 -10.8 -78 Şimşek, 1999Gecek Hamamı 08.92 -11.0 -81 Şimşek, 1999Gecek-Uyuz hamamı sıcak su 08.92 -10.9 -79 Şimşek, 1999AF-1 03.93 -10.1 -75 Şimşek, 1999AF-10 03.93 -11.2 -83 Şimşek, 1999Gecek Hamamı 03.93 -10.3 -72 Şimşek, 1999Gecek-Uyuz hamamı sıcak su 03.93 -11.0 -80 Şimşek, 1999Oruçoğlu sıcaksu AF-9 07.98 -10.4 -77 Şimşek, 1999Oruçoğlu Sıcaksu 07.98 -10.4 -76 Şimşek, 1999AF-7 07.98 -10.4 -78 Şimşek, 1999Ömer AF-7 kuyusu 07.99 -10.64 -73.56 Tezcan vd., 2002Oruçoğlu AF-9 kuyusu 07.99 -11.06 -71.27 Tezcan vd., 2002Özerler sıcaksu kuyusu 07.99 -11.07 -73.38 Tezcan vd., 2002Gecek Kaplıcaları(AF-4) 09.01 -10.8 -80 Tezcan vd., 2002Sıcak su Kuyusu 09.01 -10.7 -74 Tezcan vd., 2002Afyon-Mart 03.99 -9.83 -65.60 Tezcan vd., 2002Afyon-Mart 04.99 -10.62 -61.62 Tezcan vd., 2002Afyon-Nisan 05.99 -2.72 -10.84 Tezcan vd., 2002

Soğ

uk S

u N

okta

ları

Sıc

ak S

u N

okta

ları

Yağış

95

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

-16 -12 -8 -4 0 4δ18O

δ2 H

YağmurSoğuk YeraltısularıSıcak Su

δ2H = 8xδ18O + 10

δ2H = 8xδ18O + 16

Şekil 7. Afyon Ömer-Gecek jeotermal sisteminde yer alan su noktalarının 18O-2H grafiği

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50-12.0 -11.5 -11.0 -10.5 -10.0 -9.5 -9.0

δ18O

δ2H

Soğuk Su Sıcak Su AMD

AMD: δD = 8xδ18O + 16

AF-1

Şekil 8. Afyon Ömer-Gecek jeotermal sisteminde yer alan sıcak su ve soğuk suların 18O-2H

içeriklerinin karşılaştırılması

ait örnekler global meteorik yağış doğrusu (GMD) ile Ankara meteorik yağış doğrusu arasında yer almaktadır. Sıcak sulara ait örneklerin ise global meteorik yağış doğrusunun sağ tarafında yer aldığı ve soğuk yeraltısularına göre daha negatif 18O değeri aldığı görülmektedir. Meteorik kökenli olan sıcak sular, soğuk sulara göre daha yüksek kotlardan beslenmektedir ve yeraltında daha uzun bir dolaşım süresine sahiptir. Buna bağlı olarak da 18O içeriğinde yüksek sıcaklıktan kaynaklanan su-kayaç etkileşimine bağlı tipik bir zenginleşme görülmektedir (Şekil 8). Şekil 8’de yer alan grafikte AF-1 kuyusunun inceleme alanında yer alan en derin kuyu (905 m) olduğu göz önüne alınarak karışımın meydana gelmediği termal su olduğu düşünülürse meteorik su ile AF-1 arasında kalan

96

97

örnekler de bir miktar soğuk yeraltısuyu karışımı meydana geldiği düşünülebilir. Ancak bu yorumun desteklenmesi için diğer izotop tekniklerinden yararlanılması uygun olacaktır.

SONUÇLAR Geçmişte jeotermal sular, kırık çatlaklar aracılığıyla yeryüzüne ulaşan jüvenil veya magmatik kökenli sular olarak kabul edilmekteydi. Ancak jeotermal sistemlerde yapılan izotop hidrolojisi çalışmaları bu suların büyük oranda meteorik kökenli sular olduğu gerçeğini ortaya çıkarmıştır. Jeotermal suların izotopik bileşimi genellikle yerel meteorik sularla ilişkili olmasına rağmen grafiklerde meteorik suların bulunduğu doğru üzerinde yer almamaktadır. Bu durum yüksek sıcaklıklarda su ve kayacı oluşturan 18O’ce zengin mineraller arasındaki izotopik değişim ile açıklanabilir. Termal suların 2H içeriğinde bir değişim görülmemektedir, çünkü kayaç oluşturan minerallerde H’e az rastlanmaktadır. Örnek saha olarak ele alınan Afyon Ömer-Gecek jeotermal alanına ait izotop verilerinin incelenmesi sonucunda, sıcak sulara ait örneklerin global meteorik yağış doğrusunun sağ tarafında yer aldığı ve soğuk yeraltısularına göre daha negatif 18O değeri aldığı görülmektedir. Meteorik kökenli olan sıcak sular, soğuk sulara göre daha yüksek kotlardan beslenmektedir ve yeraltında daha uzun bir dolaşım süresine sahiptir. Buna bağlı olarak da 18O içeriğinde yüksek sıcaklıktan kaynaklanan su-kayaç etkileşimine bağlı tipik bir zenginleşme görülmektedir.

KATKI BELİRTME Yazar, bu çalışmada Hacettepe Üniversitesi - Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi (UKAM) tarafından Devlet Su İşleri (DSİ) Genel Müdürlüğü adına yürütülen “Akarçay Havzası Hidrojeolojisi ve Yeraltısuyu Akım Modeli” projesi kapsamında toplanan izotop verileri ve Hacettepe Üniversitesi - Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi (UKAM) tarafından IAEA adına yapılmış “The Use of Isotope Techniques in Problems Related to Geothermal Exploitation” projesi kapsamında toplanan izotop verilerinin kullanılması konusunda göstermiş oldukları hoşgörü için adı geçen kurumlara teşekkürü bir borç bilir.

YARARLANILAN KAYNAKLAR

Akan, B., 2002, Afyon Ömer-Gecek Sıcak Su Akiferi Hidrojeolojik Modeli, Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Jeoloji (Hidrojeoloji) Mühendisliği Anabilim Dalı Doktora Tezi, Ankara, 90s.

Arnorsson, S., 2000, Isotopic and Chemical Techniques in Geothermal Exploration, Development and Use, Sampling Methods, Data Handling, Interpretation, International Atomic Energy Agency, Vienna, 351p.

Clark, I.D., and Fritz, P., 1997, Environmental Isotopes in Hydrogeology, Lewis Publishers, New York, 328p.

Erişen, B., 1972, Afyon-Heybeli (Kızılkilise) jeotermal araştırma sahasının jeolojisi ve jeotermal enerji olanakları. MTA Rapor No:5490, Ankara.

Erkan, Y., Bayhan, H., Tolluoğlu, Ü., Aydar, E., 1996, Afyon Yöresi, Metamorfik ve Volkanik Kayaçlarının Jeolojik, Petrografik ve Jeokimyasal İncelenmesi. TÜBİTAK Proje Raporu, Proje No: YBAG-004/DPT.

Fritz, P., and Fontes, J.Ch., 1980, Handbook of Environmental Isotope Geochemistry, Volum1 1, The Terrestrial Environment, A, Elsevier Scientific Publishing Company, 545p.

98

Giggenbach, W.F., 1992, Isotopic Shifts in Waters From Geothermal and Volcanic Systems Along Convergent Plate Boundaries and Their Origin, Earth Planet. Sci. Lett. 113, 495-510.

Karamanderesi, İ.H., 1972, Afyon K24-b Paftası Detay Jeoloji Etüdü ve Jeotermal Alan Olanakları Hakkında, MTA Rapor No: 5733, Ankara.

Mariner, R.H., and Willey, L.M., 1976, Geochemistry of Thermal Waters in Long Valley, Mono County, California, J. Geophys. Res., 81:792-800.

Metin, S., Genç, İ. ve Bulut, V., 1987, Afyon ve Dolayının Jeolojisi, Rapor No: 2113, Ankara.

Şimşek, Ş., 1999, Uluslararası Atom Enerji Ajansı (IAEA) Projesi - The Use of Isotope Techniques in Problems Related to Geothermal Exploitation, IAEA Coordinated Research Program between HU-UKAM and IAEA, Research Contract No 9829/RO-R1.

Tatlı, S., 1973, Afyon-Gazlıgöl-Susuz Alanının Jeolojisi ve Jeotermal Enerji Olanakları, MTA, Rapor No: 2588, Ankara.

Tezcan, L., Meriç, B.T., Doğdu, N., Akan, B., Atilla, A. Ö., Kurttaş, T., 2002, Hacettepe Üniversitesi - Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi (UKAM)-Devlet Su İşleri (DSİ) Genel Müdürlüğü, “Akarçay Havzası Hidrojeolojisi ve Yeraltısuyu Akım Modeli”, Final Raporu, Ankara (yayımlanmamış)

Truesdell, A.H., and Hulston, J.R., 1980, Isotope Evidence on Environments of Geothermal Systems, Handbook of Environmental Isotope Geochemistry (FRITZ, P., FONTES, Ch.J., Eds), 1, 179-226.

White, D.E., 1974, Diverse Origins of Hydrothermal Ore Fluids, Economic Geology, 69:954-973.

99

NİĞDE MİSLİ OVASINDA İZOTOP TEKNİKLERİ KULLANILARAK YERALTISUYU KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ

DETERMINATION OF GROUNWATER CHARACTERISTICS BY USING

ISOTOPE TECHNIQUES IN THE NİĞDE MİSLİ PLAIN

Nihal BAŞARAN *, Uğur SÜRAL **

* Fizikçi DSİ Genel Müd. Jeotek. Hiz. ve YAS Dai. Bşk. karst@dsi.gov.tr** Jeoloji Müh. DSİ Genel Müd. Jeotek. Hiz. ve YAS Dai. Bşk. karst@dsi.gov.tr

ÖZET Bu çalışma, Niğde–Misli ovasında izotop teknikleri kullanılarak yeraltısuyu hareketlerinin ve beslenme sahalarının belirlenmesi amacıyla yapılmıştır. Niğde ilinin 30 km kuzeyinde yeralan Misli ovasında değişik amaçlı, çok sayıda su sondaj kuyusu açılmış olup, yoğun bir yeraltısuyu işletmesi yapılmaktadır. Bu çalışma kapsamında, ovada ve beslenme sahasında amaca uygun şekilde belirlenen su sondaj kuyularından ve kaynaklardan, yağışlı ve kurak mevsimde su örnekleri alınarak izotop analizleri ile kimyasal analizleri yaptırılmış ve sonuçları değerlendirilmiştir. Misli ovasında jeotermal etki ve sulamadan dönen buharlaşmış sular, yeraltısuyunun izotopik kompozisyonunu ova genelinde etkilemekte ve son derece karmaşık bir hale sokmaktadır. Önceki yıllarda yapılan çalışmalara ait hidrojeolojik ve izotop verilerinin de kullanıldığı bu çalışma sonucunda, yağış-yükseklik ilişkisi araştırılmış, ova beslenim kotları hesaplanmış, jeotermal etki ve sulamadan dönen suların izotopik komposizyonları ne derecede etkilediği ve ayrıca ova beslenim-boşalımını açıklayacak şekilde yeraltısuyu hareketleri ortaya konulmaya çalışılmıştır. SUMMARY This study has been performed in order to define groundwater movement of the Niğde-Misli aquifer, determine the recharge of the basin by using isotope techniques. Nigde-Misli Plain situated in the southern part of the Central Anatolia,forms a closed basin which is boundaried by high mountains,such as Melendiz mountains in the west.The area of the Niğde- Misli plain is 350 sq km and its average altitude is 1340 m. Continental climate is dominant in the region.In the plain a few thousand exploration wells have been drilled for irrigation purposes and groundwater management plan has been carried out densely. Besides the conventional methods, hydrogeological investigations need to be supported by the isotopic methods to solve the tackled problems. In this purpose,groundwater and surface waters sample collected from springs and drilled wells during wet and summer periods were analysed to

100

determine their isotopic and chemical components.Evaluated data has been compared with the data of the previous isotope hydrology investigation. As a result of this study, depending on the hydrogeological and isotope investigations, the altitude effect, recharge altitude of the plain, geothermal and irrigation effect, relation between the groundwater recharge and discharge have been explained clearly. 1-GİRİŞ Bu çalışma, Niğde Misli Ovasında izotop teknikleri ile yeraltısuyu hareketlerinin ve beslenme sahalarının belirlenerek hidrojeolojik çalışmaları desteklemesi amacıyla yapılmıştır. Ovadaki sondaj kuyuları ve kaynaklardan alınan su örneklerinin oksijen-18, döteryum, trityum ve su kimyası analizleri yapılmış ve hidrojeolojik bilgilerin ışığında bu analizler değerlendirilmiştir. Misli Ovası, Niğde İlinin 30 km kuzeyinde, Orta Anadolu kapalı havzasının kuzeybatısında yer alır. Ova güneyden Melendiz yükselimi, diğer yönlerden ise volkaniklerden oluşan ufak tepelerle çevrilidir. Havzanın kuzeyinde Çardak ve Acıgöl ovaları, doğusunda Yeşilhisar ve Develi ovaları, güneyinde Konaklı ovası, batısında Bekarlar ovası ile çevrilidir. Ortalama yükselti 1340 m dir.

Jeoloji

Jeolojik yönden Misli havzası derinlik kayaçları ile volkanik kayaç grupları yer almaktadır. Havzaya karakteristik bir yapı kazandıran volkanikler, özellikle havza çıkışı olan kuzeybatıda oldukça karmaşıktır. Öyle ki bu bölgede yer alan volkan bacaları faaliyetleri sonucunda havza çıkışı kapanmış ve yükselmiştir. Havzada jeolojik temeli Kreatese’ye ait Gabrolar oluşturur. İnli köyü batısında ve Mazı köyü civarında görülür. Bunun dışında havzanın büyük bir bölümünü tüf, tüfit, andezit ignimbirit konglomera, kumtaşından oluşan Miyosen volkanik sedimanter kayaçlar ile kaplıdır. Ayrıca kuvaterner’e ait genç volkanizma ürünü olan bazalt ve andezitler görülür. Ova alanı ise kil kum çakıldan oluşan Kuvaterner alüvyon ile kaplıdır. Ova jeolojisi Harita-1 de verilmiştir. Hidroloji Misli Ovasında yazları sıcak ve kurak, kışları soğuk, gündüz ile gece ve yaz ile kış ayları arasında aşırı sıcaklık farkı bulunan kara iklimi hüküm sürmektedir. En yüksek sıcaklıklar Temmuz ile Ağustos aylarında 34-36 oC arasında ve en düşük sıcaklıklar ise Ocak ve Şubat aylarında –15 ile –18 oC olmaktadır. Yıllık ortalama yağış 347 mm civarındadır. İnceleme alanında Gölcük ve Derinkuyu Devlet Meteoroloji İstasyonları bulunmaktadır. Kotu 1275 m olan Gölcük DMİ nun 1967 ile 1983 yılları arasındaki ölçüm sonuçlarına göre 16 yıllık ortalama yağış değeri 338.6 mm/yıl, kotu 1300 m olan Derinkuyu DMİ nun 1963-1990 yılları arasındaki 26 yıllık ortalama yağış değeri ise 322.1 mm/yıl dır.

Ovada sürekli akış görülmez. Volkanik ve kaba malzemelerden oluşan örtünün geçirimli olmasından dolayı yüzey suları ve tüm akarsular ovaya ulaşmadan buharlaşır veya yeraltına süzülürler. Misli Ovasındaki en önemli kaynaklar, ovanın kuzeybatısındaki Gülağaç ve Gürpınar kasabaları arasında değişik bazalt akıntılarından boşalan çıkan Ağaçlı kaynak grubudur. Bu kaynak grubunun 1970-1997 yılları arasında yapılan ölçümlerine göre maksimum debisi 4740 l/s (1971 yılı 5. ay ), minimum debisi 913 l/s (1980 yılı 7. ay) dir. Ova boşalımını temsil eden Ağaçlı Kaynakları dışında Misli Ovasında önemli bir kaynak boşalımı mevcut değildir. Ancak yüksek kotlarda yağışlara bağlı olarak oluşan mevsimlik kaynaklar görülür. Misli Ovasında DSİ, resmi kuruluşlar ve çiftçiler tarafından değişik amaçlı çok sayıda sondaj kuyusu açılmış olup, yoğun yeraltısuyu işletmesi yapılmaktadır. Kuyuların açıldıkları yerlere bağlı olarak derinlikleri 50 ile 250 m arasında, kuyu verimleri ise birkaç litreden 60 l/s ‘ ye kadar değişmektedir. Sondaj kuyularından alınan su örneklerinin listesi Tablo.1 de verilmiştir. 2-İZOTOP VERİLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ Yağışta Kararlı İzotoplar Misli Ovasında yağış istasyonlarının kapalı olmaları ve ayrıca 1975 yılına ait “Determination of Groundwater Characteristics In The Niğde Misli Plain By Means Of Isotopes” adlı raporda yağış örneklerine ait verilerin bulunması nedeniyle bu çalışmada yağış örnekleri toplanmamıştır. Ancak yağışı temsil ettiği düşünülen farklı kotlardaki kaynaklardan yağışlı ve kurak mevsimlerde su örnekleri alınarak analizleri yapılmıştır. Bu kaynaklar, Boztepe kaynağı (NMK-1), Sazlık kaynağı (NMK-5), Kocapınar kaynağı (NMK-7) ve Pınarbaşı kaynağı (NMK-8) dır. Bu su noktalarının kotları ve izotop değerleri aşağıda verilmiştir.

Yılı Kotu (m) δ18O(%o) δD(%o) T(TU)Su Noktası Boztepe kay.(NMK-1) 1998 1598 -12.82 -83.93 11.2

Sazlık kay.(NMK-5) 1998 1402 -11.27 -70.49 13.0 Kocapınar kay.(NMK-7) 1998 1595 -11.78 -77.00 12.9 Pınarbaşı kay.(NMK-8) 1998 1700 -12.53 -82.33 13.4 Murtaza 1971 1800 -14.70

Gölcük 1971 1300 -9.20

101

Misli Ovasında yağışı temsil ettiği kabul edilen noktaların oksijen-18 ve döteryum değerleri, karasal yağışlar (δD=8δ18O +10) ile Akdeniz tipi yağışların (δD=8δ18O+22 ) arasında yer almaktadır (Grafik.1). Lokal yağışları temsil eden doğrunun denklemi δD=9.2δ18O+33, r2=0.94 olarak hesaplanmıştır.

δ D = 8δ 18O + 10

δ D= 8δ 18O + 22

δ D = 9,2δ 18O + 32,5R2 = 0,94

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-14 -13 -12 -11 -10 -9 -8

O-18 %o

D %

o

Grafik –1 Yağışların O-18 D Değişimi

Yağışta Trityum Misli Ovasında yağışı temsil ettiği kabul edilen kaynakların trityum içerikleri 11 ile 13.5 TU civarındadır. Bu su noktalarına ait trityum değerleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Kaynak No

Kaynak Adı Tarih T (TU)

NMK-1 Boztepe kay. 14.07.1998 11.20 22.10.1998 11.00 01.06.1999 10.75

NMK-5 Sazlık kay. 17.07.1998 13.05 13.10.1998 13.00 01.06.1999 13.60

NMK-7 Kocapınar 13.10.1998 12.90 01.06.1999 13.25

NMK-8 Pınarbaşı 13.10.1998 13.40

Yağışların trityum içeriğinin mevsimsel değişimi, yeraltısuyunun giriş fonksiyonunun belirlenmesinde kullanılabilmektedir. Yeraltısuyu çalışmalarında ise beslenme zamanı ve beslenme mekanizması hakkında bilgi vermektedir. Uzun yıllar ölçümü bulunan Ankara ve Antalya yağışlarının trityum değerleri ile karşılaştırıldığında yukarıdaki tabloda yer alan değerler şu andaki ortalama trityum değerlerini temsil etmektedir.

102

Yeraltısuyunda Kararlı İzotoplar Çalışma süresince Misli Ovasında 9 kaynak , 2 göl suyu ve 36 sondaj kuyusu olmak üzere toplam 47 su noktasından 7.1998 , 10.1998 ve 6.1999 tarihlerinde olmak üzere 3 kez toplu su örneği alınarak analizleri yapılmıştır. Örnek alınan su noktalarının lokasyonları Harita-2 de verilmiştir. Sondaj kuyu derinlikleri (DSİ ve Şahıs Kuyuları ) 30-150 m arasında değişmekte olup, kuyuların tamamında volkanik kökenli alüvyon ve volkanik birimler geçilmiştir. Misli Ovasında örnek alınan bütün noktaların 7.1998 , 10.1998 ve 6.1999 tarihlerine ait oksijen-18 e karşılık döteryum değerleri Grafik 2,3,4 da ayrı ayrı görülmektedir.

Grafik-2 Su Noktalarının O-18 D Değişimi

103

Grafik-3 Su Noktalarının O-18 D Değişimi

O-18 D Grafiği (7.ay 98)

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7O-18 (%o)

D (%

o)

NMS-11

NMS-10

NMK-5

δ D = 8 δ 18O + 22

δ D=8δ 18O+10

O-18 D Grafiği (10.ay 98)

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7O-18 (%o)

D (%

o)

NMG-2

NMS-11NMS-9

δ D=8δ 18O+22 δ D=8δ 18O+10

Grafikler incelendiğinde 6.aydaki su örneklerinin izotopik komposizyonları meteorik su doğrusu üzerinde yer almalarına karşın kurak aylara gidildikçe (7.ay ve 10.ay) Akdeniz tipi yağış doğrusuna doğru kaydığı görülmektedir. Bu farklı dağılım, 1-Misli ovasındaki jeotermal etkiden, 2-Çok yoğun yeraltısuyu işletmesi bulunan ovada sulamadan dönen suların hızlı bir şekilde yeraltına katılmasından kaynaklanmaktadır.

O-18 D Grafiği (6.ay 99)

δ D = 8δ 18O + 10δ D = 8δ 18O + 22

-95

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7O-18 (%o)

D (%

o) NMS-12

Grafik-4 Su noktalarının O-18 D Değişimi

Bu nedenlerden dolayı su örneklerinin izotopik komposizyonları önemli ölçüde etkilenmekte ve aylara göre farklı dağılımlar göstermektedir. Ovada sulama 15 Mayıs-1 Eylül tarihleri arasında yapılmaktadır.10.cu aydaki izotop değerlerinin lokal yağışlara daha yakın çıkmasının nedeni de bu tarihte sulamanın bitmesi ve sulamadan dönen suların etkisinin nispeten ortadan kalkmasıdır. Başka bir deyişle su örneklerinin Ekim ayındaki değerleri beslenimi daha gerçekçi yansıtmaktadır. Ekim ayı grafiği incelendiğinde oksijen-18 değerlerinin –7.5%o ile –12.5%o arasında değiştiği görülmektedir. Su noktalarının Meteorik su doğrusu ile Akdeniz doğrusu arasında lokal yağış doğrusuna yaklaştığı ancak NMS-9, NMS-11 ve NMG-2 nolu örnekler bu gruptan ayrılmaktadır. Buna göre iki ana grup ayırt edilmiştir. I.Grup: Meteorik Su Doğrusu üzerinde yer alan noktaları temsil eden gruptur. Bu grup kendi içinde 3 alt gruba ayrılmıştır. I.A. δ18O değerleri –12 %o ile –12.50 %o δD değerleri –82.00 %o ile –85 %o arasında olup beslenimi temsil eden sulardır. Bu grupta NMS-4, NMS-30, NMS-31, NMS-32, NMK-2 ve NMK-8 nolu kuyu ve kaynaklar yer almaktadır.

104

105

I.B. δ18O değerleri –10.50 %o ile –11,8 %o δD değerleri –70 %o ile –79 %o arasındadır. Bu grupta yer alan suların sıcaklıkları 12.7 ile 26.8 0C arasında değişmekte olup,bu sular genel olarak Melendiz dağının eteklerinde bulunmaktadır. Bu gruptaki sularda 6.cı ve 7.ci aylarda çekim etkisi ve sulamadan dönen suların etkisiyle Meteorik su doğrusundan önemli sapmalar meydana gelmektedir. NMS-6, NMS-7, NMS-10, NMS-12, NMS-13, NMS-16, NMS-18, NMS-19, NMS-20, NMS-21, NMS-22, NMS-24, NMS-26, NMS-36 nolu kuyular grup I-B de yer almaktadır.

I.C. δ18O değerleri –9.40 %o ile –10.50 %o δD değerleri –71.00 %o ile –76 %o arasındadır. Bu gruptaki sular genel olarak ova kotunda yer alan sondaj kuyuları NMS-3, NMS-5, NMS-14, NMS-23, NMS-27, NMS-33, NMS-35 ile ova boşalımını karakterize eden NMK-3 ve NMK-6 nolu kaynaklardan oluşmaktadır. II.Grup : δ18O değerleri –7.80 %o ile –8.85 %o δD değerleri –66.00 %o ile –70.00 %o arasındadır. NMS-9, NMS-11 nolu sondaj kuyuları ile Gülağaç boşalımını temsil eden NMG-2 nolu göl suyundan oluşmaktadır. Sıcak Sular Niğde Misli Ovasında örnek alınan bütün noktalarda yeraltısuyu sıcaklıkları nispeten yüksek olup, sıcaklıklar 12,7-26,8 0C arasında değişmektedir. Yeraltısuyu sıcaklıklarının en belirgin artış gösterdiği sahalar Melendiz Dağının eteklerinde yer alan İnli, Hassaköy, Bağlama köyleri civarı ile ova boşalım sahasına yakın olan Acıgöl civarıdır. Burada yeralan NMS-17 nolu örnek noktasındaki sondaj kuyusu artezyen yapmakta olup, sıcaklığı 650C dir. Kuyu derinliği 110 m olan kuyuda tamamen volkanik birimler geçilmiştir. Jeotermal etkinin görüldüğü su noktalarının izotop komposizyonlarında mevsimlere göre önemli farklılıklar ortaya çıkmaktadır. İnli , Bağlama civarındaki su noktalarının (NMS-4, NMS-9, NMS-10, NMS-11, NMS-12, NMS-13 ) 7.1998, 10.1998 ve 6.1999 tarihlerindeki analiz sonuçlarına göre çizilen δ18O – δD grafiğinde (Grafik-5) bu etki açıkça görülmektedir. Bu su noktalarında çekim etkisine bağlı olarak izotop komposizyonlarında önemli farklılıklar meydana gelmekte oksijen-18 değerlerinde yaklaşık 3%o lik değişim görülmektedir. Bu durum çekimin artmasıyla birlikte daha yüksek jeotermal etkiye sahip derindeki yeraltısuyunun izotop komposizyonuna olan etkisinden kaynaklanmaktadır. Sıcaklıkları yüksek olmakla birlikte NMS-18, NMS-20, NMS-24 nolu su noktalarının izotop komposizyonlarında önemli bir değişim gözlenmemiştir.

O-18 D Grafiği

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-13 -12 -11 -10 -9 -8 -7

O-18 %o

D %

o

(Sıcak Sular)

D=8 18O+10

NMS-11 NMS-9

NMS-9

NMS-10

NMS-10 NMS-11NMS-12

Grafik-5 Sıcak Su Noktalarının 7/1998,10/1998,6/1999 Tarihlerindeki O-18 D Değişimi

Yükseklik Etkisi Misli Ovasında 1971 yılında yapılan çalışmadaki oksijen –18 değerleride kullanılarak yağış yükseklik eğrisi çizilmiş ve ovadaki beslenme kotları araştırılmıştır. Aşağıdaki tabloda yağış istasyonlarının kota karşılık O-18 değerleri verilmiştir. Su noktalarının O-18 değerlerinin yağış-yükseklik grafiği üzerinde işaretlenmesi sonucunda ovanın beslenme yüksekliğinin yaklaşık 1400-1500 m kotlarına karşılık geldiği görülmüş ve Misli ovası için bu kotların 100 m alt ve üst değerleri (1300-1600) etkin beslenim sahası olarak kabul edilmiştir Grafik-6.

Kot (m) δ18O (%o) Yağış İst.

Murtaza 1800 -14.70 NMK-1 1598 -13.20 NMK-8 1700 -12.58 Gölcük 1300 -9.20

Yeraltısuyunda Trityum Misli Ovasında ova kotunda ve beslenim sahasında yer alan su örneklerinin trityum değerleri 0-19 TU arasında değişmektedir. Trityum değerlerinin, sondaj kuyu bilgileri ve kimyasal analiz sonuçlarıyla birlikte değerlendirilmesi neticesinde aşağıdaki sonuçlar ortaya çıkmaktadır.

106

Ova genelinde trityum değerleri sondaj kuyu değerlerine bağlı olarak farklılık göstermektedir. Özellikle ovanın orta kesimlerinde yer alan ve derinlikleri 30-70m arasındaki NMS-7, NMS-8, ve NMS-14 nolu sondaj kuyularına ait trityum

y = -83x + 568R2 = 0,89

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

-15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8

O-18 %o

Yüks

eklik

(m)

Grafik-6 Su Noktalarının O-18 Yükseklik Değişimi değerleri 8-20 TU arasında iken, ova kotunda derinliği 150m ve 150m’nin üzerinde açılmış olan sondaj kuyularına ait trityum değerleri 0-4 TU arasındadır. Trityum değerleri düşük olan sular (0-1TU) ovanın güneybatısında, Melendiz dağı eteklerinde, Konaklı civarında (NMS-4, NMS-5, NMS-36) ve ova boşalım sahasına (NMS-20, NMS-21, NMK-4) yakın kesimlerde yer almaktadır. Bu sular muhtemelen tektonizmaya bağlı olarak dolaşımda uzun süre kalan ve sıcaklıkları 20 0C ‘nin üzerindeki sulardır. Trityum bakımından yaşlı suları temsil eden bu örneklerin kimyasal analizleri incelendiğinde, bazı noktaların yüksek EC ve Cl- değerlerine karşılık diğerlerinde EC ve Cl- bakımından son derece düşük değerler görülmektedir. Trityum değerleri ile kimyasal analiz sonuçları arasındaki bu çelişki yorum yapmayı güçleştirmektedir. Misli Ovasının güney doğusunda kapalı bir drenaj sahası olan Aşlama, Çarıklı civarındaki kuyu ve kaynakların trityum değerleri 1.5–14 TU arasında değişmektedir. Hidrojeolojik yönden Misli ovasından ayrılmakla beraber izotop değerleri Misli ovasıyla benzeşim gösterdiğinden herhangi bir ayırım yapmak mümkün olamamıştır. Ancak bu kesimdeki suların Misli ovasına göre daha genç, başka bir deyişle dolaşımda daha kısa süre kalan suları temsil ettiği söylenebilir. Trityum değerleri ile δ18O ve klorür değerleri karşılaştırılarak Misli Ovasındaki sular gruplandırılmıştır. T-δ18O ve T-Cl- grafiklerinde (Grafik-7,Grafik-8) üç grup su ayırt edilmektedir.

107

I.Grup suların trityum değeri 10 TU dan yüksektir. Bu gruba NMK-5, NMK-7, NMK-8, ve NMS-8 nolu kaynak ve kuyular girmektedir. Bu sular yeni yağışların etkisindedir.

O-18 T Grafiği (6.ay 99)

0

5

10

15

20

-14 -13 -12 -11 -10 -9 -8

O-18 (%o)

T (T

U)

NMS-14

NMK-1

NMK-7

NMK-9NMS-8NMS-2

NMS-12

Grafik-7 Su Noktalarının O-18 –Trityum Değişimi

Cl-T Grafiği (6.ay 99)

0

5

10

15

20

0 100 200 300 400 500

Cl (mg/l)

T (T

U)

NMS-14

NMS-28

NMK-5

NMS-20

Grafik-8 Su Noktalarının Cl – Trityum Değişimi II.Grup suların trityum değeri 5-10 TU arasındadır. Bu gruptaki sular karışım suları olarak tanımlanmıştır. III.Grup suların trityum değeri 0-5 TU arasındadır ve dolaşımda uzun süre kalan ve derin akiferdeki yeraltısularını temsil etmektedir. Ayrıca sıcak sular olan NMS-11 , NMS-20 , NMS-27 ,

108

109

NMS-28 nolu örnek noktalarıda bu gruba girmekte olup gerek δ18O içeriği gerekse daha yüksek klorür değerleri ile bu grup içerisinde ayırt edilebilmektedir. SONUÇ Misli ovasındaki izotop verileri değerlendirilerek aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır. 1- Ovada izotop değerleri bakımından karmaşık bir yapı gözlenmiştir. Özellikle oksijen-18, döteryum , trityum ve kimyasal değerler arasında önemli farklılıklar vardır. Bu durum gerek Misli ovasının karmaşık hidrojeolojik yapısı , gerekse ovadaki yoğun yeraltısuyu işletmesi sonucu büyük oranda sulamadan dönen sulardan kaynaklanmaktadır. İzotop verileri , yeraltısuyu hızının ve süzülme oranının, beslenme alanı ve ova alanında yüksek olduğunu göstermektedir. Sulamadan dönen sular buharlaşmaya maruz kaldıktan sonra hızla yeraltına süzüldüğünden oksijen-18 ve döteryum değerlerini etkilemektedir.

2- Oksijen-18 ve döteryum değerleri ova alanında genel olarak –10 %o iken beslenme sahasına yakın kesimlerde –12%o dir. Ovadaki değerlerde buharlaşmaya maruz kalan sulamadan dönen suların etkiside düşünüldüğünde, bu değerlerin beslenme alanındaki değerlere yakın olması beklenir. Bu durum Misli ovasında gerek beslenme sahası gerekse ova alanında yaygın bir beslenim olduğunu göstermektedir.

3- Yağıştaki izotop değerleri ile yükseklik etkisi araştırılmış ve sonucunda etkin beslenim yüksekliğinin 1300-1600m kotlarından olduğu belirlenmiştir. Misli ova kotu 1300m civarındadır. 4- Misli ovasının beslenim alanının belirlenmesi bakımından ovanın güney doğusunda yeralan Aşlama, Çarıklı, Karaatlı civarı ile ova batısında Çiftlik civarında su örnekleri alınarak izotop analizleri yaptırılmıştır. İzotop değerleri Misli ovasıyla benzerlik göstermekle birlikte bu sahaların arazi gözlemleri sonucunda Misli ovasıyla beslenim ilişkisinin olmadığı düşünülmektedir. 5-Misli ovasındaki trityum değerlerine göre, ovada güneydoğu kuzeybatı istikametinde (Konaklı, Ağaçlı kaynakları) bir yeraltısuyu hareketi olabileceği görülmüştür. Ovadaki trityum değerlerinde özellikle Kuyulutatlar civarına kadar belirgin bir azalma görülmektedir. Kuyulutatlardan itibaren Ağaçlı kaynaklarına kadar olan kesimde ise nispeten daha genç suların katılımı ile (Çakıllı, Doğalar, Ağıllı, Kurugöl civarı) trityum değerlerinde yeniden yükselim görülmektedir. Ağaçlı kaynaklarının izotop değerleride Misli ovasından gelen daha yaşlı sular ile ovanın kuzey kesiminden gelen nispeten daha genç suların ortalama değerini yansıtmaktadır.

6- Özellikle ovanın orta kesimlerinde Kiledere, Alayköy ve Tırhan köyleri civarında derinlikleri 30-70m arasındaki sondaj kuyularının trityum değerleri 10-14 TU arasında iken, derin sondaj kuyularında (150m’nin üstünde) trityum değerleri 0-5 TU arasında değişmektedir. Bu durum, muhtemelen akiferin ilk 50-70 m’lik sığ kesiminin daha çok lokal yağışların, bu derinliğin altında kalan kesiminin ise beslenim sahasından gelen ve dolaşımda daha uzun süre kalan yeraltısuyunun etkisinde olmasından kaynaklanmaktadır.

110

7- Ovanın batısındaki Melendiz dağı eteklerinde özellikle İnli, Bağlama civarında yeralan sondaj kuyularında jeotermal alan etkisi görülmektedir. Bu durum izotopik kompozisyonu önemli ölçüde etkilemektedir. Ova genelinde bazı sondaj kuyularında da bu durum söz konusudur. Jeotermal alan etkisinin araştırılması daha detaylı çalışmayı gerektirmektedir. 8- Sulamadan dönen sular ve jeotermal etki nedeniyle izotop değerleri kullanılarak rezervle ilgili bir değerlendirme çalışması yapılması uygun görülmemiştir. YARARLANILAN KAYNAKLAR 1-Bursalı,S. Ertan,İ. Günay,G. Önhon, E. Yalçın,H. Determination Of Groundwater Characteristics In The Niğde-Misli Plain By Means Of Isotopes. DSİ, ANKARA, 1975 2-Yurdagül,M. Niğde-Misli Havzası Hidrojeolojik Revize Etüt Raporu. DSİ, ANKARA,1998 3-Guidebook On Nuclear Techniques In Hydrology. IAEA, 1983 4-Stable Isotopes Hydrology. IAEA, 1981 5-Hidrolojide İzotoplar Ve Nükleer Teknikler. DSİ, 1987

111

Yer Tarih Cl Mg/l

O-18 %o

D %o

T (TU)

NMS-1 14 /07/1998 61,77 -12,56 -83,69 1,70 NMS-2 14/07/1998

01/06/1999 15,98 60,35

-10,02 -12,24

-72,81 -83,16

7,60 6,30

NMS-3 14/07/1998 14/10/1998 01/06/1999

17,04 18,46 19,52

-10,53 -10,13 -10,66

-78,30 -75,22 -79,96

2,00 2,10 2,20

NMS-4 14/07/1998 14/10/1998 01/06/1999

7,81 9,59 9,94

-11,15 -12,10 -10,64

-77,72 -81,92 -82,43

0,10 0,00 0,40

NMS-5 14/07/1998 14/10/1998 01/06/1999

16,69 17,04 17,04

-10,50 -9,80

-10,61

-77,86 -72,98 -78,96

0,80 0,95 0,95

NMS-6 14/07/1998 21/10/1998 01/06/1999

23,79 26,27 24,85

-10,70 -11,33 -10,91

-76,75 -77,04 -81,89

1,70 1,45 1,50

NMS-7 14/07/1998 21/10/1998 01/06/1999

10,65 11,72 14,20

-10,71 -11,00 -10,72

-76,80 -69,86 -81,90

13,95 14,00 14,20

NMS-8 14/07/1998 21/10/1998 01/06/1999

35,50 38,34 40,12

-10,39 -10,79 -10,59

-71,24 -77,41 -79,88

8,90 8,20 7,45

NMS-9 14/07/1998 22/10/1998 01/06/1999

12,78 12,07 12,07

-10,95 -8,85

-11,06

-71,87 -66,22 -74,38

1,65 0,30 0,85

NMS-10 14/07/1998 22/10/1998 01/06/1999

49,70 49,35 28,40

-8,11 -11,18 -11,55

-66,40 -78,47 -79,56

0,70 0,70 0,50

NMS-11 15/07/1998 20/10/1998 01/06/1999

440,20 390,5 404,7

-7,83 -8,23

-10,05

-66,78 -68,55 -72,13

0,80 0,55 0,35

NMS-12

15/07/1998 20/10/1998 01/06/1999

7,10 8,52

10,65

-9,77 -10,69 -8,71

-77,21 -75,62 -76,78

2,30 2,40 2,60

NMS-13 15/07/1998 20/10/1998 01/06/1999

5,68 7,81

13,12

-8,47 -10,71 -10,97

-56,12 -76,18 -76,89

1,00 0,70 0,55

NMS-14 15/07/1998 20/10/1998 01/06/1999

36,92 30,53 35,50

-10,23 -10,47 -9,91

-79,26 -72,66 -74,92

19,85 6,00

13,85 NMS-15 15/07/1998

01/06/1999 6,39

15,98 -12,21 -10,93

-81,71 -78,92

2,40 3,40

NMS-16 15/07/1998 14/10/1998

5,68 6,04

-11,45 -11,40

-74,56 -74,72

3,40 4,85

NMS-17 15/07/1998 401,15 -10,14 -73,88 2,10 NMS-18 15/07/1998

16/10/1998 01/06/1999

19,88 18,82 15,987

-10,51 -10,63 -10,28

-74,33 -75,45 -75,85

1,60 1,45 1,85

NMS-19 15/07/1998 16/10/1998 01/06/1999

13,14 12,43 10,30

-11,09 -11,09 -10,69

-79,06 -77,64 -83,02

0,90 2,05 2,80

NMS-20 16/07/1998 16/10/1998 01/06/1999

133,13 165,08 122,48

-9,74 -10,51 -10,06

-72,21 -72,34 -74,21

0,40 0,25 0,40

NMS-21 16/07/1998 16/10/1998 01/06/1999

27,69 24,14 27,69

-11,12 -10,96 -11,09

-79,01 -76,73 -81,32

0,00 1,50 1,55

NMS-22 16/07/1998 22/10/1998 01/06/1999

34,79 36,92 35,50

-9,77 -10,54 -10,25

-74,54 -74,54 -78,74

1,40 2,20 2,20

NMS-23 16/07/1998 13/10/1998 01/06/1999

8,52 9,23

10,30

-10,36 -10,42 -10,46

-75,42 -70,95 -80,08

1,40 1,60 1,50

NMS-24 16/07/1998 16/10/1998 01/06/1999

42,60

47,93

-10,12 -1054 -10,04

-74,49 -74,41 -71,78

1,40 1,70 1,90

NMS-25 16/07/1998 8,52 -9,27 -72,63 5,30

Yer Tarih Cl Mg/l

O-18 %o

D %o

T (TU)

NMS-26 16/07/1998 21/10/1998

50,41 69,23

-10,49 -10,86

-71,16 -73,20

2,70 2,40

NMS-27 20/07/1998 20/10/1998 01/06/1999

78,10 126,03 104,73

-9,88 -10,34 -10,02

-73,20 -74,49 -72,23

0,20 0,60 0,90

NMS-28 20/07/1998 20/10/1998 01/06/1999

117,15 127,80 118,57

-9,96 -9,40 -9,79

-73,22 -70,69 -73,60

3,40 0,80 3,80

NMS-29 22/07/1998 10,65 -12,35 -86,14 2,60 NMS-30 22/07/1998

16/10/1998 01/06/1999

7,81 18,46 16,33

-12,60 -12,30 -12,02

-84,82 -91,94 -80,66

2,30 2,00 2,25

NMS-31 22/07/1998 16/10/1998 01/06/1999

7,10 17,04 7,10

-11,32 -12,34 -12,06

-83,44 -83,58 -85,62

2,15 1,30 1,30

NMS-32 22/07/1998 16/10/1998 01/06/1999

48,28 22,34 42,60

-12,58 -12,00 -12,20

-88,34 -83,43 -83,66

4,60 4,50 3,25

NMS-33 22/07/1998 22/10/1998 01/06/1999

32,66 27,69 37,99

-9,81 -10,07 -10,82

-76,86 -73,80 -75,83

2,55 2,90 2,55

NMS-34 22/07/1998 01/06/1999

15,62 10,65

-10,49 -11,45

-70,40 -82,41

3,25 3,20

NMS-35 22/07/1998 16/10/1998

9,23 8,17

-11,48 -10,36

-82,33 -75,48

2,50 2,75

NMS-36 14/10/1998 8,52 -11,64 -77,41 0,20 NMK-1 14/07/1998

22/10/1998 01/06/1999

3,91

2,84

-12,82 -12,64 -13,20

-83,93 -85,90 -89,63

11,20 11,00 10,75

NMK-2 15/07/1998 14/10/1998 01/06/1999

6,75 4,97 4,62

-12,85 -12,22 -10,84

-84,21 -81,75 -74,97

1,60 1,80 1,95

NMK-3 16/07/1998 15/10/1998 01/06/1999

12,78 11,01 10,30

-11,03 -9,71 -9,89

-70,06 -73,03 -72,76

3,70 3,70 4,65

NMK-4 16/07/1998 15/10/1998 01/06/1999

37,63 39,76 53,25

-10,44 -11,13 -10,74

-72,15 -75,27 -73,93

0,35 0,30 0,50

NMK-5 17/07/1998 13/10/1998 01/06/1999

55,38 58,33 56,80

-8,33 -11,27 -10,78

-64,77 -70,49 -73,99

13,05 13,00 13,60

NMK-6 22/07/1998 14/10/1998 01/06/1999

48,99 44,38 47,22

-10,83 -9,59

-11,31

-83,26 -74,14 -86,33

4,30 4,00 3,50

NMK-7 13/10/1998 01/06/1999

4,26 5,33

-11,78 -11,11

-77,00 -86,00

12,90 13,25

NMK-8 13/10/1998 2,84 -12,53 -82,33 13,40 NMK-9 01/06/1999 11,72 -9,00 -66,42 8,00 NMG-1 15/07/1998 578,65 -6,53 -36,70 3,70 NMG-2 16/07/1998

15/10/1998 01/06/1999

24,14 28,40 23,08

-10,88 -7,89 -10,6

-80,66 -70,01 -76,80

2,00 2,00 2,00

Tablo : 1 Niğde Misli Ovası Su Örneklerinin Kimya ve İzotop Analiz Sonuçları

112

113

115

SU BÜTÇESİ ELEMANLARININ BULUNMASINDA İZOTOP YÖNTEMİ

ISOTOPE METHODS IN DETERMINING THE WATER BUDGET ELEMENTS

Vehbi ÖZAYDIN

Doktor Mühendis DSİ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı

06100 Yücetepe Ankara ozaydinv@dsi.gov.tr

ÖZET Doğal veya yapay bir göle giren ve çıkan su miktarının belirlenerek su bütçesinin bulunması su mühendislerinin en önemli amaçlarından biridir. Klasik su bütçesi denkleminde göle giren su miktarı (gölün üzerine yağan yağış, yüzey ve yüzey altı su girişi) ve gölden çıkan su miktarı (göl yüzeyinden buharlaşma, yüzey ve yüzey altı çıkışı) belli zaman aralığındaki depolama miktarına eşit olmak zorundadır. Yazılan bu klasik su bütçesi denklemi ile yüzey altı su girişi ve çıkışının mutlak farkının bulunması mümkündür, ayrı ayrı bulunmaları ise mümkün değildir. Bunun nedeni, iki bilinmeyen olan yüzey altı giriş ve yüzey altı çıkışının tek bir denklem yardımı ile hesaplanamamasıdır. Ancak suyun içinde doğal olarak bulunan oksijen-18, döteryum ve trityum yardımı ile yazılan izotop su bütçesi denklemi ile elde edilen ilave eşitliklerle, bilinmeyen elemanların bulunması mümkün olmaktadır. Bu çalışmada, izotop tekniği kullanılarak su bütçesi teorik hesabı ve pratik olarak da Mogan Gölü’ne uygulanışı verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Kararlı İzotop, Radyoizotop, Göl Su Bütçesi, Kütle Dengesi, İzotopik Kütle

Bütçesi ABSTRACT One of the main aims of the water engineers is the determination of the inflows to and outflows from a natural or artificial lake. According to the classical water balance equation inflows (precipitation on the lake surface, surface and subsurface inflows) mines the outflows (evaporation from lake surface, surface and subsurface outflows) should be equal to the volume change in a specified time interval. With the classical water budget equation it is possible to determine the total absolute subsurface inflow mines outflow but it is not possible to determine them separately. The two unknowns could be determined with one more equation. The isotopes, oxygen-18, deuterium or tritium, which are naturally present in water, could provide the extra equation by writing the isotopic mass balance equation. In this study, the theoretical background of isotope technique and application to Mogan Lake, will be presented which is used in determining the water budget of lakes. Key words: Stable Isotope, Radio Isotope, Water Balance of Lakes, Mass Balance, Isotope Mass

Balance

GİRİŞ Göl su bütçesini bulmak için bütün hidrolojik parametrelerin bilinmesi gereklidir. Bu parametrelerden olan yer altı suyu girişi ve çıkışı değerinin bulunması yer altı hareketinin karmaşıklığı nedeniyle çok zordur. Klasik metotlarda yer altı suyu girişi ve çıkışını bulmak için çok miktarda kuyu açmak gerekli olduğundan çok pahalı bir işlemdir. Aksi taktirde sadece yer altı suyu girişi ve çıkışının mutlak değer farkı klasik su bütçesi ile bulunabilmektedir. Kararlı izotop bütçesi metodu yer altı suyu girişi ve çıkışı miktarının bulunmasında kullanılabilir. En çok kullanılan kararlı izotop oksijen-18 ve döteryumdur çünkü bunlar suyun parçası olduğundan ve hidrolojik çevrimde doğal olarak bulunur ve göl parametrelerini araştırmak için ideal izleyicilerdir. Kararlı izotoplar birçok araştırmacı tarafından gölleri araştırmak için kullanılmışlardır. IAEA (1970), Dinçer (1970), Zuber (1983), Turner ve diğerleri (1984), Gonfiantini (1986) ve Krabbenhoeft ve diğerleri (1990), bunlardan bazılarıdır. Göl suyu, yağış ve yer altı suyunun izotopik değerleri doğal izotopik ayrışma sonucu devamlı değişmektedir. Bu değişiklikler göllerin, derelerin, yer altı suyunun ve yağışın kaynağını ve diğer bazı özelliklerini bulmak için yararlı bilgiler vermektedir. Bu çalışmada, Mogan Gölü’ne aylık mutlak yer altı suyu girişi ve çıkışı 1994 su yılı için klasik göl su bütçesi ve izotop metotları kullanılarak bulunmuştur, Özaydın (1997), Özaydın ve diğerleri (2001). Bunun için aylık bazda göl bütçesi elemanlarından numune alınmış ve izotopik değeri bulunmuştur. Bu değerler izotopik bütçe yazılmasında kullanılmıştır. Bunların arasında bulunması en zor olanı buharlaşmanın izotopik değeri olan buharlaşan suyun izotopik değeri olmuştur. TEORİ Göle giriş elemanları yağış P; yüzey suyu Is, yer altı suyu girişi Iss dir. Gölden çıkış elemanları ise yüzey çıkışı Os; yer altı suyu çıkışı Oss; ve göl yüzeyinden buharlaşma E’ dır. Yağış, yüzey girişi, buharlaşma ve yüzey çıkışı arazide ölçülebilirken yer altı suyu girişi ve çıkışı göl suyu bütçesinden bulunabilir. Göl su denge eşitliği aşağıdaki gibi yazılır:

I I P E O O ddt

Vs ss s ss+ + − − − = ( ) (1)

Burada V, t zamanda göldeki su hacmidir. Izotop denge eşitliği kullanılarak yazılan ikinci denklemde, göl derin olmadığından yüzey çıkışı ile yer altı suyu çıkışının izotopik değeri göl suyu izotopik değerine eşit olduğu kabulü yapılabilir: (2) δ δ δOs Oss L= = Burada L gölü belirtmektedir. Kararlı izotop denge denklemi ise aşağıdaki gibidir:

I I P E O O ddt

Vs s ss Iss P E s L ss L Lδ δ δ δ δ δ δ+ + − − − = ( ) (3)

116

Bilinmeyen terimler Iss ve Oss eşitliğin bir tarafına getirildiğinde:

I O C ddt

V E O Iss ss s s− = = + + − −* ( ) P (4)

I O C ddt

V E O I Pss Iss ss L L E s L s s Pδ δ δ δ δ δ− = = + + − −** ( ) δ (5)

Yukarıdaki iki denklem çözüldüğünde Iss ve Oss şu şekilde elde edilir:

I C Css

L

L Iss

=−

−δ

δ δ

* **

(6)

(7) O I Css ss= − *

Buharlaşmanın izotopik değeri δE Craig ve Gordon (1965) eşitliğinden hesaplanabilir:

δ

δα

δ εE

Latmh

h=

− −

− +1 Δε (8)

Ayrışma parametresi α sıcaklığa bağlıdır ve laboratuvar deneylerinden elde edilmiştir (Majoube, 1971):

ln ( . . * ) /α18 232 0667 415 6 1137 10 1000

O T T= − − + (9)

ln (52. * ) /α2 23612 76248 24844 10 1000

H T T= − + (10)

Burada T Kelvin cinsinden sıcaklıktır (0 oC=273.15 K). Toplam zenginleşme faktörü ε aşağıdaki gibi tanımlanır:

εα

= − +( )1 1Δε (11)

Kinetik zenginleşme faktörü Δε göreceli nem azlığı (1-h) ile doğru orantılıdır: Δε18O = 14.2 * ( 1 - h ) (‰) (12) Δε2H = 12.5 * ( 1 - h ) (‰) (13) δatm ise türbülans hareketin olduğu bölgedeki izotopik değerdir. Bu parametrenin arazide ölçülmesi pratik olarak mümkün değildir. Bunun için yerel yağışların izotopik değerinden aşağıdaki formül yardımı ile hesaplanır:

δδ

α αatmp= − −( )1 1 (14)

117

Ölçülen nisbi nem gölün kenarında ölçüldüğünden, göl yüzeyinin üzerindeki nisbi nemi tam olarak temsil etmediğinden aşağıdaki formül ile düzeltilmesi gereklidir (Moeller 1973):

e etS

tt

=+

+13217273

17 27237.

.

(15)

Burada es doygun buhar basıncı ve t ise Celsius cinsinden sıcaklıktır. Düzeltilmiş nisbi nem değeri es Denklem 15 kullanılarak hava ve su için ayrı ayrı hesaplanır. ÇALIŞMA ALANI Mogan Gölü İç Anadolu Bölgesi’nde, Başkent Ankara’nın 20 km güneyinde bulunmaktadır, Şekil 1, Altınbilek ve diğerleri (1995) ve (1996). Mogan Gölü’nün toplam havzası 946 km2 dir. Havza kotları 1650 m ile 1970 m arasında değişmektedir. Havzaya kışları yağmurlu veya karlı soğuk, yazları ise sıcak ve kuru olan kara iklimi hakimdir. Yağış bakımından yarı kurak bir bölgedir ve step bitki örtüsü vardır. Mogan Gölü’nün bazı özellikleri Çizelge 1’de verilmiştir.

Şekil 1.Çalışma alanının görünümü

118

119

Mogan Gölü’nü 16 dere beslemektedir. En önemlileri Çölova (Gölova), Yavrucak, Sukesen ve Başpınar dereleridir. Ayrıca havzada iki tane yapay göl ve bir çok su kaynağı bulunmaktadır. Havzada bulunan derelerin aylık su miktarları ve aylık göl su değişimi Çizelge 2’de verilmiştir.

Çizelge 1. Mogan Gölü’nün bazı özellikleri

En Düşük Ortalama En

Yüksek Su derinliği (m) 2.00 3.00 4.25 Hacım (106 m3) 6.20 11.63 20.24 Yüzey alanı (km2) 4.77 5.43 7.70 Havza (km2) 946 Uzunluk (km) 6 Genişlik (km) 1

Çizelge 2. Havzada bulunan derelerin su miktarları ve göl su değişimi

Çölova Yavrucak Sukesen Başpınar Göl Su Deresi Deresi Deresi Deresi seviyesi (103 m3) (103 m3) (103 m3) (103 m3) (m) Havza (km2)

551.0 87.3 31.6 31.0 -

Ekim-93 244.2 22.4 17.2 28.5 972.11 Kasım-93 232.1 202.1 30.6 27.5 972.18 Aralık-93 295.1 255.2 106.1 63.3 972.27 Ocak-94 369.6 192.7 153.4 160.3 972.41 Şubat-94 567.9 255.8 64.1 94.9 972.57 Mart-94 524.4 415.4 267.8 133.9 972.74 Nisan-94 182.1 271.5 155.6 30.4 972.86 Mayıs-94 172.2 124.0 54.4 26.4 972.82 Haziran-94 49.0 2.2 4.9 1.5 972.77 Temmuz-94

- - 0.1 3.9 972.56

Ağustos-94

- - - 1.7 972.35

Eylül-94 - - - 1.3 972.15 Ortalama 972.48

Mevcut hidrolojik ve meteorolojik teçhizat, uygulanmak istenen metot için yetersiz olduğundan, bu verileri toplamak için en büyük dört dereye ve göle otomatik su seviyesi ölçüm cihazları kurulmuştur. Yazın kuruyan dereler için ise kalibresi yapılmış ve uygun bir şekilde dereye

120

yerleştirildiğinde su seviyesinden debi veren hareketli ölçüm aletleri imal edilmiştir. Mogan Gölü etrafına derinliği 4 m ile 30 m ararsında değişen 13 kuyu açılarak su seviyeleri izlenmiştir. Gölbaşı ilçesinde bulunan ve devamlı olarak çalışmayan meteoroloji istasyonu ilave meteorolojik parametreleri ölçmek için cihazlarla donatılmış ve devamlı olarak çalışması sağlanmıştır. Class A tavada ölçülen buharlaşma miktarları Kasım ve Mart ayları arasında ölçülemediğinden, bu aylardaki buharlaşma değerleri teorik metotlardan elde edilmiştir. Hesaplamalarda kullanılan ortalama aylık meteorolojik değerler Çizelge 3’de gösterilmiştir. Dereler ve göllerde ayda ortalama bir ölçüm yapılmış ama yağışlı zamanlarda bu sayı artırılmıştır. Kararlı izotop denge denklemi için yine bütün yağış bütçesi elemanlarından ayda en az bir defa olmak üzere numune alınıp, Uluslararası Atom Enerji Ajansı Viyana Laboratuvarları ve DSİ TAKK Dairesi İzotop Şube Müdürlüğü’nde analiz ettirilmişlerdir. Eksik olan veriler Ankara Meteoroloji İstasyonu’nun verileri ile tamamlanmıştır. Buharlaşan suyun izotopik değerini bulmak için 1 m çapında ve 1.5 m derinliğinde bir tank göl suyu ile doldurulup, bu tanktan alınan numunelerin karalı izotop analizleri yaptırılmıştır, Özaydın ve diğerleri (1998). Önemli derelerin, yağışın, Mogan Gölü’nün, yer altı suyu girişinin karalı izotop değerleri Çizelge 4’de verilmiştir.

Çizelge 3. Ortalama aylık meteorolojik değerler Yağış Buharlaşma Hava

Sıcaklığı Nisbi Nem

Güneşleme Saati

Rüzgar Hızı

Radrasyon Akımı

(mm) (mm) (oC) (%) (Saat) (m/s) (cal/cm2/gün)Ekim-93 1.8 132.8 15.0 46.0 8.3 1.7 303.30 Kasım-93 33.2 60.1 4.1 65.0 3.9 1.8 172.30 Aralık-93 33.0 40.3 4.0 77.0 2.8 1.5 127.75 Ocak-94 24.2 42.2 3.8 75.5 3.2 1.9 153.18 Şubat-94 33.6 63.7 1.8 73.8 3.8 2.1 198.53 Mart-94 18.4 114.3 6.8 60.1 6.0 2.3 297.60 Nisan-94 30.7 144.1 14.0 55.0 8.4 2 421.20 Mayıs-94 39.0 179.8 17.0 56.5 9.0 1.6 462.83 Haziran-94 6.6 267.1 17.7 47.2 12.4 1.7 559.36 Temmuz-94

0.8 311.9 19.9 44.4 11.3 1.7 579.45

Ağustos-94 1.6 278.7 20.0 46.7 11.0 1.7 505.66 Eylül-94 5.1 217.8 18.7 44.0 9.7 1.3 420.12 Ortalama 19.00 154.38 11.90 57.60 7.48 1.78 350.11 Toplam 228.0 1852.6 89.80 4201.3

Çizelge 4. Önemli derelerin, yağışın, Mogan Gölü’nün, yer altı suyu girişinin kararlı izotop değerleri

Çölova Deresi Yavrucak Deresi δp Mogan Gölü Yeraltı Suyu

Girişi

δ18O δ2H δ18O δ2H δ18O δ2H δ18O δ2H δ18O δ2H

‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰

Ekim-93 -2.12 -33.65 -10.14 -72.38 -11.45 -75.0 -1.70 -22.26 -8.91 -68.26

Kasım-93 -3.91 -45.36 -9.73 -77.00 -7.32 -40.5 -0.88 -32.28 -8.81 -67.19

Aralık-93 -8.77 -71.51 -10.06 -72.26 -6.69 -31.2 -1.19 -32.62 -8.72 -66.12

Ocak-94 -8.75 -72.26 -9.90 -76.49 -11.21 -73.8 -1.50 -32.97 -8.62 -65.05

Şubat-94 -8.96 -69.18 -9.75 -71.67 -11.29 -80.6 -1.82 -33.31 -8.85 -66.49

Mart-94 -7.95 -60.60 -9.47 -79.77 -10.52 -80.9 -2.13 -33.66 -9.07 -67.92

Nisan-94 -3.68 -38.90 -9.15 -67.10 -3.73 -18.3 -2.44 -34.00 -9.30 -69.36

Mayıs-94 -1.161 -24.60 -8.82 -64.90 -6.61 -44.7 -1.09 -28.40 -9.24 -69.18

Haziran-94 -1.161 -24.60 -8.82 -64.90 -7.61 -49.2 1.77 -17.10 -9.17 -68.99

Temmuz-94 - - - - -3.00 -14.2 1.00 -18.90 -9.11 -68.81

Ağustos-94 - - - - -2.00 -12.6 0.23 -20.70 -9.04 -68.63

Eylül-94 - - - - -2.50 -11.6 0.66 -19.00 -8.98 -68.44

Ortalama -3.87 -36.72 -7.15 -53.87 -6.99 -44.38 -0.76 -27.10 -8.99 -67.87

SU BÜTÇESİ HESABI Klasik su bütçesi hesabı kullanılarak 1994 su yılı için hesaplanan aylık mutlak yeraltısuyu girişi/çıkışı Δ(Iss-Oss) miktarı Çizelge 5’de verilmiştir. Aylık su bütçesinin yanı sıra yıllık ortalama su bütçesi yoluyla hesaplanan Δ(Iss-Oss) değeri de yine Çizelge 5’in en alt sütununda verilmiştir. Kararlı izotop denge denkleminde bulunması en zor parametre yukarıda açıklandığı üzere δE dir. Denklem 8 kullanılarak hesaplanan δE değeri Çizelge 6’da verilmiştir.

121

122

Çizelge 5. Aylık klasik su bütçesi

Yüzey Yüzey Ortalama Göl Hacım Yağış Buharlaşma Δ(Iss-Oss) Girişi Çıkışı Göl Hacmi Farkı (Is) (Os) Yüzeyi (Si) (S2-S1) (P) (E) (103 m3) (103 m3) (km2) (103 m3) (103 m3) (103 m3) (103 m3) (103 m3)

Ekim-93 354.7 2.06 6.255 12303 438 11.3 830.7 904.7 Kasım-93 607.0 51.0 6.355 12741 572 211.0 381.9 187.0 Aralık-93 876.8 16.9 6.490 13313 908 214.2 260.2 94.2 Ocak-94 1056.7 92.5 6.675 14221 1068 161.5 281.7 223.9 Şubat-94 1199.4 104.1 6.885 15289 1172 231.3 438.6 284.0 Mart-94 1512.6 140.1 7.065 16461 848 130.0 807.5 153.0 Nisan-94 678.7 269.3 7.115 17309 -285 218.4 1025.3 112.4 Mayıs-94 421.7 67.6 7.060 17024 -353 275.3 1269.4 286.9 Haziran-94 63.7 0 6.900 16671 -1448 45.5 1843.0 285.8 Temmuz-94 5.8 62.7 6.635 15223 -1394 5.3 2069.5 727.0 Ağustos-94 7.1 54.8 6.380 13829 -1276 10.2 1778.1 539.5 Eylül-94 5.2 4.1 6.185 12553 -743 31.5 1347.1 571.5 Ortalama 565.77 72.1 6.667 14745 -41.08 128.80 1027.85 364.16 Toplam 6789.3 864.9 1545.7 12334.2 4369.9 Yıllık 6789.3 864.9 6.160 -493 1404.5 11413.3 3590.2

Bütün su bütçesi elemanları kendi oksijen-18 ve döteryum izotopik değerleri ile çarpılarak ikinci bir denklem oluşturulmak suretiyle ayrı ayrı bulunan Iss ve Oss değerleri Çizelge 7’de verilmiştir. 1994 su yılı için bir değer verilmek istendiğinde, ortalamalar alınarak bulunan değerler hata payları da belirtilerek Çizelge 8 de verilmiştir. SONUÇLAR Bu çalışmada klasik su bütçesi ile izotop su bütçesi kullanılarak doğal veya yapay bir gölün su bütçesinin nasıl bulunacağı hem teorik hem de Mogan Gölü’ne uygulanışı gösterilmiştir. Klasik su bütçesi ile sadece mutlak fark olarak 3.98*106 m3 ± % 8.00 olarak hesaplanan yüzey altı girişi ve çıkışı, Δ(Iss-Oss) nin değerleri yüzey altı gisişi Iss=20.42*106 m3 ± % 17.22 ve yüzey altı çıkışı Oss=16.44*106 m3 ± % 24.95 olarak hesaplanmıştır.

123

Çizelge 6. Mogan Gölü’nden buharlaşan suyun izotopik değeri (δE, ‰)

Sıcaklık α Δε ε δatm δE

Kelvin δ18O δ 2H δ18O δ 2H δ18O δ 2H δ18O δ 2H δ18O δ 2H Ekim-93 288.15 1.0102 1.0911 8.81 7.64 18.94 91.16 -21.47 -152.26 -19.82 -85.14 Kasım-93 277.25 1.0113 1.1061 6.67 5.79 17.84 101.67 -18.40 -132.50 -18.79 -127.40Aralık-93 277.15 1.0113 1.1062 5.27 4.57 16.44 100.58 -17.79 -124.21 -17.08 -138.38Ocak-94 276.95 1.0113 1.1065 5.45 4.72 16.64 100.97 -22.27 -162.95 -11.22 -77.50 Şubat-94 274.95 1.0115 1.1095 5.68 4.92 17.07 103.63 -22.55 -171.36 -13.09 -75.42 Mart-94 279.95 1.0110 1.1021 7.22 6.26 18.11 98.93 -21.30 -166.07 -18.89 -92.40 Nisan-94 287.15 1.0103 1.0924 7.75 6.72 17.97 91.30 -13.91 -101.34 -25.50 -138.56Mayıs-94 290.15 1.0101 1.0886 7.54 6.54 17.49 87.96 -16.50 -122.48 -20.15 -105.17Haziran-94 290.85 1.0100 1.0878 8.64 7.50 18.54 88.20 -17.43 -125.93 -16.14 -88.42 Temmuz-94 293.05 1.0098 1.0851 8.96 7.77 18.67 86.24 -12.68 -91.55 -20.37 -109.51Ağustos-94 293.15 1.0098 1.0850 8.69 7.53 18.38 85.90 -11.68 -89.98 -22.03 -113.27Eylül-94 291.85 1.0099 1.0866 9.02 7.82 18.83 87.50 -12.28 -90.35 -21.32 -112.16Ortalama 285.1 1.0105 1.0956 7.47 6.48 17.91 93.67 -17.35 -127.58 -18.70 -105.28Ağırlıklı Σ (Ei/ΣE)

-19.76 -105.62

Çizelge 7. Mogan gölü’nden yer altı suyu girişi Iss ve çıkışı Oss (103 m3)

Su bütçesi Oksijen-18 Döteryum

Δ (Iss-Oss) Iss Oss Iss Oss

Ekim-93 904.7 1939.3 1034.5 941.4 36.6 Kasım-93 187.0 195.8 8.9 783.2 596.3 Aralık-93 95.5 666.0 571.8 297.3 203.1 Ocak-94 223.9 1230.8 1006.8 1428.2 1204.3 Şubat-94 284.0 1162.3 878.3 1417.2 1133.3 Mart-94 153.0 339.7 186.7 651.1 498.1 Nisan-94 112.4 2881.8 2769.4 2619.7 2507.3 Mayıs-94 286.9 2544.8 2257.9 2057.8 1770.9 Haziran-94 285.8 2950.5 2664.8 2483.3 2197.5 Temmuz-94 727.0 4366.0 3639.0 3751.3 3024.3 Ağustos-94 539.5 4259.2 3719.7 3426.7 2887.1 Eylül-94 571.5 3055.9 2484.5 2536.7 1965.2 Ortalama 364.3 2132.7 1768.5 1866.2 1502.0 Toplam 4369.9 25592.3 21222.3 22393.9 18024.0 Yıllık 3590.2 19102.5 15512.3 14566.6 10976.4

124

Çizelge 8.1994 su yılı için Mogan Gölü’ne ortalama aylık Iss ve Oss değerler (*106m3)

Su Bütçesi

Oksijen-18 Döteryum Ortalama

Δ(Iss-Oss) Iss Oss Iss Oss Iss Oss

3.98 ± % 8.0

22.35 ± %

13.81

18.37 ± %

19.88

18.48 ± %

20.63

14.50 ± %

30.02

20.42 ±

%17.22

16.44 ± % 24.95

KAYNAKÇA Altınbilek, D. ve diğerleri, " Mogan-Eymir Gölleri için Su Kaynakları ve Çevre Yönetim Planı

Projesi ", ASKİ için ODTÜ tarafından hazırlanan Final Rapor, Ankara, Temmuz 1995. Altınbilek, D., Günyaktı, A., and Özaydın, V., “Assessment of Hydrological and Environment

Problems of Lakes Mogan and Eymir Using Isotope Techniques”. IAEA project, TUR/08/13, Ankara, August, 1996.

Craig, H. and Gordon, L.I., “Deuterium and oxygen-18 variations in the ocean and the marine atmosphere”. In: E. Tongiorgi (Editor), Stable isotopes in oceanography studies and paleotemperatures, Spoleto, 1965, Consiglio Nazionale dela Ricerche, Pisa, Italy, 9-130, 1965.

Dinçer, T., “The use of oxygen-18 and deuterium concentrations in the water balance of lakes”. Journal of Hydrology, 4 (6), 1289-1306, 1968.

Gonfiantini, R., “Environmental isotopes in lake studies”, in: P. Frittz and J.Ch. Fontes (Editors). Handbook of Environmental Isotope Geochemistry. Vol. 2, The Terrestrial Environment B. 113-168, (Chapter 3), 1986.

IAEA, “Isotope Hydrology”, 1970. IAEA, “Isotopes in lake studies”. Proceedings of an Advisory Group Meeting held in Vienna,

Austria, August 29- September 2, 1977, STI/PUB 511, 1979. IAEA, “Stable isotope hydrology, deuterium and oxygen-18 in the water cycle”. Technical report

series, No. 210, IAEA, 1981. IAEA, “Guidebook on nuclear techniques in Hydrology”. Technical Report Series, No. 91. 1983

edition, IAEA, Vienna, 1983. IAEA, “Environmental isotope data no 10: world survey of isotope concentration in precipitation

(from 1988 to 1991)”. Technical Report Series no 71, Vienna, Austria, 63-65, 1994. Kalkan, İ., Şaroğlu, F., Özmutaf, M., Atiker, M., Yıldırım, N., Süzük, H. and Tanıl, A., “A hydro-

geologic analysis of Eymir ve Mogan Lakes (Ankara-Gölbaşı)”, (in Turkish), MTA Report, No 9477, 535, 1992.

Krabbenhoft, D.P., Bowser, C.J., Anderseon, M.P. and Valley, J.W., “Estimating groundwater exchange with lakes : 1. The stable isotope mass balance method”. Water Resour. Res. 26 (10), 2445-2453, 1990.

Moeller, F., “Introduction to Meteorology”, (in German), Vol.1, Bibliographisches Institut, Mannheim, Wien, Zurich, 1973.

Majoube, M., “Fractionnement en oxygene 18 et en deuterium entre l’eau et sa vapeur”. J. Chim. Phys. 68, 1423-1436, 1971.

125

Özaydın, V., “Water balance of lakes by using stable isotope mass balance method”, ODTÜ İnşaat Müh. Doktora tezi, Haziran 1997.

Özaydın, V., Günyaktı, A., Altınbilek, D., ve Şendil, U., “Buharlaşma Esnasında İzotopik Ayrışım Olayı”, İnşaat Müh. Odası, Teknik Dergi, Temmuz, 1998, sayfa 1659-1672.

Vehbi Özaydın, Uygur Şendil, and Doğan Altınbilek (2001). “Stable isotope mass balance method to find water budget of a lake”, Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, Volume 25, Issue 4, pp 329-344.

Turner, J.V., Allison, G.B., and Holmes, J.W., “The water balance of small lake using stable isotopes and tritium”. Journal of Hydrology, 70, 220, 1984.

Yurtsever, Y., “Lecture notes on environmental isotope hydrology”, IAEA, 1983. Yurtsever, Y., “Role of nuclear techniques in hydrology, environmental studies and IAEA’s

activities in this field. International conference on water and environment”, Dublin, 26-31 Jan 1992.

Yurtsever, Y. and Araguas, L.A., “Environmental isotope applications in hydrology an overview of the IAEA’s activities, experiences and prospects. Tracers in hydrology”, Proceedings of the Yokohama symposium, IAHS Publ, No.: 215, 3-20, July, 1993.

Zuber, A., “On the environmental isotope method for determining the water balance components of some lakes”. J. Hydrology, 61: 409-427, 1983.

127

AKIM HİDROGRAFLARININ BİLEŞENLERİNE AYIRIMINDA KARARLI İZOTOPLARIN KULLANILMASI ÇALIŞMA ALANI:

ANKARA-GÜVENÇ HAVZASI

THE USE OF ISOTOPE TECHNIQUES TO SEPERATE OF HYDROGRAPHY COMPONENTS.CASE STUDY:

ANKARA-YENİMAHALLE-GÜVENÇ BASIN

Y.İnci Tekeli1, A.Ünal Şorman2, Mesut Sayın3

1KHGM, Ankara Araştırma Ens., itekeli@lycos.com

2ODTÜ,İnşaat Müh., Su Kaynakları Lab., sorman@metu.edu.tr. 3DSİ, Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı, İzotop Lab., mesutsayin@dsi.gov.tr

ÖZET Bu çalışmada; alanı 16.125 km2 olan Ankara-Güvenç Havzasında 1996-2000 yıllarında yağış, akım, kaynak (yüzeyaltı suları) ve kuyu (yeraltı suları) dan alınan su örnekleri ile kararlı izotop çalışması yapılmış ve havza için yağış-akış ilişkisi araştırılmıştır. On adet bireysel olaylardan toplanan su örneklerinde yapılan kararlı izotop (Oksijen-18 ve Döteryum) çalışmaları ile toplam akım hidrografları bileşenlerine ayrılmıştır. Bu olaylardan iki aded tek pikli akım hidrograflarının hem izotop hem de grafik (klasik) yöntemle birim hidrografları çıkartılarak hidrograf pik değerleri karşılaştırılmıştır. Havzanın izotop yöntemi ile bulunan 10 dakika ve 20 dakikalık birim hidrograf pik değerleri Qp= 1322 1/s ve Qp= 1327 1/s, grafik yöntem ile bulunan değerleri ise sırası ile Qp= 1656 1/s ve Qp= 1250 1/s olmuştur.İzotop yöntemi ile havzanın toplam akım hidrografı bileşenlerinden olan ve çeşitli alt katmanlardan gelen yüzeyaltı akımın havza toplam akıma katkısının önemli olduğu belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Hidrograf ayrımları, kararlı izotoplar, grafik yöntem, birim hidrograf. ABSTRACT In this research, a stable environmental isotope study was carried out from analysis of water samples collected from rainfall, runoff (total discharge), springs (subsurface flows), and wells (ground waters)in Ankara-Güvenç basin having a drainage area of about 16.125 km2 between 1996-2000. The aim of the study was to investigate the rainfall-runoff relationship for the basin. Recorded total ten discharge hydrographs are separated to their components using stable isotopes (Oxygen-18, Deuterium) contents. Among these samples, unit hydrographs from two one-peak storm hydrographs were derived using both isotope and graphical methods, and the derived unit hydrographs values including peaks were compared. Peak values of 10 and 20 minutes unit hydrographs of the basin derived by using isotope method (Qp= 1322 1/s and Qp= 1327 l/s) are compared with those of graphical method (Qp= 1656 1/s, and Qp= 1250 1/s) using Barnes semi-log approach. It was found out that, the contribution of subsurface flow which is component of total discharge hydrograph and originating from various sub layers are important in the total flow of

128

basin using isotope method of approach. Keywords: Hydrograph separations, stable isotopes, graphical method, unit hydrograph. 1. GİRİŞ

Bir havzadan gelebilecek akım miktarlarının tahmin edilmesinde değişik yöntemler kullanılmaktadır. Bunlardan en yaygın olanı amprik modellerdir. Ancak bu modeller havzaların üniform (homojen) olmaması durumunda zaman zaman büyük yanılgılara yol açabilmektedir. Bu nedenle akım karakteristiklerinin belirlenmesinde klasik metotlar dışında özel tekniklerin uygulanması gereği doğmuştur.Bu çalışma ile akımların bileşenlerine ayrılmasında nükleer teknikler Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğünde ilk kez uygulanmıştır. Bu çalışmada Güvenç havzasında 1996-2000 yılları arasındaki yağış akım ilişkileri ve bunlara bağlı olarak bulunan akım ve birim hidrografları kararlı izotop yöntemleri ile çalışılmış ve sonuçlar hidrograf çalışmalarında diğer bir yöntem olarak kullanılan Barnes metodu (Yarı Logaritmik Grafik Yöntem) ile karşılaştırılmıştır. 2. KONUYLA İLGİLİ ÇALIŞMALAR Kennedy ve ark. (1986), yaptıkları çalışmada hafif orta şiddetli yağışların tamamen infiltre olduğunu, oysa şiddetli yağışların öncelikle eğimli alanlarda akıma geçtiğini, böylece yüzey akımın oluşturduğu izotopik değerin yağıştaki ortalama izotopik değerleri ile uyuşmadığını göstermişlerdir. Weiler ve ark. (1989), izotop çalışma alanlarında hidrometrik ölçümlerin ve hidrograf ayrımlarının birlikte ele alınması gerektiğini eğimli bir alanda izleyici izotop kullanarak göstermişlerdir. Araştırmacılar çalışmalar sonucunda 4 önemli süreci bulmuşlardır. Bunlar; - Eğimli alanların alt kısımlarında doymuş yüzey akım - Eğimli alan üst kısımlarında ve yüzeyde hortonion akım - Bitki köklerine ve toprak gözeneklerine olan hızlı yüzeyaltı akım - Doymuş alanlarda yavaş yüzeyaltı akım. Deneme sonuçları; yüzey akımda önceki olaylardan katkısı olan su miktarı deneyin başlangıcında % 20 civarında iken 100 dakika sonra bu oran üst toprak katmanlarının doygunluğundan sonra % 5’e düştüğünü göstermiştir. Bu ilk % 20’lik miktar üst toprak katmanındaki geri dönen (return flow) ve yüzey altından gelen akımları göstermektedir. Türkiye’de ilk kez kar erime akımının çevresel izotoplarla belirlenmesi Ertan (1987), tarafından yapılmıştır. Araştırmacı bu çalışmasında klasik yöntemle toplam akım hidrografından yüzey, yüzeyaltı ve yeraltı suyu bileşenleri ayırma işleminin zor olduğunu belirterek kararlı izotoplardan bu konuda önemli miktarda yararlanabileceğini göstermiştir. Günyaktı ve ark. (1991), Ankara-Yenimahalle-Güvenç havzasında bir yağış-akım modeli oluşturmak için çevresel izotop tekniğinden yararlanmışlardır. Çalışmalar sonucunda toplam akıma yüzey suyu katkısı ancak yaz ve sonbahar dönemlerinde ilk aylarda olup, senenin büyük bir kısmında yeraltı suyu katkısı ağırlık kazandığı ve toplam akımın % 60 ve yukarısının yeraltı

suyundan oluştuğu belirlenmiştir. Araştırmacılar bu çalışmalarında gözlenen akım değerleri ile izotop teknik analizleri sonucunda bulunan akım bileşenleri değerleri arasındaki farklılaşmaların su örneklerinin toplanma zamanı ile ilgili olduğunu belirtmişler ve her önemli yağışta ve taşkında kısa zaman aralıklarla su örneklerinin toplanması gerektiği sonucuna varmışlardır. 3. ARAŞTIRMA ALANININ TANIMI Güvenç Havzası Ankara’nın 44 km kuzeyinde 16.125 km2 drenaj alanına sahip Köy Hizmetleri araştırma havzalarından birisidir. Havza çıkışında (1053 m) bulunan göleti Sakarya nehri dördüncü mertebeden kolu olan Kayaönü deresi beslemektedir. Havza içinde beş adet yağış istasyonu (R24, R25, R26, R27, R28) ve havza çıkışında bir adet akım istasyonu ile (W-17) gölet için gerekli yağış-akım değerleri 1984 günümüze kadar araştırılmaktadır toplanmaktadır (Şekil 3.1). Havzanın yıllık yağış miktarı 441.5 mm (1984-1996) olup bu miktarın % 33 ü ilkbahar döneminde düşmektedir. Bu yağış miktarına karşılık ortalama akım miktarı ise 94.53 mm dir. Ortalama eğim %21 olup toprak bünyesi kumlu-kil ile killi-tın arasında değişmektedir. Havza jeoloji bakımından merkezde Sarıbeyli formasyonu (kireç taşı) ve güneydoğuda Dikmendere formasyonları ile çevrilidir. Havzanın bitki örtüsü % 4 orman, % 46 mera ile su kenarlarında ağaçlık alan ve çalılık şeklindedir. Kuru tarım tüm alanın % 40 ında yapılmaktadır. 4. SU ÖRNEKLERİNİN TOPLANMASI Kararlı izotopların (Oksijen-18, Döteryum) analizleri için su örnekleri yağmur, çeşme, kuyu suyu ve dereden olmak üzere toplanmıştır. Akımları oluşturan yağışların kararlı izotop konsantrasyonlarının belirlenmesi amacı ile akım savağı yakınına yerleştirilen R-24 yağış istasyonundan yağmur örnekleri toplanmıştırYağmur suyundan anlık bireysel olaylarda yağışı temsil etmek üzere bir kez, dereden ise olaylar sırasında hidrografın yükselmesi ve çekilmesine rastlaması sağlanmaya çalışılarak su örnekleri alınmıştır. Çeşme ve kuyu suyundan ise ayda bir kez su örnekleri alınmıştır (Şekil 3.1). 50 mL lik polietilen şişelere alınan ve hava almayacak şekilde sıkıca tıpalanıp etiketlenen örneklerin D.S.İ. Ankara Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı (TAKKD) İzotop Analiz Laboratuvarında analizleri yapılmıştır. 5. İZOTOP METODU Amaca uygun olarak alınan su örneklerinin kararlı izotop Oksijen-18 ve Döteryum miktarları D.S.İ. İzotop Laboratuvarlarında Kütle Spektrometre cihazı kullanılarak ölçülmüştür. Cihaz gaz haline dönüştürülmüş su numunelerinin bir referansa (SMOW) göre izotopik oranlarını (D/H), O18/O10 gibi) ölçecek şekilde tasarlanmıştır (DSİ, 1987). Elde edilen sonuçlar izotopların gerçek değerini değil fakat bir referansa göre olan oranlarını belirlemektedir. Sonuçlar δ notasyonu kullanılarak gösterilmekte ve

1000xR

RR

referans

referansörnek −=δ (1)

129

eşitliği ile ifade edilmektedir. Burada R örneğin döteryum için (D/H) konsantrasyonu, oksijen için (18O/16O) konsantrasyon oranıdır. δ notasyonu çok küçük olduğu için sonuçlar o/oo ile ifade edilmiştir. Metotda kullanılan referans okyanus suyunun ortalama izotopik kompozisyonu temsil eden standard ortalama okyanus suyu (SMOW) dur. Ölçümlerde hassasiyet Oksijen 18 (18O) için % 0.1 ve Döteryum (D) için % 1’dir (DSİ, 1987). Yüzeye ulaşan yağmur havzanın özelliklerine bağlı olarak yüzey ve yüzeyaltı akışlarını oluşturur. Bu iki bileşen ve havzanın yeraltı suyu katkısı ile havza çıkışında oluşan akım toplam debi olarak ölçülür. Toplam debinin zamana bağlı olarak değişimini veren akım hidrografını yüzey akış (Qy), yüzeyaltı (Qya) ve yeraltı akışı (Qye) oluşturur. Yağış durduktan sonra yüzey akış ve yüzeyaltı akış

130

131

azalarak son bulur ve hidrograf taki toplam akım sadece yeraltı suyu katkılıdır. Bu durumda toplam akım; Qt= Qy + Qya + Qye (2) bağıntısı ile gösterilebilir. Bu eşitlikte Qy, Qya ve Qye bilinmeyen değerlerdir. Çözüm için ek bağlantılara ihtiyaç vardır. İlgili bağlantılar izotopların sakınımı prensibinden Qt.Ct = Qy . Cy +QyaCya + Qye.Cye (3) şeklinde formüle edilirler. Burada C su kütlelerinin izotop konsantrasyonları olup, Oksijen-18 ve Döteryum için yukarıda 1 nolu eşitlikte C (R) verilmektedir. Döteryum ve Oksijen-18 konsantrasyonları sırası ile D ve O ile gösterilerek 3 nolu denklem yerine Qt. Dt = Qy. Dy + Qya.Dya + Qye. Dye (4) ve Qt.Ot = Qy.Oy + Qya .Oya + Qye . Oye yazılır. (5) Denklemlerden görüldüğü gibi 3 bilinmeyenli 2 denklem ile çözüm arandığı için yüzeyaltı ve yeraltı suyu birlikte taban suyu olarak ele alınmış ve denklem iki bilinmeyenli iki denkleme indirgenmiştir. Qt = Qy + Qta (6) Kararlı izotoplardan Döteryum kullanılarak taban akım (yüzeyalt+yeraltı) ve (Qta) yüzey akım (Qy) hesaplamaları yapılmış ve sonuçlar Oksijen-18 ile tekrarlanarak doğrulanmıştır. Toplam hidrografın üç ayrı bileşenli olarak ayrıldığı bireysel olaylarda ise çözüm için deneme-yanılma metodu uygulanmıştır. Oksijen 18 değerleri uygulanıp deneme yanılma ile bulunan akım bileşeni miktarlarının Döteryum ile sağlaması yapılmıştır. 6. BULGULAR VE TARTIŞMA 6.1 Bulgular Proje başlangıç tarihinden (1996 yılı) itibaren toplam 159 adet su örneği toplanılmış ve analizler yapılmıştır. İzotop Laboratuvarından alınan örneklerin Oksijen-18 (δ18O) ve Döteryum (δD) analiz sonuçları Ankara-Güvenç Havzasında Akım Hidrograflarının Bileşenlere Ayırımında İzotop Tekniklerinin Kullanımı isimli araştırma raporunda verilmiştir (Tekeli ve Şorman, 2000). Toplanan yağış, toplam akım, yüzeyaltı ve yeraltı sularının Oksijen-18 ve Döteryum sonuçları kuzey yarım küresi yağış ortalamasını veren doğruya göre konumlandırılmış ve grafiksel olarak incelenmiştir. Havzada R-24 yağış istasyonundan toplanılan yağmur örneklerinin tarih, miktar, şiddet ve süre değerleri Çizelge 6.1 de verilmiştir. Seçilen on adet bireysel olayın grafik ve izotop yöntemi ile belirlenmiş akım bileşenlerinin yüzde miktarları Çizelge 6.2a ve 6.2b de, grafik yöntemi ile karşılaştırılmış izotop yöntemi akım bileşenleri sonuçları ise Çizelge 6.3 de verilmiştir. İzotop yöntemi ve akım bileşenlerinin hesaplanmasında yüzeyaltı akımın özellikle (fast subsurface flow) hızlı yüzey altı akım olarak adlandırılan önemli bir kısmının o günkü yağıştan geldiği gerçeğinden hareketle direkt yüzey akışla birlikte toplam akışa katkısı olduğu düşünülerek birlikte ele alınmıştır.

132

Yeraltısuyu ile önceki bireysel olaylardan gelen gecikmeli yüzeyaltı akış (slow subsurface) ise toplam akıma etki eden ikinci kısım akım olarak hesaplanmıştır.

Çizelge 6.1. Bireysel Olayların Yağış, Şiddet ve Süre Değerleri

Tarih Toplam Yağış Miktarı (mm)

Şiddet (mm/h)

Süre (dak)

Toplam süre (dak)

28.9.1996 28.5 7.7 20 410

13.10.1996 6.8 4.5 30 270

11.06.1997 17.7 22.2 10 420

19.05.1998 9.5 7.1 20 420

27.05.1998 21.0 64.8 10 50

13.05.1999 8.1 22.2 10 60

10.06.1999 13.9 13.6 10 160

13.04.2000 11.7 6.6 10 240

24.05.2000 22.3 53.9 10 235

02.06.2000 10.1 27.4 10 200

Çzelge 6.2.a. Çok pikli bireysel olaylarda Akım Bileşenlerinin İzotop Yöntemi ile Hesabı

Tarih

G/A/Yıl Zaman Sa.dak.

Qy (%)

Qy (l/s)

Qya (%)

Qya (l/s)

Qye (%)

Qye (l/s)

Q(ya+ye) (%)

Q(ye+ya) (l/s)

0830 15 12.74 85 72.08 - - - -

0900 45 42.40 55 174.05 - - - - 28/09/96 0930 70 290.6 30 124.55 - - - -

0540 80 97.6 - - - - 20 19.57

0610 77 34.82 - - - - 23 8.0 13/10/96 0640 25 55.20 - - - - 75 41.41

1530 45 76.5 15 25.5 40 68 - -

1600 85 93.5 5 55 10 110 - - 1630 65 650 20 200 15 158 - - 1700 40 240 20 120 40 240 - - 11/06/97

1730 5 20 60 240 35 140 - -

1130 30 60 - - - - 70 140

1200 35 111 - - - - 65 205 10/06/99 1230 20 88 - - - - 80 352

1900 10 21 10 21 80 168 - -

1930 20 66 40 32 40 132 - - 13/05/99 2000 15 35 10 23 75 171 - -

133

Çizelge 6.2.b. Tek pikli bireysel olaylarda Akım Bileşenlerinin İzotop Yöntemi ile Hesabı

Tarih

G/A/Yıl Zaman Sa.dak.

Qy (%)

Qy (l/s)

Qya (%)

Qya (l/s)

Qye (%)

Qye (l/s)

Q(ya+ye) (%)

Q(ye+ya) (l/s)

1600 5 22 50 220 45 198 - - 1640 10 50 30 150 60 350 - - 1710 10 55 25 137 65 357 - - 1800 5 27 25 132 70 371 - - 19/05/98

1900 5 25 35 172 60 294 - - 1715 35 245 - - - - 65 455 1745 35 1050 - - - - 65 1950 1815 45 1350 - - - - 55 165 1845 10 135 - - - - 90 1218 27/05/98

1915 20 280 - - - - 80 800 1630 20 54 - - - - 80 216 1700 15 45 - - - - 85 255 1730 10 33 - - - - 90 297 1800 15 56 - - - - 85 316 1830 25 115 - - - - 75 345 1930 15 106 - - - - 85 602

13/04/00

2030 10 61 - - - - 90 549 1530 85 493 - - - - 28 448 1620 72 1152 - - - - 35 361 1650 65 670 - - - - 48 298 1720 52 322 - - - - 53 220 24/05/00

1800 42 195 - - - - 35 112 1125 65 208 - - - - 35 112 1200 80 993 - - - - 20 248 1230 60 475 - - - - 40 237 02/06/00 1300 55 252 - - - - 45 207

Çizelge 6.3. Tek pikli bireysel olaylarda akım bileşenlerini grafik ve izotop yöntemi ile karşılaştırılması

Tarih 19.05.1998 27.05.1998 13.04.2000 24.05.2000 2.06.2000

Akım Bileşenleri Grafik İzotop Grafik İzotop Grafik İzotop Grafik İzotop Grafik İzotop

Qy (mm) 0.112 0.098 0.654 1.055 0.122 0.096 0.238 0.547 0.066 0.184

Qya+Qye (mm) 1.076 1.09 1.338 0.918 1.577 1.603 0.599 0.290 0.510 0.392

Qtop (mm) 1.188 1.188 1.992 1.992 1.699 1.699 0.837 0.837 0.576 0.576

Qy/Top. (%) 9.4 8.2 32 53 7.2 5.7 28 65 11 32

134

Araştırma havzasında yüzeyaltı sularının bireysel olaylara olan katkılarını daha ayrıntılı belirlemek amacı ile tek pikli olayların çekilme eğrileri ayrı ayrı analize tabi tutulmuşlardır. Belirlenen çekilme eğrilerinden eğim (m) ve debi (q) değerleri hesaplanmış bulunan q değerlerinden havzaya ait depolama miktarları bulunmuştur (Çizelge 6.4). İzotop yöntemi ile hesaplanan akım bileşenlerinden birim hidrografları çıkarılmış ve bu hidrograflar grafik yöntem ile bulunan birim hidrograflar ile bir sonraki bölümde tartışıldığı şekilde karşılaştırılmıştır .

Çizelge 6.4 Tek Pikli Bireysel Akımların Çekilme Eğrisi Analizleri

Tarih qp (lt/s)

mc (sa)

q1 (lt/s)

m1 (sa)

q2 (lt/s)

m2 (sa)

q3 (lt/s)

m3 (sa)

q4 (lt/s)

m4 (sa)

q5 (lt/s)

19.5.1998 580 11.1 353 30.5* 320 - - - - - -

27.5.1998 6337 0.6 1320 1.5 952 3.6 620 8.6 520 41.5 459

13.4.2000 707 7.2 436 32.1* 373 53.4* 334 - - - -

24.5.2000 2170 1.0 530 1.9 316 3.4 204 8.0 141 - -

2.6.2000 1241 0.8 678 1.3 316 2.7 184 10.6 115 - -

*uç değerler 6.2 Tartışma İzotop analizi yapılan yağmur örneğinin yağış miktarları 6.8 mm ile 28.5 mm arasında değişmektedir. Havzada 10 yıllık rasatlardan çıkarılan havza yüzey akış sınır eğrisine göre araştırma alanında; iki yağış arasındaki süre ve şiddetleri ne olursa olsun 19 mm’nin üzerindeki tüm yağışlar yüzey akış oluşturmakta, 2.4 ∼ 10.0 mm arasındaki yağışların yüzey akışı verebilmeleri ise şiddetlerine ve önceki yağışla arasındaki zamana bağlı olmaktadır (Denli, 1997). Araştırma süresince toplanan yağış örneklerinden (beş aded tek pikli akım oluşturan) iki adedinde miktarın 19 mm üzerinde olduğu görülmüştür. Diğer iki olay ise 10 mm üzerinde yağış miktarı vermiştir. Sadece 19.5.1998 tarihli olay ise 9.5 mm değer ile en düşük görülmüştür. Ancak bu tarihte düşen toplam yağış incelendiğinde örnek toplama anında toprağın nem bakımından doygun durumda olduğu belirlenmiştir. Dolayısı ile 9.5 mm’lik bir yağış havzada yüzey akımına neden olmuştur (Çizelge 6.1). Toplanılan su örneklerinin analiz sonuçları kuzey yarım küresinin yağış ortalamasını veren doğru (genel meteorik su denklemi) üzerinde konumlandırılmıştır. Yeraltı ve yüzeyaltından alınan su örneklerinin eğriden fazla bir sapma göstermediği gözlenmiştir. Yağış ve akımlardan alınan su örneklerinde ise doğrudan sapmalar olduğu belirlenmiştir (Şekil 6.1). Yağışların Oksijen 18 ve Döteryum değerleri incelendiğinde yıl içinde değişkenlik gösterdiği gözlenmiştir. Yağışların izotopik değerleri atmosferdeki sıcaklık ve buharlaşmalardan etkilendiği için örneklerin toplandığı andaki hava şartları önemli olmaktadır. Kennedy ve ark.,1986 araştırmalarında da işaret ettiği gibi

135

bazen yağış ile yüzey akımın izotopik değerleri uyuşmamaktadır. Bu nedenle anlık olaylarda yağış süresince bir örnek yerine bir kaç tane yağış örneği almak ve bunların ağırlıklı ortalama izotopik konsantrasyonlarını bulmak sonuçlar açısından daha sağlıklı olacağı düşünülmelidir. Sapmalardaki diğer bir neden de su örneklerinin toplanması ve depolanmasından doğan hatalar olarak gösterilebilir. Araştırma süresince incelenen anlık olaylardan sadece beş adedi tek pikli diğer beş adedi ise çok pikli olmuştur. Çok pikli bireysel olaylardan üç adedinde (28.09.1996,11.06.1997,13.05.1999) toplam akımın tüm bileşenleri olan yüzey, yüzeyaltı ve yeraltı suyu izotop yöntemi ile ayrı ayrı hesaplanmış, diğer iki adedinde ise (13.10.1996,10.06.1999) yüzey ve yüzeyaltı-yeraltısuyu birleştirilerek iki bileşenli olarak hesaplanmıştır (Çizelge 6.2a). Tek pikli olayların bir adedinde (19.05.1998) toplam akımın tüm bileşenleri ayrı ayrı hesaplanmış diğer dört adedinde ise (27.05.1998,13.04,2000,24.05.2000,2.06.2000) çok pikli akımda olduğu gibi yüzey ve yüzeyaltı-yeraltısuyu birleştirilerek iki bileşenli olarak belirlenmiştir (Çizelge 6.2b). Tüm olaylardan çok pikli akımlarda Barnes Yarı Logaritmik Grafik yöntem ile sadece yeraltı suyu bileşeni ayrılmış diğer bileşenleri belirlenmemiştir (Şekil 6.2). Bu nedenle grafik yöntem ile izotop yöntemini karşılaştırmak mümkün olmamıştır. Araştrma süresince tek pikli bireysel olaylar olarak incelenen beş adet akımın grafik ve izotop yöntemi ile yüzey akım ve taban akım (yüzeyaltı + yeraltı suyu) hesaplamaları yapılmıştır (Çizelge 6.3). Bu olaylardan sadece ikisinde (19.05.1998,13.04.2000) izotop yöntemi ile grafik yönteminde yüzeyaltı katmanlarından gelen su ayrımı çakışmış diğer üçünde ise (27.05.1998,24.05.2000,2.06.2000) çakışmadığı gözlenmiştir (Şekil 6.3). Bu üç olayda kaynaktan (çeşmeden) alınan su örnekleri araştırma havzasında sadece en alt jeolojik katmanlardan gelen ve toplam akıma katkısı olan yüzeyaltı suyu hakkında bilgi vermiştir. Beş adet bireysel olayın çekilme eğrileri çizilmiş ve yüzeyaltı katmanlarına ait m ve q değerleri hesaplanmıştır (Çizelge 6.4). Buna göre yukarıda bahsedilen üç olayda izotop analizleri ile bulunan yüzeyaltı su miktarı sadece q3 veya q4 katmanlarından gelen su miktarını gösterdiği belirlenmiştir. Dolayısı ile diğer (q1, q2) katmanlarından gelen yüzeyaltı su miktarları izotop yöntemi ile belirlenememiştir. Sonuçta izotop yöntemi ile bulunan yüzey akım miktarı grafik yöntemi ile bulunan yüzey akım miktarından fazla olmuştur (Çizelge 6.3). Bunun nedeni de izotop yönteminde ki yüzey akım yüzde değerleri içersinde yöntem sırasında ayrılamayan ve q1, q2 katmanlarından gelen yüzeyaltı akımın da bulunmasıdır. Grafik yöntemde yüzeyaltı akım pikden sonra ilk kırılma noktasında uzatılarak elde edilmiş ve yüzey akım buna göre hesaplanmıştır (2.06.2000, Qy= % 11, Çizelge 6.3). Oysa izotop yönteminde hemen yeraltı suyunun üzerindeki m3 katmanından gelen yüzeyaltı suyu hesaplanabilmiş, diğer üst kırılma noktalarındaki sular (yüzeyaltı) yüzey suyuna ilave edilerek yüzey akım % 32 olarak belirlenmiştir (2.06.2000, Şekil 6.3). Bu sonuçlar Güvenç havzasında akım hidrograflarının çekilme eğrisi analizinde hidrograf pikinden sonra bir ve ikinci kırılma noktalarındaki hızlı yüzeyaltı akım olarak adlandırılan (rapid subsurface flow) suyun bitki kök bölgesi derinliğinde hareket edip daha sonra yine yüzeye çıkan akım olarak düşünülebileceğini de ortaya koymaktadır. Bunun için araştırma alanında her bir yüzeyaltı katmanlarından toplanılacak olan su örnekleri ve bunların izotop analizleri ile bu olaylara daha fazla açıklık getirilebileceği düşünülmektedir. Bu durum sonuçta bireysel olaylar sırasında yağışla beraber kaynaktan (çeşmeden) veya diğer kaynaklardan da (havzada diğer katmanları da temsil edebileceği düşüncesi ile) su örnekleri toplanması gerektiğini göstermiştir.

136

137

138

139

Yeraltı suyu üzerinde sadece tek bir katmanın olduğu ve böylece her iki yöntemde de yüzeyaltı ayrımlarının birbiri ile uygunluk gösterdiği iki adet bireysel olayda grafik ve izotop yöntemlerindeki yüzey akım miktarlarının (yüzde olarak) az bir farkla birbirine yakın olduğu belirlenmiştir. Dolayısı ile izotop yöntemi, grafik yöntemi ile yapılan hidrograf akım bileşenlerine ayırım olayını çok yakın değerler ile doğrulamıştır. Her iki yöntemde (Grafik ve İzotop yöntemi) de yüzeyaltı katmanları aynı olduğu belirlenen iki olayın BH10 ve BH20 birim hidrografları hem Barnes Grafik Yöntemi hem de İzotop Yöntemi sonuçları ile ayrı ayrı çıkarılmıştır. Çizelge 6.5.'deki değerlerden de anlaşılacağı gibi birinci olayın 20 dakikalık birim hidrograf piki (BH20) grafik yöntemde 1250 1/s, izotop yönteminde ise 1327 1/s bulunmuştur. İkinci olaydaki (13.04.2000) birim hidrograf (BH10) piki grafik yöntemde1656 l/s, izotop yönteminde ise 1322 l/s olmuştur (Çizelge 6.6). 7. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Güvenç araştırma havzasında akım hidrograflarının bileşenleri grafik metot ve izotop metodu ile detaylı olarak olay bazında incelenmiştir. Çizelge 6.5. 19/05/1998 Tarihli bireysel olayın grafik ve izotop yöntemleri ile bulunan yüzey akım

ve birim hidrograf değerleri

Yeraltı Akım (l/s))

Yüzeyaltı Akım (l/s) Yüzey Akım

(l/s) BH20 (l/s)

Zaman Toplam Akım (l/s)

Grafik İzotop Grafik İzotop Grafik İzotop Grafik İzotop

1450 320 320 320 0 0 0 0 0 0

1530 365 320 340 4 4 41 21 366 214

1630 480 320 360 40 16 120 104 1071 1061

1730 580 320 380 120 70 140 130 1250 1327

1830 520 320 365 100 65 100 90 893 918

1930 460 320 350 85 55 55 55 491 561

2030 415 320 340 65 45 30 30 268 306

2130 380 320 332 48 37 12 11 107 112

2210 360 320 328 40 32 0 0 0 0

140

Çizelge 6.6. 13.04.2000 Tarihli bireysel olayın grafik ve izotop yöntemleri ile bulunan akım ve birim hidrograf değerleri

Yeraltı Akım Yüzeyaltı + Yüzey Akım Yüzey Akım

(l/s) BH10 (l/s) Zaman Toplam Akım

(lt/sn) Grafik Grafik Grafik İzotop Grafik İzotop

16oo 233 233 0 0 0 0 0

1630 260 240 20 5 20 41 208 1700 298 252 46 24 28 197 292 1730 330 270 60 27 30 221 313

18oo 4 280 94 47 44 385 458

1830 460 300 160 90 40 738 1146

19oo 1 320 261 151 121 1238 1260

1930 707 345 362 202 127 1656 1322

20oo 680 345 335 185 120 1516 1250

2030 620 345 280 140 100 1148 12

21oo 581 345 241 111 81 910 844

2130 520 345 180 60 40 496 416

22oo 490 345 150 35 30 286 313

2230 460 345 120 15 10 123 104

23oo 437 345 97 0 0 0 0

On adet önemli bireysel olaydan beş adedinde hidrograf ayırımları izotop yöntemi ile yapılmış ve grafik yöntemi ile karşılaştırılmıştır. Bireysel hidrograflardan ikisi akım bileşenlerine ayrım bakımından grafik yöntemi ile yakın sonuçlar vermiştir. Diğer üç adet olayda ise yüzeyaltı akım bileşenlerine ayırımı bakımından izotop yöntemi ile grafik yöntemi arasında farklılıklar gözlenmiştir. . Bunun yanında izotop yöntemi ile elde edilen birim hidrograflar havzada uzun yıllar grafik yöntemle bulunan birim hidrograflar ile karşılaştırıldığında akım bileşenlerine ayırımda özellikle yüzeyaltı akımlar için değişik jeolojik katmanların önemli olduğunu göstermiştir. Araştırma alanında yağışların izotopik değerleri oldukça değişken bir yapı gösterdiği bulunmuş ve daha çok Akdeniz kökenli yağışların meteorik eğrisine yakın olduğu belirlenmiştir. Toplam akıma yüzey akım katkısı daha çok ilkbahar dönemlerinde sağnak yağışlar ile olmuştur. Diğer dönemlerde yeraltı suyu ve özellikle yüzeyaltı suyu katkısı önemli bulunmuştur. Yağış izotop değerleri anlık olaylarda alınan tek bir yağış örneği ile temsil edilmiştir. Toplam akımda yağışın katkısının daha sağlıklı hesaplanması için yağıştan olay sırasında birden fazla örnek alınması gerektiği bu çalışma ile ortaya çıkmıştır. Diğer bir öneri ise yeraltı suyu seviyelerinin sık aralıklarla gözlenmesi ve kaydedilmesi gereğidir. Bu çalışmada eğer statik seviyeler ölçülmüş olsa idi, yeraltı suyu hareketi ve toplam akıma katkısı konusunda daha ayrıntılı yorum getirilmesi mümkün olabilecekti. Araştırma alanında daha detaylı bir yüzeyaltı ve yeraltı akımının toplam alandan ayrılmasına yönelik çalışmaları için gelecekte bu alanda belirlenecek noktalarda açılacak logları ile hidrograflardaki hangi katmanlardan ne miktar suyun geldiği ile ilgili detaylı bir çalışma kuvvetle önerilmektedir

141

8. KAYNAKLAR 1. Denli, Ö. 1997. Ankara-Güvenç havzası yağış ve akım karakteristikleri (Ara Rapor 1984-1996). Köy Hizmetleri Ankara Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü Yayınları, Genel Yayın No: , Rapor Seri No: , Ankara. 2. Devlet Su İşleri (DSİ), 1987. Hidrolojide izotoplar ve nükleer teknikler. D.S.İ. Genel Müdürlüğü Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı, Adana. 3. Ertan, İ. 1987. Kararlı İzotoplarla Hidrograf Analizi ve Taşkın Hidrografının Tahmini. D.S.İ. Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı S. 83, Adana 4. Günyaktı, A., Altınbilek, D., Gürer, İ., Denli, Ö., Soykan, İ. 1991. Using of Hydrologic Modelling and Isotope Techniques, Final Report, IAEA, Ankara. 5. Kennedy, V.C., Kendall, C., Zellweger, G.W.Wyerman, T.A, ve Avanzino, R.J. 1986. Determination of the components of stormflow using water chemistry and environmental ısotopes, Mattole River Basin, California. J. of Hydrology, 84. P. 107-140, Netherlands. 6. Tekeli, İ., Şorman, Ü., Gürleşen, N. 2000. Ankara-Güvenç havzasında akım hidrografının bileşenlerine ayırımında izotop tekniklerinin kullanımı. Toplu Sonuç Raporu. 2000-Köy Hizmetleri Araştırma Enstitüsü, Ankara. 7. Weiler, M., Scherrer, S., Naef, F. Ve Burlando, P. 1999. Hydrograph Seperation of Runoff Components Based on Measuring Hydraulic State Variables, Tracer Experiments, and Weighting Methods. IAHS, No. 258. P. 249-255.

143

HAVA AKIMI HAREKETLERİ VE METEOROLOJİK FAKTÖRLER KULLANILARAK ATMOSFERİK SU BUHARI VE YAĞIŞLARIN

KARARLI İZOTOP İÇERİKLERİNDEKİ DEĞİŞİMLERİN İNCELENMESİ

THE INVESTIGATION OF ISOTOPIC COMPOSITION OF PRECIPITATION AND WATER VAPOUR BY USING AIR MASS TRAJECTORIES AND

METEOROLOGICAL PARAMETERS

Abdullah DİRİCAN1, Suat ÜNAL, İsmal ERCAN, Yılmaz ACAR2 , Mesut DEMİRCAN2

1Türkiye Atom enerjisi Kurumu, Ankara Nükleer araştırma ve Eğitim Merkezi

2 Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü, Araştırma Dairesi Başkanlığı

ABSTRACT In last century there are so many studies were carried out about stable isotopes of precipitation. The Researchers, study in this field directed to examine origin and transport of water vapour. To investigate the conditions of precipitation formation parallel with climatic changes, stable isotopes using as a powerful tool. So that a project coordinated by IAEA. In this presentation we will give some parts of this project which was carried out in Turkey. First results were obtained for 2001 year. The one of the first result which was obtained in this project is the relation between air temperature and isotopic composition of precipitation colllected in Ankara Antalya and Adana station. Second was the observation of temporal variation of stable isotope composition in precipitation and water vapour in relation with water vapour transport. δD and δ18O content of atmospheric water vapour examined for January - December 2001 time interval. 27 precipitation event had been examined, starting from endengered place and following to trajectories until to reach Turkey, by using ground level and 500mbar synoptic charts. The observed δD and δ18O variations of water vapour is related with the endengered place (Atlantic Ocean, Mediterranean Sea, etc.) of water vapour. The isotopic composition of local precipitation forms by regional meteorological factors. In this study δD - δ18O relation of event, daily precipitation and water vapour were defined. Key words: Stable isotopes, Backtrajectory ÖZET Son yüzyılda yağışların kararlı izotop içerikleri üzerine yapılmış bir çok araştırma mevcut olup, Bu alanda çalışan araştırıcılar Atmosferdeki su buharının kaynaklandığı bölgenin ve taşınımının detaylı

1 abdullah.dirican@taek.gov.tr

bir şekilde anlaşılması konusuna yönelmişlerdir. Yağış formasyonu koşullarının izlenen iklimsel değişimlerle paralel olarak araştırılmasında kararlı izotoplar güçlü bir araç olarak kullanılmaktadır. Bu bakımdan Akdeniz havzasındaki on ülkenin katıldığı bir koordineli araştırma projesi UAEA (Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı) tarafından başlatılmıştır. Bu sunumda belirtilen proje kapsamında Türkiye’de yapılmış olan çalışmaların bir kısmı anlatılacaktır. Yukarıda belirtilen proje kapsamında 2001 yılı için ilk sonuçlar elde edilmiştir. Bu araştırmadan elde edilen sonuçlardan biri Ankara, Antalya ve Adana’daki yağışların yıllık ağırlıklı ortalama izotop kompozisyonu (oksijen-18, Döteryum) ile yüzey sıcaklığı arasında bir korelasyon belirlenmiş olması ikincisi ise su buharının izlediği yollar ile ilişkili olarak yağışlar ve atmosferik su buharının zamansal değişiminin izlenmiş olmasıdır. Ocak- Aralık 2001 zaman aralığı için atmosferik su buharındaki δD ve δ18O in zamanla değişimi incelenmiştir. Ankara’da 2001 yılı içerisinde meydana gelen 27 olay bazdaki yağışların kaynaklandığı bölgeden başlayarak inceleme sahası olan Ankara’ya ulaşıncaya kadarki izlediği yollar 500 mbar ve yer sinoptik haritaları kullanılarak incelenmiştir. Su buharında izlenen δD ve δ18O değişimleri, nemin kaynaklandığı bölge (Atlas okyanusu, Akdeniz, vs.) ile ilişkilidir. Yerel yağışların izotopik kompozisyonu bölgesel meteorolojik faktörlerin değişimi ile belirlenmektedir. Bu çalışmada olay bazda yağmur, günlük yağmur ve su buharı için δD - δ18O ilişkileri belirlenmiştir. Anahtar sözcükler: Kararlı izotoplar, Geriye doğru yörünge. Ankara’da meydana gelen olay bazda yağışların δ18O ve δ2H içerikleri ile geriye doğru yörünge ve sinoptik kartlarla izlenen hava kütlelerinin yörüngeleri arasındaki ilişki UAEA (Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı) tarafından başlatılmış olan bir proje kapsamında Ankara(Beşevler), Ankara(Keçioren) de olay bazda, günlük yağış numuneleri ve atmosferik su buharı toplanmaktadır, (Şekil 1).

Şekil 1. Çalışma alanı

144

Çeşitli sinoptik değişkenler ile olay bazdaki yağışların izotpik kompozisyonları arasında mevcut olan ilişki 2001 yılına ait veriler kullanılarak değerlendirilmiştir. 2001 yılı içerisinde 27 ayrı yağış olayı meydana gelmiş olup, bu yağışları döteryum fazlalıkları (d-excess) <d=10, 10<d<22 ve d=22< olmak üzere üç gruba ayrılmıştır. Toplanan yağmur suyu örneklerinin büyük bir çoğunluğunun döteryum fazlalığı 10 o/oo ile 22 o/oo arasında yer almıştır. Küresel yağmur suyu toplama şebekesi (GNIP) bünyesinde yer alan Ankara istasyonunun aylık değerleri kullanılarak 1963-2001 yıları için δ18O değerlerinin histogramı incelenmiştir,(Şekil 2). Bu histogram zaman aralığı olarak yedi guruba ayrılarak yağmur numunelerinin δ18O değerlerine göre sınıflandırılmıştır. Yağışların δ18O kompozisyonunun büyük bir çoğunluğu -5 o/oo ile -11 o/oo arasında yer almıştır. Son beş zaman aralığına bakıldığında -5 o/oo - -8 o/oo gurubunda bir artış trendi gözlenmektedir.

Ankara

02468

101214161820

63-67 68-72 73-77 78-82 83-87 88-92 93-97 98-2001 2001Zaman (Yıllar)

δ18Ο

(ο / οο)

0-2-2 -5-5 -8-8 -11-11 -14-14 -17-17 -20

Şekil 2. Ankara yağış istasyonunda 1963-2001 yılları arasında toplanan aylık yağışların δ18O

kompozisyonunun histogramı. Türkiye coğrafik konum olarak ılıman bir yerde olmasına karşın yatay konumda olması ve gerek Karadeniz gerekse Akdeniz kıyılarına ve Ege denizi kıyılarına paralel seyreden dağlardan dolayı bir bölgeden diğerine farklılıklar göstermektedir. Kıyı bölgeler nispeten ılıman bir iklime sahipken iç Anadolu platosu kışları soğuk yazları sıcak bir iklim göstermekle birlikte sınırlı miktarda yağış almaktadır. Orta Anadolu bölgesi ve Ankara iklim olarak yarı kurak olup uzun yıllar toplam yağış miktarları dikkate alındığında yıllık toplam yağışın 2390mm olduğu görülür. Antalya ve Adana istasyonlarının yıllık toplam yağışları ise sırasıyla 6334mm ve 3905mm olarak gözlenmiştir. Bu çalışmada bazı sinoptik değişkenler ile olay bazda yağışlar incelenmiştir. 2001 yılı içerisinde 27 olay bazda yağış (>5 mm) kaydedilmiştir. Sinoptik meteoroloji analizi için yer ve 500mb. Sinoptik kartlar ile NOAA’nın HYSPLIT dispersiyon modeli kullanılmıştır. Her olay bazda yağış (>5mm) için geriye doğru yörünge belirlenmiştir, (Şekil 2).

145

Şekil 2. 17 Aralık 2001 tarihinde Ankarada meydana gelen yağışın geriye doğru yörüngesi.

Mevcut meteorolojik gözlemlere göre Türkiye’ yi 6 ana hava kütlesinin etkilediği bilinmektedir. Bunlar Continental Polar (cP, Rusya), Maritime Polar (mP, Avrupa), Maritime Tropik (mT, Atlas okyanusunun ortakısmı), Continental Tropik (cT, Afrikanın kuzeyi), Akdeniz oluşumlu hava kütlesi ve Asya munson kökenli hava kütleleridir. 2001 yılı için yağış getiren hava kütlelerinin kaynaklandığı bölgeler ve geriye doğru yörüngeleri sınıflandırılmıştır. Her grup hava kütlesi için belirlenmiş olan geriye doğru yörüngeler kullanılarak bir yaklaşık yağış doğrusu ve yüzde frekansı hesaplanmıştır. 2001 yılı içerisinde her ay meydana gelen olay bazda yağışların δ18O ve δ2H içeriklerinin değişimleri incelendiğinde aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. cP tipi hava kütlesi ile ilişkili olan olay bazdaki yağışların izotopik kompozisyonları küresel yağış doğrusu etrafında değişmektedir. cP ve cT tipi hava kütleleri ile ilişkili olan olay bazdaki yağışların izotopik kompozisyonları Doğu Akdeniz Yağış Doğrusu ile Küresel Yağış Dorusu arasında değişmektedir. Akdeniz oluşumlu hava kütlesi ve Asya munson kökenli hava kütleleri ile ilişkili olan olay bazdaki yağışların izotopik kompozisyonları sırasıyla Doğu Akdeniz Yağış Doğrusu ve Küresel Yağış Dorusu’nun altında yer almaktadırlar. Türkiye üzerine gelen yağış bırakacak hava kütleleri Ankara’ya erişmeden önce hangi yönden gelirse gelsinler orografik yağış bırakmaktadırlar. Bu durum Ankara’da Doğu Akdeniz etkisinin niçin görülemediğinin nedenlerinden birisinin olabileceği düşündürmektedir. 2001 yılında gözlenen düşük döteryum fazlalıklı yağışları getiren hava kütlelerinin deniz üzerinde (Çoğunlukla batı Akdeniz) uzun bir yol kat etmesine bağlı olarak dengelenme prosesleri ile açıklanabilir. Yöresel yağışların izotopik kompozisyonu o yörenin bulunduğu kıta üzerine gelen su buharı ve yağış bırakan hava kütlesinin ortalama Yağış/Buharlaşma geçmişi tarafından kontrol edilmektedir. Sıcaklık, Yağış olayları ve miktarlarına bağlı olarak yaz aylarında (Haziran-Eylül) yağışların izotopik kompozisyonunda mevsimsel etki görülmektedir. 2001 yılı aylık ve olay bazda yağışların δ18O izotopik kompozisyonları sırasıyla -7 ile -15 ve –2 ile -19 arasında değişmiştir. Yine aynı yıla ait aylık ve olay bazda yağışların δ2H izotopik kompozisyonları sırasıyla -14 ile -110 ve -8 ile -134 olarak kaydedilmiştir. Bu aralıklar küresel olarak orta kıtasal istasyonlarda gözlenen değerlerdir (Gat ve Gonfiantini, 1981).

146

147

Türkiye’de kararlı izotop analizleri için yağış numunesi toplanan istasyonların Aritmetik ve ağırlıklı ortalama değerleri Tablo 1 de verilmiştir. Ankara istasyonu Antalya ve Adana istasyonları ile karşılaştırıldığında daha kıtasal etki altında olduğu görülmektedir. Bu nedenle Ankara yağış istasyonu aylık değerlerde daha büyük bir genlik göstermekte ve daha iyi bir korelasyon vermektedir. Yaklaşık kareler regresyon tekniği kullanılarak Ankara , Antalya ve Adana yağış istasyonları için aşağıdaki eşitlikler bulunmuştur.

δ2H =7,83 ±0,375δ18O+ 9,93 ± 3,074 n=27, r=0,945 (Ankara)

δ2H =7,27 ±0,377δ18O+ 13,48 ± 3,020 n=31, r=0,914 (Antalya) δ2H =6,34 ±0,468δ18O+ 5,59 ± 2,785 n=18, r=0,911 (Adana) Bulunan yerel meteorik su doğruları küresel yağış doğrusundan sapmaktadır. Bu sapmalar sıcaklık, buharlaşma yağışın mevsimsel değişimi ve nemin kaynağı gibi iklimsel faktörlerdeki farklılıklardan kaynaklanmaktadır, (Clark ve Fritz, 1997). Yapılan çalışmalar yağışların izotopik kompozisyonun sıcaklıktan ziyade hava kütlelerinin yörüngeleri ile daha fazla ilişkili olabileceğini göstermiştir, (Fritz ve diğerleri, 1987; Laurance ve White, 1991; Rozanski ve diğerleri 1993). Böyle olmakla birlikte sıcaklık Ankara’da meydana gelen yağışların izotopik kompozisyonunu etkileyen faktörlerden birisidir. Aylık ve günlük yağışların δ18O, δ2H içeriklerinin sıcaklık ile olan ilişkisi incelendiğinde olay bazda yağışların δ18O, δ2H içeriklerinden daha iyi bir korelasyon gösterdikleri saptanmıştır. Yine Ankara, Antalya ve Adana yağış istasyonlarının kararlı izotop içerikleri ile hava sıcaklığı arasında regresyon eşitlikleri aşağıdaki gibi belirlenmiştir. δ

18O=0,357T-11,565(r=0,798), δ

2H=2,527T-79,503 (r=0,776) (Ankara aylık yağış)

δ18

O=0,164T-7,511(r=0,3945), δ2H=0,707T-36,746(r=0,237) (Antalya aylık yağış)

δ18

O=0,222T-8,466 (r= 0,606), δ2H=1,223T-43,296 (r=0,497) (Adana aylık yağış)

Tablo 1. Türkiye’deki yağış istasyonlarının meteorik su doğrusu katsayıları ağırlıklı ve aritmetik ortalama değerleri. Su doğrusu eşitliği δ

2H = A δ

18O + B.

İstasyon Adı

Eğim (A)

Katsayı (B)

Ağırlıklı ortalama

δ18O

Aritmetik ortalama

δ18O

Ağırlıklı ortalama

δ2H

Aritmetik ortalama

δ2H

Ankara

7,83 9,93 -8,2 -7,5

-54,3

-51,7

Antalya 7,27 13,48 -5,8 -5,2

-36,5 -27,0

Adana 6,34 5,59 -5,5

-5,0 -28,4 -25,6

148

SONUÇ 2001 yılı içerisinde 27 ayrı yağış olayı meydana gelmiş olup, toplanan yağmur suyu örneklerinin büyük bir çoğunluğunun döteryum fazlalığı 10 o/oo ile 22 o/oo arasında yer almıştır. 2001 yılında gözlenen düşük döteryum fazlalıklı yağışları getiren hava kütlelerinin deniz üzerinde (Çoğunlukla batı Akdeniz) uzun bir yol kat etmesine bağlı olarak dengelenme prosesleri ile açıklanabilir. Ankara’da 2001 yılında meydana gelen yağışların izotopik kompozisyonun sıcaklıktan ziyade hava kütlelerinin yörüngeleri ile daha fazla ilişkili göstermiştir. Yağış numuneleri için korelasyonun eğimi 7,64 olarak bulunurken su buharınınki 6,62 bulunmuştur. Su buharının korelasyon eğiminin düşük olmasının nedeni yeryüzüne düşen yağışın tekrar buharlaşmaya uğramasından kaynaklanmaktadır. Akdeniz kaynaklı yağışlar, cP tipi hava kütlesine göre daha fazla zenginleşmiştir. REFERANSLAR

Carmi I., Gat R., “Changes in the isotope composition of precipitation of the eastern Mediterranean sea area-A monitor of climate change?”, Weizmann Institute of Science, Rehoto. Celle H., Travi Y., Blavoux B., “Spatial and temporal variability of satble isotope composition of precipitations over the western Mediterranean region. Involvement on regional aquifers recharge” Cruz-San Jullian J., Araguas L., Rozanski K., Cardenal J., Benavente J., Hidalgo M.C., “Source of precipitation over South-Eastern Spain and groundwater recharge. An isotopic study”, Tellus, 44B, 226-236, 1992. Dansgaard W., 1964, “Stable Isotopes in Precipitation”, Tellus, XVI (4), 436-468. Deniz A., Karaca M., 1995, “Analysis of cyclone tracks over Turkey”, J. İstanbul Tech. Univ. 1-2. Gat J.R., 1987, “Variability (in time) of the isotopic composition of precipitation: Consequences regarding the isotopic composition of hydrological systems”, International Symposium on the use of isotope techniques in water resources development, Vienna, Austria. Gat R., Carmi I., “Effect of climate changes on the precipitation patterns and isotopic composition of water in a climate transition zone: Case of the Eastern Mediterranean Sea area”, Proceedings of the Vancouver Symposium., August 1987, IAHS Publ. No.168.1987. Jacob H., Sonntag C., “An 8-year record of the seasonal variation of 2H and 18O in atmospheric water vapour and precipitation at Heidelberg, Germany”, Tellus, 43B, 291-300.

149

Rindsberger M., Magaritz M., Carmi I., Gilad D., “The relation between air mass trajectories and the water isotope composition of rain in the Mediterranean sea area”, Geophysical research letters, Vol 10 No: 1, 43-46, 1983. Türkeş M., 1998, “Influence of geopotential height, cyclone frequency and southern oscillation on rainfall variations in Turkey”, International Journal of Climatology 18, 649-680.

151

YERALTISUYU GEÇİŞ SÜRESİ DAĞILIMI İÇİN DENGELİ VE DENGESİZ TÜMSEL MODELLER

STEADY AND UNSTEADY LUMPED-PARAMETER MODELS FOR

DETERMINATION OF GROUNDWATER RESIDENCE TIME DISTRIBUTION

N. Nur ÖZYURT

Hacettepe Üniversitesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, Hidrojeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı, Beytepe 06532, Ankara (nozyurt@hacettepe.edu.tr)

ÖZET

Yeraltısuyu geçiş süresi (GSD) dağılımı akifer sistemlerinin taşınım mekanizmasının aydınlatılması açısından önemli bir bilgidir. Akım sisteminin geometrik, hidrolik ve jeohidrolojik özellikleri hakkında yeterli ve güvenilir verilerin bulunmadığı durumlarda sistemi bir bütün olarak ele alan tümsel modelleme yaklaşımı GSD’nın belirlenmesi için alternatif yaklaşımlardan birisini oluşturmaktadır. Tümsel modeller, idealize edilmiş akım koşullarını yansıtan piston ve tam karışım tümsel modelleri ile bunların çeşitli kombinasyonlarından oluşurlar. Bu modellerde ölü hacim ve hızlı akım gibi akifer içi etkilerin dikkate alınması da mümkündür. Dengeli ve dengesiz akım koşullarına uygulanabilen bu modeller ile akifer sistemlerin kavramsal modellere uygunluğu ve geçiş süresi dağılımı gibi bilgiler pratik ve hızlı biçimde üretilebilir. Anahtar Kelimeler: Çevresel izleyiciler, Tümsel model, Geçiş süresi dağılımı ABSTRACT Groundwater’s residence time distribution is an important information to identify the transport mechanism in aquifer systems. In the absence or scarcity of geometric, hydraulic and geohydrologic data needed to describe a flow system, lumped parameter models, that handle the flow system as a whole, exist as an alternative to determine the residence time distribution. Lumped parametre models comprise of idealized models of piston and well-mixed flow and their combinations. Aquifer properties such as, dead volume and by-pass flow can also be included in these models. With the aid of these models, conceptual aquifer models can be tested and residence time distribution of groundwater can be determined. Key words: Environmental tracer, Lumped model, Residece time distribution GİRİŞ Geçiş süresi dağılımı (GSD), farklı mühendislik alanlarında çeşitli problemlere çözüm üretmek için sıklıkla kullanılan bir deneysel yöntemdir. GSD yöntemi deney koşullarının sağlandığı her boyuttaki sistem için uygulanabilir. GSD yöntemi ile çözüm üretilen sistemlere örnek olarak farklı

152

amaçlar için kullanılan kimyasal reaktörleri, akışkan taşıma hatları, atık arıtma sistemeleri verilebilir. Bu sistemlerin tümünde GSD yönteminin uygulanmasını gerektiren ortak nokta sistemlerdeki akışkan hareketinin benzeştirilmesine duyulan ihtiyaçtır. Benzer nedenlerle yöntem hidrojeolojik çalışmalarda da 1960’lı yıllardan bu yana kullanılmaktadır (Maloszewski and Zuber, 1982; Zuber, 1986a,b). Hidrojeolojik sistemler gerek büyüklükleri gerekse yeraltısuyu akışını kontrol eden parametrelerin sistem boyunca gözlenemeyen/öngürülemeyen alan ve zamandaki heterojeniteleri nedeniyle yeraltısuyu hareketinin benzeştirilmesi oldukça güçtür. Bu nedenle sistemin bütününü ele alarak sistemi tanımlamaya yönelik yöntemlere sıklıkla başvurulmaktadır. Sistemleri bütün olarak inceleyen modelleme yaklaşımı tümsel modelleme olarak adlandırılmaktadır. Bu çalışmada, yeraltısuyu sistemlerinin tümsel modellemesinde sistem parametresi olarak GSD kullanılmaktadır. Bu çalışmada tümsel modellerin matematiksel ayrıntılarına girilmeksizin genel özelliklerine değinilecek, GSD teorisinin temel özelliklerinin yanısıra bu yaklaşımın hidrojeolojik sistemlerde, özellikle çevresel izleyiciler kullanılarak nasıl uygulanacağı üzerinde durulacaktır. Konuyla ilgili ayrıntılı bilgi diğer kaynaklardan edinilebilir (Levenspiel, 1999; Maloszewski, 1996; Niemi, 1990; Thereska, 2000). YERALTISUYU (YAS) YAŞI VE GEÇİŞ SÜRESİ DAĞILIMI İnsanlar için yaş varolmalarından sonra seçilen bir zamana kadar geçen süredir. Herhangi bir kaynaktan akifer sistemine giren bir su molekülü için de benzer tanımlama yapılabilir. Bu durumda molekülün yaşı, yeraltısuyu sistemine girişi ile seçilen zaman (örnekleme anı) arasında geçen süreyi belirtmektedir. Canlı topluluklarında olduğu gibi su moleküllerinin de YAS sisteminde örnekleme anına kadar geçirdikleri süre –ideal bir durum olan piston akım koşulları dışında- farklılık gösterir. Bu durum, farklı su moleküllerinin çeşitli etkenlerden dolayı farklı akım hızlarına sahip olmalarından kaynaklanmaktadır. Örneğin, su tablasına aynı anda giren komşu iki su molekülünün aynı kuvvet alanı (hidrolik gradyan) etkisi altında, sistemin çıkış (örnekleme) noktasına ulaşmaları için gereken süre bu moleküllerin karşılaştıkları ortam hidrolik direnci tarafından belirlenecektir. Yüksek hidrolik dirence maruz kalan molekül diğerine oranla daha yavaş haraket edecek ve sistem çıkış noktasına daha geç ulaşacaktır. Yukarıda belirtilen yaş tanımı dikkate alındığında, çıkış noktasına önce ulaşan molekül genç, diğeri ise daha yaşlı olarak tanımlanacaktır. Benzer şekilde genç molekülün YAS geçiş süresi kısa, yaşlı molekülün YAS geçiş süresi daha uzun olmaktadır. Akifer sistemleri, heterojen bileşimleri, kırıklı-çatlaklı yapıları, farklı yüzey ve sınır geometrisi gibi nedenlerle, YAS akımına farklı noktalarda farklı direnç gösterirler. Benzer nedenlerle hidrolik gradyanda uzayda ve zamanda değişiklik göstermektedir. Bu durumda, belirli bir anda, örneğin bir yağış olayı sonrasında YAS sistemine birlikte giren su moleküllerinin sistemde geçirdikleri süreler (geçiş süreleri) farklı olmaktadır. Böylece, sistemin çıkış (örnekleme) noktasından bakıldığında, bu noktaya ulaşan moleküllerin farklı yaşta olacakları anlaşılmaktadır. Sonuç olarak, akifer sistemleri için tek bir yeraltısuyu yaşından çok, yeraltısuyu yaş dağılımından bahsedilmesi daha doğru bir yaklaşım olmaktadır. Bu yaklaşımla, genel olarak sığ dolaşıma sahip akifer sistemlerinin bağıl olarak genç, derin dolaşıma sahip akifer sistemlerinin ise bağıl olarak yaşlı su içermeleri gerektiği anlaşılmaktadır. YAS yaş dağılımının belirlenmesi pek çok hidrojeolojik problemin çözülmesi için gerekli olduğu gibi özellikle YAS ile kirletici taşınımından kaynaklanan risklerin değerlendirilmesi açısından önem taşımaktadır.

153

YAS GEÇİŞ SÜRESİ DAĞILIMININ (GSD) BELİRLENMESİ Akifer sistemlerinin örnekleme noktalarında (ya da kesitlerinde) YAS geçiş süresi dağılımının belirlenmesi için iki temel unsura gereksinim duyulur. Bunlardan birincisi büyüklüğü YAS’nın yaşı ile ilişkili bir ya da daha fazla sayıda çevresel izleyici, diğeri ise farklı zamanlarda YAS sistemine giren izleyicilerin geçiş süresi dağılımının belirlenmesinde kullanılacak bir hesaplama yaklaşımıdır. Burada çevresel (environmental) izleyici ile akiferdeki su ile birlikte hareket eden, diğer bir deyişle onu izleyen, ölçülebilir nitelikteki bir madde kastedilmektedir. Atmosferik trityum (3H), kripton-85 (85Kr) gibi zayıf radyoaktif sıvı ve gazlar ile kloroflorokarbonlar (CFC-11, CFC-12, CFC-113 vb), sülfür hegzaflorür (SF6) gibi gazlar hidrojeolojik amaçlı GSD hesaplamalarında kullanılan atmosfer kaynaklı başlıca çevresel izleyicilerdir. Öte yandan, DDT gibi kimyasallar da alansal olarak uygulanmaları durumunda GSD dağılımın hesaplamalarında kullanılabilirler. Tüm çevresel izleyicilerde aranan ilk özellik atmosferik derişimlerinin zaman içinde değişken olmasıdır. Atmosferik derişimi zamanda sabit olan maddeler, YAS’ndaki derişimlerinin de zamanda sabit olması nedeniyle diğer özellikleri açısından izleyici niteliğine (örğ. su ile birlikte hareket etmek) sahip olsalar bile GSD hesaplamalarında kullanılamazlar. Örnekleme noktasından alınan suyun içerdiği izleyici derişimi, YAS yaşı ve GSD tanımlarına uygun olarak, geçmişte farklı zamanlarda akifer sistemine giren izleyicilerin kendilerini taşıyan ve farklı yaşlardaki suların hacimlerince ağırlıklandırılan ağırlıklı ortalama bir değerdir. Örneğin, basit bir yaklaşımla örnekleme noktasına ulaşan su hacminin yarısının 20 yaşındaki sudan, diğer yarısının ise 10 yaşındaki sudan oluşması durumunda bu suyun hacim ağırlıklı ortalama yaşı (ya da geçiş süresi; 20*0.5+10*0.5=) 15 yıl olacaktır. Geçiş süresi dağılımı açısından bakıldığında ise örnekleme noktasına ulaşan suyun yarısının 20 yıllık, diğer yarısının ise 10 yıllık geçiş süresine sahip oldukları anlaşılmaktadır. Diğer bir deyişle, akiferin hidrolik, geometrik ve jeohidrolojik (hidrolik iletkenlik, etkin porozite, depolama katsayısı vb) özelliklerinin ortak etkisi nedeniyle beslenme anından itibaren bir kısım suyun örnekleme noktasına ulaşması 20 yıl sürmüş iken, diğer bir kısım suyun bu noktaya ulaşması 10 yılda gerçekleşmiştir. Yukarıda belirtilen geçiş süresi dağılımlarının belirlenmesi için matematiksel modeller kullanılmaktadır (bkz. Tezcan, L., 2002). Bu amaçla kullanılan modellerin bir kısmı doğrusal Darcy yasasına temelinde, sonlu farklar ya da sonlu elemanlar uzaysal parçalama (spatial discretization) tekniklerine dayalı modellerdir. Öte yandan, akım ağı (streamline) fonksiyonunun benzer yaklaşımlarla çözülmesi yoluyla akifer içi hız dağılımının belirlenmesi ve istenilen akım kesitleri için kabaca hız/yol = zaman yaklaşımı ile YAS yaş ya da GSDnın belirlenmesi mümkündür. Dağınık parametreli (distributed parameter, DP) model sınıfındaki bu hesaplama araçları matematiksel tasarımları itibariyle akım sisteminin tanımlanması açısından diğer sınıflardaki modellere göre büyük üstünlüğe sahip olmalarına karşın, akım sisteminin geometrik, hidrolik ve jeohidrolojik (G-H-J)özellikleri açısından sağlıklı verilere gereksinim duyarlar. Özellikle geniş ölçekli akım sistemlerinde, söz konusu verilerin temin edilmesinde karşılaşılan güçlükler nedeniyle bu gibi modellerin kalibre edilmesinde çevresel izleyicilere dayalı iyileştirme yaklaşımlarına gereksinim duyulmaktadır (bkz. Doğdu ve Tezcan, 2002). Bu tür modellerde gereksinilen güvenilir jeohidrolojik verilerin temin edilmesi amacıyla yeni jeofizik yöntemlere (GPR, Ground Penetrating Radar; TDR, Time Domain Reflectometry; BR, Borehole Radar vb) dayalı çalışmalar günümüzün ileri hidrojeolojik araştırma konuları arasındadır.

154

Akım sisteminin akıma etkiyen G-H-J özelliklerinin belirlenmesinin güç olduğu durumlara karşılık gelen çoğunlukla geniş ölçekli akifer sistemlerinde YAS GSD dağılımının belirlenmesi amacıyla kullanılan matematiksel yaklaşımlarından birisi de Odasal Modeller’dir (Compartmental Models, CT). Bu tür modellerde akım sistemi benzer YAS iletme özelliğine sahip olduğu düşünülen odalar (compartment) ile temsil edilir ve her bir oda içindeki geçiş süresinin sabit olduğu varsayılır (Yurtsever and Payne, 1985; Adar, 1996; Tezcan, 1993). Odaların hacımsal büyüklükleri, geçiş süreleri ve kendi aralarındaki bağlantı ilişkileri uygulayıcı tarafından saha koşulları dikkate alınarak belirlendiğinden CT modeller akım sistemi hakkında kısmen de olsa fiziksel (quasi-physical) bilgi sağladıklarından GSDnın belirlenmesinin yanısıra akifer sisteminin tanınması açısından da yararlıdırlar. Akım sisteminin G-H-J özelliklerine ilişkin belirsizliklerin yoğun olduğu durumlarda GSDnın belirlenmesi için uygulanabilecek yaklaşımlardan birisi de Tümsel parametreli (Lumped parameter, LP) modellerin kullanılmasıdır. TÜMSEL PARAMETRELİ MODELLER Tümsel parametreli modellerde akifer sisteminin yeraltısuyu akım hızına etkiyen G-H-J özelliklerinin tümünün sistem tepkisi (system response) adı verilen bir fonksiyon tarafından temsil edildiği varsayılır. Tümsel modellerdeki sistem tepkisi, sisteme olan girdiyi (örğ. beslenim), sistemden olan çıktıya (örğ. boşalım) dönüştüren bir işlemci olarak değerlendirilebilir. Örneğin, sisteme olan girdi hammadde, sistemden olan çıktı ürün olarak ele alındığında sistem tepkisi fabrikada gerçekleşen tüm üretim süreçlerinin toplam yansıması olmaktadır. Dolayısıyla, tümsel modelleme yaklaşımı girdiyi çıktıya dönüştüren süreçlerin ayrıntılarının bilinmediği durumlarda, girdi ve çıktı bilgilerini kullanarak bu üretim süreçlerinin tamamını içeren bir fonksiyonun (sistem tepki fonksiyonu) belirlenmesi ya da tahmin edilmesi işlemidir. Bu nedenle, bu tür modeller kara-kutu (black box) model olarak da adlandırılırlar. Sisteme ait girdi değişiminin (fonksiyonunun) bilinmesi ve sisteme bir tepki fonksiyonu atfedilmesi (tahmin edilmesi) durumunda sistem çıktı fonksiyonunun hesaplanması mümkündür (Şekil 1). Konvolusyon (convolution= örme) olarak adlandırılan bu yöntemde girdi ve sistem tepki fonksiyonları herbirini temsil eden farklı renklerdeki ipliklerle yapılan örme işlemine benzemekte, sonuçta sistem çıktı fonksiyonu “örgü” olarak ortaya çıkmaktadır. Öte yandan, sistemin girdi ve çıktı değişimlerinin (fonksiyonlarının) bilinmesi durumunda dekonvolusyon (deconvolution= sökme) yöntemleri (örğ. Linear spline, fast Fourier transform, Languer function yöntemleri) ile sistem tepki fonksiyonunun belirlenmesi mümkündür. Buradaki işlem ise, örgünün (çıktı fonksiyonunun) sökülmesi yoluyla uygulanan örme tekniğinin (sistem tepki fonksiyonu) belirlenmesini amaçlamaktadır. Tümsel modeller sistemin içsel işleyişi konusunda net bilgilerin mevcut olmadığı ya da ayrıntılı bilgilere başvurulmaksızın ön değerlendirmelere gereksinim duyulan her disiplinde kullanılmaktadırlar. Tümsel model uygulamalarının günümüzde hidrojeoloji dışındaki belli başlı uygulama alanları kimya ya da nükleer enerji mühendisliğinde reaktör tasarımı, tıpta kan ve diğer dolaşım sistemlerinin, oşinografi ve limnolojide deniz-göl karışım sistemlerinin araştırılması gibi çalışmaları kapsamaktadır.

155

Girdi Fonksiyonu Sistem Tepki Fonksiyonu

Çıktı Fonksiyonu

Matematiksel Çözüm Tekniği

verilen verilen hesaplanan Konvolusyon verilen hesaplanan verilen Dekonvolusyon Şekil 1: Konvolusyon ve dekonvolusyon yaklaşımlarının şematik gösterimi.

HİDROJEOLOJİDE TÜMSEL PARAMETRELİ MODELLER Tümsel modellerin hidrojeolojideki başlıca uygulama alanı geniş ölçekli ve hakkında yeterli G-H-J verilerinin mevcut olmadığı akifer sistemlerinde GSD’nın belirlenmesidir. Bu amaçla, atmosferik çevresel izleyici derişiminin zamansal değişimi sistem girdi fonksiyonu olarak kullanılmakta, konvolusyon tekniğiyle bu fonksiyon sistemin uyduğu varsayılan tepki fonksiyonu tarafından çıktı fonksiyonuna, yani sistemden kaynak-kuyu vb yollarla çıkan izleyici derişiminin zamanda değişimine dönüştürülmektedir. Bu yolla hesaplanan zamansal izleyici çıktı derişimlerinin belirli zamanlarda gözlenen izleyici derişimleri ile uyuşması durumunda kullanılan sistem tepki fonksiyonunun incelenen akifer sisteminde YAS GSD’nı temsil ettiği kabul edilmektedir. Bu açıdan bakıldığında, bir akifer sisteminin belirli bir zamanda kendisine olan izleyici girdisini iletmesi açısından iki ve birbirinden tamamen farklı durum söz konusudur. Sistem, belirli bir andaki izleyici girdisini ya önceki zaman adımlarındaki girdiler ile hiç karıştırmadan iletecek, ya da izleyici daha önceki anlara ait izleyici girdileri ile tamamen karışarak iletilecektir. Bu yaklaşımlardan ilki piston akım (piston flow), ikinci tam karışımlı akım (well mixed flow) yaklaşımı olarak adlandırılırlar. Bu iki yaklaşım, doğada karşılaşılabilecek izleyici iletim (taşınım) mekanizmaları açısından olası iki ekstrem (uç) durumu (end-members) temsil etmektedirler. Doğal olarak, söz konusu taşınım mekanizmaları ile doğada karşılaşılması mümkün olmakla birlikte, tüm doğal sistemlerin bu şekilde davranması beklenemez. Bu nedenle, bu iki ekstrem durum arasındaki izleyici karışım ve iletim durumlarına uygun tümsel model sistem tepki fonksiyonları türetilmiştir. Bu türetmeler genellikle piston akım ve tam karışım modellerinin çeşitli kombinasyonlarından oluşmaktadır (Şekil 2). İdeal bir durum olarak ele alınan piston akım modelinde ardışık yıllara ait beslenimlerini takip eden fakat birbirleriyle karışmayan bir biçimde sistem içinde ilerlediği varsayılmaktadır (Şekil 2). Bu durumda, YAS’nun beslenim ve örneklenmesi arasındaki süre dengeli akım koşullarında sabit olup, geçiş süresi dağılımı söz konusu değildir. Beslenim ve örnekleme anları arasındaki süre sistemin geçiş süresine ya da YAS’nun yaşına eşittir. Diğer bir ideal durumu yansıtan tam karışım modelinde ise her yılki beslenim, geçmiş beslenimlerle tam olarak karışmakta ve bu beslenimin sistemi teorik olarak t>0 anı ile t = + sonsuz arasında parça parça terk ettiği varsayılmaktadır. Sistem çıkışından boşalan suda geçmiş yıllardaki beslenimin ağırlığı genç sulardan yaşlı sulara doğru eksponansiyel biçimde ve sistemin ortalama geçiş süresine bağlı olarak azalmaktadır. Gerek piston akım koşulları için öngörülen ardışık beslenimlerin birbirleri ile hiç karışmadıkları şeklindeki varsayımın ve gerekse tam karışım modelinde öngörülen herhangi bir beslenimin sistemi terk etmesinin + sonsuza kadar süreceği şeklindeki varsayımın doğa koşullarında geçerli olması beklenen bir durum değildir. Bu nedenle, her iki “ideal” koşulun değişik biçimlerde birleştirilmesinden oluşan tümsel modellerin kullanılması daha mantıklı görünmektedir. Diğer bir deyişle piston ve tam karışım modellerin idealize edilmiş, “ideal” akım koşullarını, bunların kombinasyonları ile oluşturulan modellerin ise “ideal olmayan” fakat daha gerçekci akım sistemlerini temsil edecekleri söylenebilir.

Çok kaba bir yaklaşımla basınçlı akiferlerin piston, serbest akiferlerin ise tam karışım modeline uygun oldukları söylenebilirse de, uygulayıcı yukarıda belirtilen uyarıları dikkate almalıdır. Çeşitli hidrojeolojik saha koşullarına ya da kavramsal akifer modellerine uyan tümsel model kombinasyonlarından bazıları Şekil 3’de gösterilmiştir. Bu şekillerden tümsel modelleme çalışmalarında uygulayıcının öncelikle saha koşullarını dikkate alan bir taslak kavramsal (conceptual) akım modelini oluşturması gerektiği anlaşılmaktadır. Daha sonra kavramsal modele en uygun tümsel model seçilmelidir. Örneğin örnekleme noktasının hem basınçlı, hem de serbest akiferden su alması durumunda birbirine paralel bağlanmış piston ve tam karışım modellerini içeren bir tümsel modelin kullanılması gerekecektir. Diğer yandan, ideal piston akım koşullarının basınçlı akiferlerin doğasına tam olarak uymamaları nedeniyle, piston akım modeli yerine bu modelin farklı akım dirençlerine sahip litolojilerden kaynaklanan makro dispersiyon etkisini içermek üzere değiştirilmiş bir türevi olan dispersif akım modelinin kullanılması da mümkündür.

Şekil 2: İdeal ve ideal olmayan akım koşulları için GSD fonksiyonları. Yukarıda verilen örneğe benzer şekilde, istenilen sayıda piston ve tam karışım akım modellerinin paralel ve/veya seri bağlanması yoluyla saha koşullarına dayalı kavramsal modele daha uygun tümsel modellerin oluşturulması da mümkündür. Ayrıca, akiferlerde karşılaşılması olası ölü hacim ve hızlı akım bileşenleri de bu tür modellerde içerilebilirler. Burada “ölü hacim” ile akım sisteminde akışın sistemin diğer yerlerine göre durağan olduğu hacimler tanımlanmaktadır. Benzer şekilde “hızlı akım” terimi sistemin diğer bölümlerine göre yüksek hıza sahip olan akım bileşenini temsil etmektedir. Bu benzeri gibi geliştirilmiş tümsel modeller aracılığı ile sistemin tanımlanan alt bileşenlerine ait hacimlerin ve/veya bu bileşenlerde geçerli olan akımların tahmin edilmesi de mümkündür. Bu durumda, tümsel modeller klasik “kara kutu” yaklaşımının ötesinde sistem hakkında bazı fiziksel verilerin elde edilebildiği yaklaşık-fiziksel (quasi physical) modellere dönüşmektedirler.

156

Şekil 3: Hidrojeolojik kavramsal modelden uygun tümsel modele geçiş örnekleri. Bu yaklaşımla tasarlanmış tümsel model kombinasyonlarından bazı örnekler Şekil 4’te gösterilmiştir. Diğer yandan, her tür modelde olduğu gibi anılan kombinasyonların genişletilmesi ile orantılı olarak toplam varyansın büyüyeceği, belirli bir aşamadan sonra üretilen çıktı fonksiyonunun önemli düzeyde belirsizlikler içereceği unutulmamalıdır.

157

Model Tipi Model Yapısı Model Tipi Model Yapısı

Model 1: Piston Model 15: Makro Dispersiyon

Model 8: Paralel Piston

Model 2: Piston + Ölü Hacim

Model 9: Piston ve Tam Karışım seri bağlı

Model 3: Piston ve Hızlı Akım

Model 10: Piston ve Tam Karışım seri bağlı ve Ölü Hacim içeriyor

Model 4: Tam Karışım

Model 11: Seri bağlıPiston ve Tam Karışım, Ölü Hacim ve Hızlı Akım bileşeni içeriyor

Model 5: Tam Karışım ve Ölü Hacim

Model 12: Piston ve Tam Karışım seri bağlı ve aralarında akım geçişi var

Model 6: Tam Karışım ve Hızlı Akım

Model 13: Paralel bağlı Tam Karışım ve Piston

Model 7: Paralel bağlı Tam Karışım

Model 14: Seri bağlı Tam Karışım

Şekil 4: Tümsel model kombinasyonlarına ait bazı örnekler.

158

159

TÜMSEL PARAMETRELİ MODELLERDE DENGELİ VE DENGESİZ AKIM Bir akım sisteminde beslenim ve boşalım miktarları arasında önemli farklılıkların oluşması akifer ya da akiferi oluşturan alt akifer parçalarında önemli hacim değişimlerine neden olabilmektedir. Bu durumda uygulayıcı, modelin kapsadığı zaman dilimi içerisinde dengeli ya da dengesiz akım koşullarının ne denli geçerli olduğuna öncelikle karar vermelidir. Doğal olarak dengesiz akım koşullarının hüküm sürdüğü bir akifer sistemine dengeli akım tümsel modellerinin uygulanması önemli bir kural ihlali olacaktır. Günümüzden 15 yıl öncesine kadar dengesiz rejim koşullarının yalnızca dağınık parametreli ve odasal modeller ile temsil edilebilmekte, bu koşulları kapsayan tümsel model eşitliklerinin matematiksel çözümünün mümkün olmadığı düşünülmekteydi. Bununla birlikte, son 10 yıl içinde ortaya çıkan gelişmeler ile tümsel modellerin de dengesiz akım koşullarını temsil edecek biçimde çalıştırılmasına olanak sağlamaktadır. GEÇİŞ SÜRESİ DAĞILIMI VE ORTALAMA GEÇİŞ SÜRESİ Yukarıda da belirtildiği gibi bir tümsel model girdi fonksiyonunu çıktı fonksiyonuna sistem tepki fonksiyonu aracılığı ile dönüştürmektedir. Sistem tepki fonksiyonu aynı zamanda girdilerin çıktı üzerindeki ağırlıklarını da belirlediğinden, ağırlık fonksiyonu olarak da adlandırılmaktadır. Bu açıdan bakıldığında, ağırlık fonksiyonunun olasılık yoğunluk fonksiyonu ile benzer işleve sahip olduğu söylenebilir. Ağırlık fonksiyonunun değişik zaman adımlarında alacağı değerler ise ilgili matematiksel eşitliğin genel formuna ve akım sisteminin geçiş süresine bağlıdır. Dengeli akım koşullarında akım sistemi tek bir geçiş süresine sahip iken, dengesiz akım koşullarındaki geçiş süresi her bir zaman adımındaki girdi-çıktı debileri ile sistem hacmi tarafından belirlenmektedir. Şekil 5’te dengeli akım koşullarına ait bir tam karışım modeline ait girdi-çıktı derişimleri ile, geçiş süresi ve ağırlık fonksiyonunun değişik zaman adımlarında aldığı değerler gösterilmiştir. Ağırlık fonksiyonunun zaman içindeki değişimi exponansiyel formda olup, fonksiyonun belirli zaman adımlarındaki değeri, o zaman adımlarındaki girdi ağırlığını belirlemektedir. Bu uygulamada, geçiş süresi her bir zaman adımı için aynı olup, ortalama geçiş süresi ile aynı değere sahiptir. Geçiş süresi sistem hacminin sistemdeki akışa oranı olduğundan (V/q) ve dengeli akım koşullarında sistem hacmi ve akış (debi) sabit olduğundan, her zaman adımında geçiş süresinin aynı değeri alması beklenen ve olağan bir durumdur. Şekil 6’da dengesiz akım koşullarında tam karışım modeli için girdi-çıktı derişimleri ile ağırlık fonksiyonu ve geçiş süresinin zamana bağlı değişimi gösterilmektedir. Giriş ve çıkış debilerinin değişmesine ve bunlara bağlı olarak sistem hacminin her bir zaman adımında değişmesinden dolayı, dengesiz akım koşullarında tek bir geçiş süresinden bahsetmek mümkün değildir. Genel olarak giriş debisi, çıkış debisini aştıkça sistem hacmi büyümekte, buna bağlı olarak da ilgili geçiş süresi artmaktadır. Bu durumun bir sonucu olarak, tam karışım modelinin eksponansiyel bir eşitlik ile ifade edilmesine karşın, dengesiz akım koşullarına ait ağırlık fonksiyonu Şekil 5’te olduğu gibi genel eksponansiyel formunu koruyamamaktadır (bkz. Şekil 6). Ağırlık fonksiyonu değerlerinin düzensiz değişimi değişik zaman adımlarındaki izleyici girdi derişimlerinin çıktı derişimi

üzerindeki etkisinin de her bir zaman adımı için değişmesine neden olmaktadır. Dolayısıyla dengesiz akım koşullarının egemen olduğu akifer sistemlerine ait izleyici çıkış derişimleri daha büyük zamansal salınım göstermektedirler. Bu durum, hesaplanan ve gözlenen çıktı derişimlerinde daha sağlıklı çakıştırmaların yapılmasını olanaklı kılmaktadır. Böylece, akım sisteminin varsayılan kavramsal model uygun olup olmadığı konusunda uygulayıcı daha güvenli kararlar verebilmekte, sistem hacmi konusunda daha sağlıklı ipuçlarına ulaşabilmektedir.

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 20000

500

1000

1500

2000

2500

C Giriş

0

10

20

30

40

50

60

70

Cçıkış

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Ağırlık

Fon

ksiy

onu

4

6

8

10

12

14

16

Geçiş Süresi

Zaman (Yıllar)

Geçiş Süresi

Ağırlık FonksiyonuÇıkış Konsantrasyonu

Giriş Konsantrasyonu

DENGELİ AKIM

Şekil 5: Dengeli akım koşullarında tam karışım modeli için girdi-çıktı derişimleri ile ağırlık fonksiyonu ve geçiş süresinin zamana bağlı değişimi.

160

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 20000

500

1000

1500

2000

2500

C giriş

0

20

40

60

80

100

120

C çıkış

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1Ağırlık

Fon

ksiy

onu

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Geçiş Süresi (yıl)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Q g

iriş/

çıkış,

m3 /yıl

Çıkış Konsantrasyonu

Giriş Konsantrasyonu

Ağırlık Fonksiyonu

Geçiş Süresi

Zaman (Yıllar) Çıkış DebisiGiriş Debisi

DENGESİZ AKIM

Şekil 6: Dengesiz akım koşullarında tam karışım modeli için girdi-çıktı derişimleri ile ağırlık fonksiyonu ve geçiş süresinin zamana bağlı değişimi. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Akifer sistemlerde geçiş süresi dağılımının belirlenmesinde dağınık parametreli modeller, fiziksel sistemin daha iyi tanımlanmasına olanak verdiklerinden büyük bir üstünlüğe sahiptirler. Bununla birlikte, akış sistemine ait geometrik, hidrolik ve jeohidrolojik verilerin sınırlı ya da belirsiz olduğu durumlarda tümsel modeller geçiş süresi dağılımının belirlenmesi için kullanılabilecek bir araç olarak ortaya çıkmaktadırlar. Geçen 10 yıl içindeki çalışmalar sonucunda bu modellerin dengesiz akım koşullarını da içerecek biçimde geliştirilmesi bu modellerin incelenen sistemlerin kavramsal modele uygunluğunun yanısıra, girdi-çıktı debileri ile hacimlerinin de beklenen sınırlarda olup olmadığının belirlenmesine olanak vermektedir. Diğer yandan, hangi türden olursa olsun bir modelin yalnızca gerçekteki doğanın bir yakınsaması olduğu unutulmamalı, uygulamada gözlenen ve hesaplanan değerlerinin tam çakışmasından çok, modelin incelenen sistemi temsil etmedeki yeterliliği dikkate alınmalıdır. Bu açıdan, tümsel modellerin esas olarak kavramsal model hipotezlerinin test edilmesi amacıyla kullanılması daha yaygın bir kullanım alanı olarak görünmektedir. DEĞİNİLEN BELGELER

Adar, E.M., 1996. Quantitative evaluation of flow systems, groundwater recharge and transmissivities using environmental tracers, Manual on Mathematical Models in Isotope Hydrogeology, IAEA-TECDOC-910, 113-154.

Doğdu,N., Tezcan, L., 2002. Hidrojeolojik modellerin izotoplar yardımıyla modellenmesi, DSİ Hidrojeolojide İzotop Tekniklerinin Kullanılması Sempozyumu, 21-25.Ekim.2002, Adana.

Levenspiel, O., 1999. Chemical Reaction Engineering. 3rd edn. John Wiley & Sons, New York, 578 pp.

161

162

Maloszewski, P., 1996. LP models for the interpretation of environmental tracer data. In: Manual On Mathematical Models In Isotope Hydrology, IAEA-TECDOC-910. Vienna, Austria, pp.9-58.

Maloszewski, P., Zuber, A., 1982. Determining the turnover time of groundwater systems with the aid of environmental tracers, I-Models and their applicability. Journal of Hydrology 57(3-4), 207-231.

Niemi, A.J., 1990. Processes with variable flows and volume. In Guidebook on Radioisotope Tracers in Industry, Chapter4.5, IAEA, Vienna, 74-91.

Tezcan, L., 2002. İzotop hidrolojisi çalışmalarında kullanılan matematiksel modelleme yaklaşımları ve yeraltısuyu yaşı kavramı, DSİ Hidrojeolojide İzotop Tekniklerinin Kullanılması Sempozyumu, 21-25.Ekim.2002, Adana.

Tezcan, L., 1993. Karst akifer sistemlerinin trityum izotopu yardımıyla matematiksel modellemesi.Hacettepe Üniversitesi, Doktora Tezi, 125s.

Thereska, J., 2000, Radiotracer and sealed source techniques and applications, Trainning Course Handbook, IAEA, Vienna.

Yurtsever, Y., Payne, B.R., 1986. Time-variant linear compartmental model approach to study flow dynamics of a karstic groundwater syste by the aid of envirnmental tritium (A case study of south-eastern karst area in Turkey), Karst Water Resources, IAHS Publication No.161, 545-561.

Zuber,A., 1986a. Mathematical models for the interpretation of environmental radioisotopes in groundwater systems. In: Fritz, P., Fontes, J.Ch. (Eds.), Handbook of Environmental Isotope Geochemistry. Elsevier, Amsterdam. 1-59 pp.

Zuber, A. 1986b. On the interpretation of tracer data in variable flow systems. Journal of Hydrology 86 (1-2), 45-57.

163

ORHANGAZİ OVASI (BURSA) DOLAYINDAKİ SU KAYNAKLARININ HİDROJEOKİMYASAL YÖNDEN İNCELENMESİ

HYDROGEOCHEMISTRY INVESTIGATION OF THE (BURSA) ORHANGAZİ

PLAIN AND ITS ENVIRONS

Baki CANİK1 & Suzan PASVANOĞLU2

1Ankara Üniversitesi, Müh. Fakültesi, Jeoloji Müh.Böl. Tandoğan-ANKARA 2Kocaeli Üniversitesi, Müh. Fakültesi, Jeoloji Müh.Böl. Kocaeli-IZMİT

ÖZET İnceleme alanı Armutlu yarımadasının GD sunda Yalova- Gemlik arasında Orhangaziden, doğuda İznik gölüne, batıda Üçoluk ve Orman Tepe batısına, güneyde, Gedelek’e kadar uzanan bölgeyi kapsamaktadır. Jeoloji ve hidrojeoloji çalışmaları, 1/25000 ölçekli haritalarda, yaklaşık 70 km2 lik alanda yapılmıştır. Temeli Alt Paleozoyik yaşlı metagrovak, fillit ve şist oluşturmakta, üzerinde ise içerisinde obruk, dolin, su yutan vb. gibi karst şekillerinin yaygın olduğu mermerler bulunmaktadır. Mermerleri uyumsuz olarak örten Pliyosen yaşlı göl çökelleri Orhangazi ovasında alüvyonla örtülüdür. Orhangazi su ihtiyacını Nadir kaynağı ve doğusunda Kaynarcadaki sondajların sularından karşılamaktadır. Kaynaklar mermerlerin üzerine düşen yağış suları ile doğrudan beslenmektedir. Bu kaynakların belirlenen yöndeki hızını ve birbirleri ile olan ilişkilerini hidrojeokimyasal açıdan araştırmak amacıyla fluoresein boya deneyi, su kimyası ve izotop analizleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçla, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarının beslenme alanının Nadir kaynaklarına göre daha doğuda ve güneyde olduğu, Nadir kaynağını besleyen karstik akiferin, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarını besleyen akiferle bir hidrolik bağlantısının bulunmadığı tesbit edilmiştir. Kaynak sularında hakim iyon Ca+ ve HCO3

- olup yıllık yağışların etkisi altında bulunan meteorik kökenli sulardır. Ayrıca kaynakların 17 Agustos 1999’da, 7.4 büyüklüğündeki (Mw) Izmit- Gölcük depremi nedeniyle debilerinde değişiklik olmasına karşın kimyasal bileşimlerinde herhangi bir değişiklik gözlenmemiştir.

ABSTRACT

The study area is located SE of the Armutlu Peninsula. Geological and hydrogeological stuides are conducted on 1/25.000 scale maps covering an area of approximately 70 km2. The basement of the region is made up of metagreywacke shale and schist which are overlain by marbles with the

164

extensive karstic features such as caves, polya, etc. The Pliocene aged lacustrine unconformably overlying the marbles are covered with alluvium in Orhangazi plain.

At present, the Nadir and Kaynarca springs supply water for the town of Orhangazi. The Nadir spring flows naturally towardsa the municipality water system whereas the Kaynarca spring water is pumped into the system. These springs are naturally fed by precipitation through the marbles. In order to investigate the velocity of these water sources in the specified direction and thier relation with each other, experiments of dye trace, water chemistry and isotopic analyses from hydrochemical point of view were conducted. Based on these observations, it was found that the source area of the Kaynarca and Ilıpınar spring waters were to the east and south of the source area of the Nadir spring and that there was no connection between the sources of water to Nadir spring and that of the other two springs. Also, the predominant ions in the source waters are Ca+2 and HCO3

-. These are of meteoric origin that are under the effect of annual rains.

The effects of the Marmara 17 Agust Earthquake were relatively minor although temporary changes in flow and turbidity occured almost immediatly after the earthquake. The earhquake did not alter the chemistry of the water springs. .

1.GİRİŞ Armutlu yarımadasının güneyinde, Yalova ile Gemlik arasında bulunan Orhangazi ilçesi süratle büyüyüp gelişen önemli bir yerleşim yeridir. Buranın su gereksinimi kaynak ve sondaj kuyularından sağlanmaktadır.Bunları besleyen karstik akiferin geçirimliliği çok yüksektir. Kaynak ve kuyuların kimyasal bileşimi kadar, korunma alanların belirlenmesi ve koruma kurallarına uyulması da önemlidir. 1999 ve 2000 yıllarında sürdürülen arazi ve büro çalışmaları, Orhangazi batısında mostrada olan mermerlerin önemli bir depolama gücü olduğunu ortaya koymuştur.

2.COĞRAFYA

İnceleme alanı yaklaşık 70 km2 olup Armutlu yarımadasının GD şundadır (Şekil 1). Topografik rakım Orhangazi ilçesi ve Çeltikçi köyünde 130 m, Kulenönü tepede 308 m, Kuşaklı tepede 800 m, Üçoluk tepede 850 m ye ulaşmaktadır. Alanın doğusunda en düşük rakım 85 m ile İznik gölü sahilidir. Orhangazi–Çeltikçi köyü hattından doğu ve kuzeydoğuya doğru arazi düz olup ova görünümündedir. Ovada rakım 85 m ile 120 m arasında değişmektedir. Orhangazi meteoroloji istasyonunun 17 yıllık ölçümlerine göre yıllık yağış ortalaması 615 mm, sıcaklık ortalaması ise 14.1 °C’dir. 3. JEOLOJİ Alandaki oluşukların alttan üstte doğru türlü özellikleri özetlenerek açıklanacaktır. 3.1. Metamorfik Şistler İnceleme alanında en altta metamorfik şistler bulunmaktadır. Sürekli mostraları alanın kuzeyinde güneyinde ve güney batısında izlenir (Şekil 1).

165

166

Metamorfik şistlerin çoğu metagrovak, fillit, yesil şist ile klorit muskovit şistlerden oluşur. Arada kalınlığı 1m’ye ulaşabilen kuvarsit tabakları bulunmaktadır. Serinin sık sık ve oldukça geniş yer kaplayacak biçimde bazik volkanik damarlarla kesildikleri gözlenmektedir. Damar kayaları çoğunlukla bozuşmuş olup kaolinleşme ve zeolitleşme görülür . Metemorfik şistlerin yaşı Alt Paleozoik olmalıdır (Abdüsselamoğlu, 1959; Akartuna, 1968; Canik, 1988) . 3.2. Mermerler Metamorfik şistlerin üzerine uyumsuz olarak gelirler (Şekil 1, Şekil 2). Alanda geniş yer kaplarlar; çoğu gri ve beyaz renkli, granoblastik dokuludur. Çok az tabaklanma gösterirler. Kalınlıkları 400 m ye ulaşır. Faylı, bol kırık çatlak ve erime boşlukludur. Çatlakların çoğu sonradan beyaz kalsit damarları ile dolmuştur. Alanda mermerler metamorfik şistlerin dokanağında pek çok obruk, dolin, düden gibi farklı boyutta karst şekilleri vardır. Mermerler de metamorfik şistler gibi bazik volkanik damarla sıkça kesilmişlerdir. Bu damar kayaları çoğunlukla koyu gri, yeşilimsi kahve renkli, bazen ileri derecede bozuşmuş olup, karbonatlaşma kaolinleşme ve zeolitleşme gözlenmektedir. Mermerlerde fosil bulunamamış olup, yaşları oransal olarak Orta- Üst Paleozoyik tahmin edilmektedir (Canik, 1988). 3.3. Göl Çökelleri Bunlar altta kırmızımsı çakıl taşı, kumtaşı, silt ve kilden oluşur. Arada kalınlığı 1.5 – 2 m olabilen beyaz killi kireçtaşı ve marn vardır. Üstte fazla sıkılaşmamış kırmızı kil çimentolu çakıltaşı kumtaşı ve kil bulunur. Kalınlığı 120 – 160 m kadardır. Metamorfik şistler ve mermler üzerine uyumsuz olarak gelmektedir. Sürekli mostraları Orhangazi’den kuzeye ve kuzeydoğuya doğru devam eder. Orhangazi’nin doğu ve güneyinde ise alüvyonun altında devam ettiği ve kalınlıklarının 250 m’ye ulaşabileceği düşünülmektedir. Yaşları, karşılaştırma yolu ile Pliyosen olmalıdır (Şekil 1). 3.4. Alüvyon Dere yataklarında türlü boydaki çakıl, kum, kil ve siltin sellenme ile taşınıp depolanması ile oluşmuşlardır. Özellikle Dereköy dere ve Çeltikçi deresinin ovaya açıldığı Bursa – Yalova yolunun doğusunda alüvyon genişliyerek İznik gölüne kader devam eder. Orhangazi ovasında Pliyosen yaşlı göl çökelleri ile birbirlerinden ayrılamazlar Alüvyonun kalınlığı 20 – 25 m dolayındadır. Diğer dereler mevsimlik olup etkili yağış döneminde suludurlar. 4. KAYAÇLARIN HİDROJEOLOJİ ÖZELLİKLERİ Metamorfik şistlerin çoğu geçirimsiz olup, bozuşma fazladır. Bozuşma ürünü killidir. Şistler bazen ardalanmalı olan grovak ve kuvarsit seviyelerinin kırık ve çatlakları ile şistlerin tabaka yüzeyleri faylar vb gibi gözeneklilik ve geçirimliliğin arttığı kuşaklar boyunca boşalan debileri > 0.1 l/s olan kaynaklar gözlenmektedir. Şistler, mermerlerin altında geçirimsiz tabanı oluştururlar ve negatif sınır ödevi görürler. Mermerlerde tektonik hareketlerin izleri daha net gözlenir. Çatlaklı ve kırıklı yapıya bağlı olarak gravite faylarının çokluğu dikkat çekicidir. Fayların çoğunluğu kuzeybatı-güneydoğu, kuzey-güney ve kuzeydoğu – güneybatı yönündedir. Çatlaklı ve kırıklı yapı, yeraltında suyun depolanması için

167

uygun ortam hazırlamıştır. Mermerlerin ikincil gözeneklik ve geçirgenliği çok artmış olup, kimyasal bileşim ve çatlaklı yapının denetlediği karstlaşma çok gelişmiştir. Mermerlerin % ağırlık olarak kimyasal bileşiminde CaO oranı % 53-57 arasında, ateşte zayiat yani CO2 oranı % 40-44 arasında değişir. Ayrıca % 01-5 arasında değişen oranlarda MgO, SiO2, Fe2O3 vb bulunur (Canik, 1988). Mermerlerin çatlaklı, kırıklı ve faylı yapıları yeraltı suyunun hareketini kolaylaştırdığından erimeli yapı kazanmaları da artmıştır. Şist ve mermerlerin türlü basınç karşısındaki tepkileri farklıdır. Bu nedenle dokunakları çok daha fazla geçirgen olup, alandaki obruk ve suyutanlar buralarda oluşmuştur. Orhangazi’nin su gereksiniminin çok önemli bir kısmını tek başına karşılayan Nadir karstik kaynağı da bu mermerlerden beslenmektedir.

Pliyosen göl çökelleri heterojen bir oluşuk olduğundan düşey ve yatay doğrultuda gözenek ve geçirimlilikleri farklılık sunar. Göl çökellerinin iri kırıntılılardan oluşan çakıllı ve kumlu seviyelerinde etkili gözeneklilikleri yüksektir. Bunlar havza kenarlarında daha yaygın, havza ortalarına doğru daha çok siltli ve killi olup, etkili gözeneklilikleri çok düşüktür. Ancak, Orhangazi ve dolayında mermerlerden doğuya doğru boşalan sular, bunların çakıllı seviyelerinde depolanarak basınçlı akiferler oluşturabilirler. Alüvyon, daha az sıkılaşmış türlü boydaki kırıntıların vadi tabanlarında birikmesi ile oluşmuştur. Kırıntıların iriliği oranında depoladıkları yeraltı suyundan yararlanılmaktadır. 4.1. Yeraltı Suyu Akiferleri Orhangazi ovası birleşik bir hidrolik sistem oluşturur. Yani geçirimli ve geçirimsiz kuşaklar ardalanmaktadır. Böylece ovada bir serbest akifer ve onun altında yarı basınçlı veya basınçlı akiferler oluşmuştur.

4.1.1. Serbest akifer Yeryüzünden itibaren geçirimli kuşakların gözeneklerinde suyun depolanması ile kalınlığı ve verimi değişen serbest akifer oluşmuştur. Alanın güney ve doğusunda derin olmayan ( 15 – 20 m derinlikte) sondajlarla adi ve çakma kuyular bu akiferden beslenirler. Serbest akifer mostraya düsen yağışla beslenmektedirler. Açılan kuyularda serbest akiferde su seviyesi ölçümlerine göre alanın su tablası haritası yapılmıştır (Şekil 1). Haritada yeraltı suyu akımının İznik gölüne doğru olduğu görülmektedir. Orhangazi – İznik gölü arasında hidrolik eğimin 1.11 x 10–2 - 5.5 x 10–3 arasında değiştiği anlaşılmaktadır. Alanın güney doğusunda su tablası topografyayı kestiğinden, burada küçük kaynaklar ve sazlık oluşmuştur. Ovada su tablası kotu 86 m ile 105 m arasında değişmektedir. Serbest akiferde açılan kuyuların verimleri 5 – 7 l/s arasında değişmektedir. 4.1.2. Basınçlı akifer Orhangazi ovasında serbest akiferin altında jeolojik koşullarla beraber hidrodinamik koşulların da uygun olduğu yerlerde basınçlı ve yarı basınçlı akiferler oluşur. Basınçlı akiferlerden bir kısmı fışkıran arteziyen suyu verirken, bir kısmı asılı arteziyen suyu vermektedir. Ovanın doğusu ve güneyinde açılanların çoğu fışkıran arteziyen suyu vermektedir.

Basınçlı akiferler Pliyosen göl çökellerinin çakıllı ve kumlu seviyelerinde oluşmaktadır. Bunların fışkıran debisi 0.01 – 10 l/s arasında değişmektedir. Bu kum, kumtaşı veya çakıltaşı akiferi mostradaki Pliyosen oluşuklarının üzerine düşen yağışla veya şartlar uygunsa, altında bulunması muhtemel mermer akiferden olmaktadır. Beslenme ayrıca mostradaki mermerlerden doğuya doğru boşalımla ve Dereköy deresi, Çeltikçi deresi vb gibi sulu derelerinin ovaya açılma yerlerinden geçirimli kuşaklar boyunca da olmaktadır. Pliyosen oluşuklarının az kalın olduğu veya bir fayla kesildiği zaman kaynak şeklinde sular yeryüzüne çıkmaktadır. Bu kaynaklardan iki tanesi Orhangazi’nin hemen doğusundaki Kaynarca kaynağı ile yaklaşık 2 km güneydeki Ilıpınar kaynaklarıdır. 5. JEOFİZİK İNCELEMELER Jeoloji İncelemelerden sonra Orhangazi ovasında alüvyonun altındaki farklı özellikteki kayaların yayılım ve kalınlığını bulmak ve yapıyı ortaya çıkarabilmek için 12 noktada jeofizik rezistivite incelemesi yaptırılmıştır. 1 nolu jeofizik düşey kesitte 5, 7 ve 11 ölçüm noktalarının derinlere doğru değişimi görülmektedir (Şekil 3). 2 nolu kesitte özellikle doğuya yani havzanın ortalarına doğru Pliyosen göl çökellerinde kil ve killi malzemenin arttığı görülür. 2 nolu düşey jeofizik kesitte Ilıpınarın bulunduğu yerde temelde horst şeklinde bir yükselim vardır (Şekil 4). Bu horstu batıdan sınırlayan fay Pliyosen göl çökelleri altındaki mermerlerde, batıdan doğuya doğru olan yeraltı suyu geçişini engellemektedir. Bu faya ulaşan yeraltı suyu Ilıpınarda kaynak şeklinde yeryüzüne çıkmaktadır.

Şekil 3 : 1 Nolu düşey jeofizik kesit 168

Şekil 4: 2 Nolu düşey jeofizik kesit 6. SU KAYNAKLARI VE SONDAJLAR Orhangazi’nin içme, kullanma ve sulama suyu ihtiyacını karşılayan çok önemli üç kaynak Nadir, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarıdır. Nadir ve Kaynarca kaynaklarının kaptajları yapılarak halen şehrin su ihtiyacı için kullanılmaktadır. Nadir kaynağı doğal akım ile şehir şebekesine katılırken, Kaynarca kaptajından su pompalarla şehir şebekesine verilmektedir. Kaynaklar mermerler üzerine düşen yağış suları ile doğrudan beslenmektedir. Beslenme alanına düşen yağış fay kuşakları, yarık, çatlak, erime boşlukları ve diğer karst şekilleri gibi suyun hareketine uygun kuşaklar boyunca doygun kuşağa ulaşır ve oradan kaynağa doğru hareket eder . Nadir kaynağının debisi 75 – 600 l/s arasında değişebilmektedir. 15 Mart 1996 yılında yanlardan daraltılmış savak yardımıyla debi 352.5 l/s olarak belirlenmiştir. 30 Mart 1996 tarihinde debide büyük artışlar olmuş ve 575 l/s olarak ölçülmüştür (Canik,1988). Orhangazinin 770 m kuzey doğusunda bulunan Kaynarca kaynağı ise Pliyosen yaşlı çakıltaşı, kumtaşı, kil vb.nin alüvyonla dokanağında oluşmuştur. Beslenme alanı batıda Paleozoyik yaşlı mermerlerdir. Bunlardan süzülen sular doğuya doğru hareketle Pliyosen oluşuklarının geçirimli kuşakları boyunca Kaynarca kaynağına ulaşmaktadır. Kaynağın dört köşeli, barbakanlı beton kuyu şeklinde kaptajı yapılmıştır. Kaptajdan pompa ile Ağustos 1994’de 60 l/s, 29 Mart 1996’da 65 l/s su alınmıştır (Canik, 1988). Burada kaynağın 30 m

169

170

batısındaki sondajda 62 l/s debi ile pompaj yapılmıştır. Jacob yöntemi ile transmisivite değeri T=4.63 x 10–3 m2/s olarak hesaplanmıştır. Nadir kaynağının 2 km güneyinde bulunan Ilıpınar kaynağında su, sayısız noktalardan çıkmaktadır. Burası yaklaşık 2500 m2 lik bir kaynak alanı görünümündedir. Kaynak alanında kabarcıklar şeklinde gaz çıkışı da gözlenmektedir. Su, tarımsal amaçlı olarak kullanılmaktadır. Kaynağın 15 Mart 1996’da, OTT tipi pervaneli muline ile ölçülen debisi 260 l/s dir (Canik, 1988). 6 Ağustos ve 9 Eylül 1999 tarihindeki yine OTT tipi pervaneli muline ile debileri 125 l/s ve 134 l/s olarak ölçülmüştür. 6.1. Sondaj Kuyuları Hakkında Özet Bilgiler 1 Nolu Kaynarca Sondajı ( Kaynarca kaptajin 150 m batısında ) Litoloji değişimi : 0 – 40 m silt, kil, 40 – 82 m kumtaşı, 82 – 16 m kumtaşı çakıltası şeklinde olan kuyu 0 – 40 m 12`` kapalı, 40 – 160 m 8`` filtreli olarak donatılmıştır. Filitrenin arkası çakıllanmıştır. Kuyu derinliği 160 m, statik seviye 4.76 m, dinamik seviye 12 m’dir. Pompaj debisi 34 l/s dır (Şekil 1). 2 Nolu Sondaj – Hacı Aslan Aytimur kuyusu ( Kaynarca kaptajının 300 m Kuzey Batısında) Litoloji değişimi 0 – 5 m nebati toprak, 5 – 245 m arası kireçtaşı olan kuyu 0 – 40 m 12`` kapalı boru, 40 – 60 m arası 8`` filtre ile donatılmış olup 185 m 6`` açılmış ve çıplak bırakılmıştır. Kuyuda çakıllama yapılmamıştır. Kuyu derinliği 245 m olup, statik su seviyesi 5,90 m; dinamik seviye ise 9.04 m dır. Pompaj debisi 70 l/s dır( Şekil 1). 3 Nolu Kaynarca sondajı ( Kaynarca kaptajın 30 m Güney Batısında) Litoloji değişimi : 0 – 39 m kil- silt, 39 – 250 m kireçtaşı olan kuyu 0-39 m kapalı, 39 – 71 m 8`` filtreli, 71 – 250 m arası çıplak bırakılmıştır. Kuyu derinliği 250 m olup, statik su seviyesi yeryüzünden itibaren 2.40 m, dinamik seviye 8.60 m’dir. Kuyunun pompaj debisi 62 /s’dir (Şekil1). 7. KARSTİK YERALTI SULARININ İZLENMESİ İnceleme alanında bulunan suların kökenleri ve birbiri ile olan ilişkileri yapılan jeolojik, hidrojeolojik ve hidrojeokimyasal çalışmalarla ortaya konmuştur. Özellikle, fluoresein boya deneyi ve izotop analizleri ile önemli bilgiler elde edilmiştir. 7-1. Boya Deneyi Mermerlerde depolanan suyun kuzeye doğru hareketi metamorfik şistlerin geçirimsiz sınır oluşturmasi nedeniyle mümkün görülmemektedir. Alanın ortasında bulunan Fındıklı’dan, KB ve GD yönünde uzanan metamorfik şistler burada geçirimsiz sınır oluşturduğundan, Fındıklı’dan kuzeydeki mermerler üzerine düşen yağışın, güneye akımını engellemektedir. Doygun kuşağa ulaşan yeraltı suyu karst sistemine bağlı olarak yersel yön değişmeleri yapsa da genel akım yönü güneyden kuzeye ve kuzeybatı ile batıdan doğuya yani Nadir kaynağına doğrudur ( Şekil 1) (Canik, 1988).

Nadir, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarının belirlenen yöndeki hızını ve birbirleri ile olan ilişkilerini belirlemek için fluoresein boya deneyi yapılmıştır. Boya, 4/9/1999 günü saat 15’de inceleme alanının kuzeyinde bulunan Hamzalı köyünün 1 km güneyindeki Himmetalan obruğundan yeraltına gönderilmiştir (Şekil 1). Boya 2325 m yol katederek ortalama 36 saat sonra Nadir kaynağında maksimum konsantrasyona ulaşmış ve boya kaynakta çıplak gözle de uzun süre izlenmiştir. Alınan örnekler H.Ü. Yeraltı Suyu İzleme Laboratuvarı’nda okunmuştur.

Buna göre karstik yeraltı suyunun en az hızı V= yol/zaman eşitliğinden V=2325 / 36 = 64.6 m/saat olarak hesaplanmıştır ( Şekil 5). Aynı zaman aralığında Kaynarca kaynağından 4 gün, Ilıpınar kaynağından da 6 gün eşit zaman aralıkları ile örnek alınmasına devam edilmiştir. Fluorometrede yapılan boya konsantrasyon araştırmasında Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarından alınan örneklerde boyaya rastlanmamıştır. Bundan dolayı bu iki kaynağın beslenme alanının, Nadir kaynağının beslenme alanından daha doğuda ve güneyde olduğu, Nadir kaynağını besleyen karstik akiferin, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarını besleyen akiferle hidrolik bir bağıntısının bulunmadığı anlaşılmıştır.

Şekil 5 7-2. Çevresel izotop Analizleri İnceleme alanında hidrodinamik yapının aydınlatılması amacıyla Ilıpınar, Kaynarca ve Nadir kaynaklarından alınan su örneklerinde, Trityum(T), Oksijen-18 (O18) ve Döteryum (D) analizleri yapılmıştır. Analizler, Ankara DSİ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi İzotop Laboratuvarı’nda yaptırılmıştır (Tablo 1). Kaynak sularının O18 ve döteryum değerleri sırası ile, 97. m, 106. m ve 150. m’lerde örneklenmiştir. 171

172

Şekil 6 de görüldüğü gibi tüm sular doğu Akdeniz yağışlarına ait doğru (δD=8δ18O +22) ile Dünya meteorik doğrusu(δD=8δ18O +10) arasında yer almaktadır. Bu sular meteorik kökenli olup derin bölgesel karstik yeraltı sular tarafından beslendiğinin bir kanıtıdır. Nadir, Kaynarca ve Ilıpınar kaynak sularının izotopik olarak değişimi az miktardadır. Bu değişim, belki seçme süreciyle, yeraltı suyunun depolanmasındaki mevsimsel farklılıklardan olabileceği gibi yağışın düşmesinden sonra yeraltındaki erimeli boşluklarda çok yavaş hareket eden karstik sularla karışmasıyle da açıklanabilir. Ayrıca duraylı izotoplardan Döteryum ile Oksijen-18 arasındaki ilişki, belli yağış rejimleri için değişemez. Bu nedenle, örneklerdeki Döteryum fazlası kullanılarak farklı yağış rejimlerinin etkisi belirlenebilir (DfN=17.25, DfK=17.89, DfI=17.82). Görüldüğü gibi Nadir kaynağındaki Df en düşük değerdedir. Bu değer karasal kökenli yağışları temsil etmektedir. Diğer kaynaklarda Df yüksek değerlerdedir. Ilıpınar kaynağındaki Df, iki yağış tipinin ara değerini temsil etmektedir. Bu da Ilıpınar sularının bir karışımdan olduğunu göstermektedir. Bu, karstik yeraltı suyuna kırıntılı genç çökellerde depolanan suların karışımı olabilir. Aynı yağış rejiminden etkilenen sularda δDf, birbirine yakın olacaktır. Öte yandan Trityum içeriği yağışın katıldığı dolaşımı ifade edecektir. Şekil 7’de görüldüğü gibi Kaynarca ve Nadir kaynağı Trityum içeriği yönünden Ilıpınar’dan farklıdır. Bunlar üst akifer sisteminin ve dolayısıyla yeni yağışların etkisinde oluşan kaynaklardır. Ilıpınar kaynağının ise Trityum yönünden farklı olması, eski yağışların etkisinde olan yeraltı suyu boşalımından dolayı olmalıdır. Kaynak sularının Oksijen-18 / Ec ve Trityum/ Ec ilişkisi Şekil 8 ve 9’da verilmiştir. Kaynarca ve Ilıpınar sularının yüksek elektriksel iletkenliğe sahip olması, Oksijen -18 bakımından zengin olan düşük kotlardan beslenen akiferle uzun süre temas eden derin dolaşımlı sular olmasındandır. Nadir kaynağı ise oksijen-18 ve Ec bakımından fakir yüksek kotlardan beslenen, yüksek Trityumlu, geçiş sürelerinin kısa, ve akiferle kısa süre temas eden daha sığ dolaşımlı sulardır. 8. SULARIN KİMYASAL BİLEŞİMLERİ Orhangazinin kullanma ve sulama su ihtiyacını karşılayan çok önemli 3 kaynak, Nadir, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarıdır. Nadir ve Kaynarca kaynaklarının kaptajları yapılarak halen şehrin ihtiyacı için kullanılmaktadır. Nadir kaynağı doğal akımı ile şehir şebekesine katılırken, Kaynarca kaptajından su pompalarla şehir şebekesine verilmektedir. Bu üç kaynağın suyunun farklı kimyasal özelliklerini incelemek amacıyle 1999 ve 2000 yıllarında arazide alınan su örnekleri üzerinde laboratuvarda analizler yapılmıştır. Bu analizlerin sonuçları ile daha önceki yıllarda yapılan analizlerin sonuçları toplu halde Tablo 1 de verilmiştir. Suların yarı logaritmik Schoeller diyagramında iyonları birleştiren doğrular ya üstlenmekte veya çok yakın paralel geçmektedir (Şekil 10). Ilıpınar ve Kaynarca kaynaklarının suları birbirinin çok benzeri olup, Nadir kaynağının suyu ile de benzerdirler. Bunların aynı litoloji bileşimli akiferden boşaldığı düşünülmektedir. Bu sular CaCO3 bileşimli kayaçlardan; yani mermerlerden gelmektedir.

173

Nadir kaynağında farklı zamanlarda yapılan tahlillerde pH değerleri yüksek, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarınınki daha düşüktür. Beslenme alanı ve kaynaklar arasındaki mesafe karşılaştırılırsa, yüksek kotlardan beslenen Nadir kaynağında bu mesafe fazla, düşük kotlardan beslenen Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarında, Nadir kaynağına göre daha azdır. Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarının beslenme alanında çok sayıda kireç ocağı bulunmaktadır. Bu ocaklardan yıl boyunca çıkan CO2 gazı yağış suları ile birleşerek pH değerlerini düşürmekte ve mermerlere daha çok etki yapmaktadır. Böylece, Ca ve HCO3 değerleri Nadir kaynağına göre daha yüksek değerlere ulaşmaktadır (Tablo1).

174

Tablo 1: İnceleme alanındaki suların kimyasal ve izotop analizleri

Num. Adı Tarih pH (25°C)

EC (μmho/cm)

T(°C) Ca (mg/l)

Mg (mg/l)

Na (mg/l)

K (mg/l)

Cl (mg/l)

SO4(mg/l)

HCO3(mg/l)

TDS (mg/l)

Fr.s° δ 18O o%

δD o%

T(TU)

Nadir kay. 27.8.1987 7.52 340 106.0 4.8 2053 0.55 12.43 1.73 207.4 425 28.5 11.9.1999 7.0

460

13.2 74 6.0 2.7 0.4 9.2 3.0 244.0 340 21 -9.39 -62.31

11.85±1.10

22.1.2000 7.35 451 12.8 - - - - - - - - - 4.3.2000 7.3

412

12.9 78.0 1.2 2.9 0.4 8.5 16.2 213.5 - 20 -10.20

-59.91

11.20±1.20

Kaynarca kay.

16.8.1994 7.0 516 110 5.0 9.0 0.8 16.0 31.0 354 536 29.5

11.9.1999 6.9

700

15.6 115.0 4.2 7.8 0.9 17.0 11.6 347.7 504 30.5 -9.47 -57.85

10.85±1.10

22.01.2000 7.31 711

15.3 - - - - - -

4.3.2000 7.2

632

15.6 -

- - - - - - -9.56 -58.61

11.85±1.10

Ilıpınar kay.

18.12.1995 7.85 503 107 5.0 7.2 1.0 20.0 17.0 336 501 28.8

11.9.1999 6.9

710

18.4 107 6.0 7.3 0.8 14.2 9.7 338.5 484 28.25 -9.56 -58.38

6.90±1.00

22.1.2000 7.20 690 17.2 - - - 4.3.2000 7.0

657

16.18

126 1.2 8.1 0.7 17.0 17.9 356.8 - 32.00 -9.34 -57.18

7.90±1.15

Hacı Aslan Aytimur sondaj kuyusu 1

1.4.2000 7.01

609 16 113.8 2.9 - 0 - 80.1 288.1 - 29.65 - - -

Kaynarca sondaj kuyusu 2

31.3.2000 6.94

617 15.6 115.4 1.9 - 0 - 47.3 289.3 - 29.64 - - -

Kaynarca sondaj kuyusu 3

2.4.2000 7.03

652 17.1 111.4 4.4 - 0 - 31.7 286.7 - 29.68 - - -

-10 0 10Oksijen-18 ( %o SMOW)

-100

0

100

200

Döt

eryu

m (

%o

SMO

W)

Dünya Meteorik Doðrusu

Nadir kay.

Kaynarca kay.

Ilýpýnar kay.

Doðu Akdeniz Doðrusu

-11.00 -10.00 -9.00Oksijen-18

2

4

6

8

10

12

14

Trity

um

Nadir kay

Kaynarca kay

Ilýpýnar kay

Şekil 6: İnceleme alanına ait suların 18O- D ilişkisi Şekil 7: Orhangazi Kaynaklarının 18O-Trityum ilişkisi

200 400 600EC

-10.40

-10.00

-9.60

-9.20

O-1

8

Nadir kay.

Kaynarca

Ilýpýnar kay.

0 100 200 300 400 500 600 700 800EC

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

Trity

um

Nadir kaynaðý

Kaynarca kaynaðý

Ilýpýnar kaynaðý

Sýð dolaþým

Derin dolaþým

Şekil 8. Kaynak sularının 18O- EC arasındaki ilişki Şekil 9: Trityum - EC arasındaki ilişki

175

Schoeller Diagramı (11.9.1999)

Mg

SO4Na+K Cl

CaHCO3

0,01

0,1

1

10

meq

/l

Nadir kaynağı Kaynarca kaynağıIlıpınar kaynağı

0,01

0,1

1

10

Ca MgNa+

K ClSO4

HCO3

meq

/l(27,8,1987) Nadir kaynağı(11.09.1999) Nadir kaynağı

Şekil 10: Kaynak sularının schoeller diagramı Şekil 11: Nadir kaynağına ait Schoeller

diagramı

0,1

1

10

Ca Mg Na+K Cl SO4 HCO3Meq

/ L

(16,8,1994) Kaynarca kaynağı (11.9.1999) Kaynarca kaynağı

0,1

1

10

Ca MgNa+

K ClSO4

HCO3Meq

/ L

(18,12,1995) Ilıpınar kaynağı(11.9.1999) Ilıpınar kaynağı

Şekil 12: Kaynarca kaynağına ait schoeller Şekil 13: Ilıpınar kaynğına ait schoeller

diagramı diagram

176

177

9. DEPREMİN KAYNAKLARA OLAN ETKİSİ 17 Agustos 1999 da 7.4 büyüklüğündeki Izmit-Gölcük depremi nedeniyle Orhangazi dolayındaki kaynaklardan Nadir, Kaynarca, Ilıpınar ve Keramet-Ilıca su kaynaklarında degişmeler gözlenmiştir. Orhangazi’nin içme suyunu sağlayan Nadir ve Kaynarca kaynaklarının depremden önceki kimyasal bileşimleri, depremden sonrakilerle karşılaştırılmıştır. 9.1. Nadir Kaynağı Orhangazi’nin su ihtiyacinin önemli bir bölümünü karşılayan Nadir kaynağının debisinde % 30 dolayında azalma olmuş, kaynak bulanmış ve bu bulanıklık 3 gün sürmüştür. Debi daha sonra eski miktarına yaklaşmıştır. Nadir kaynağının 1987 ve 1999 tahlil sonuçlarını karşılaştırmak amacıyla Schoeller diagramı çizilmiştir (Şekil 11). Ayrıca, kaynak başında pH = 8.33, Ec= 350 μsiem.m, t = 13.2 °C ölçülmüştür.

9.2. Kaynarca Kaynağı Yaz mevsiminde Orhangazi’nin su ihtiyacının önemli bölümünü karşılayan kaynağın batısında yapılan iki sondajın suyu depremden hemen sonra bir miktar bulanmıştır. Bir gün sonra durulan su, depremin üçüncü gününde 5 büyüklüğündeki artçı depremle tekrar çok az bulanmıştır. Depremden hemen sonra kaynağın debisinde çok az bir artma olmuştur. Kaynarca kaynağının 16 Ağustos 1994 ve 11 Eylül 1999 tahlil sonuçlarını karşılaştırmak amacıyla Schoeller diagramı çizilmiştır (Şekil 12). Kaynak başında pH = 8.30 , Ec= 583μsiem.m , t= 15.6°C ölçülmüştür. 9.3. Ilıpınar Kaynağı Kaynağın debisi depremden hemen sonra artmıştır. 9 Eylül 1999 tarihinde muline ile yapılan ölçümde debi 131 l/s dir. Ilıpınar kaynağının 18 Aralık 1995 ve 11 Eylül 1999 tahlil sonuçları da Schoeller diagramı ile karşılaştırılmıştır (Şekil 13). Bu üç kaynağın yarı logaritmik Schoeller diagramında iyonları birleştiren doğrular birbirlerine yakın paralel geçmektedir. Ilıpınar kaynağı, Nadir kaynak suyuna benzeyen kimyasal bilesimi ile Orhangazi’nin su sorununu çözecek çok büyük bir potansiyel olarak görülmektedir. Ileriki yıllarda bu kaynağın da Kaynarca kaynağı gibi kaptajının yapılarak buradan suyun pompa ile yükseltilip kullanıma sunulması düşünülmelidir. 10. KAYNAKLARIN KORUNMA ALANLARI Orhangazi bölgesinde üzerinde büyük bir titizlikle durması gereken konuların başında kaynakların korunma kurallarına uyulması gelmektedir. Kaynarca kaynak ve sondaj sularının tahlilinde gözlenen çok az NH4 <0.05 mg/l, NO2<0.05 mg/l NO3 = 11-15 mg/l ve organik madde 0.1 mg/O2, suyun yeraltında akımı sırasında kirlendiğini

178

göstermektedir. Kirlenmeye Orhangazi ile Nadir kaynağı arasındaki kireç ve taş ocaklarının türlü atıkları ile, Kaynarca kaynağının batı ve kuzey batısındaki yerleşim ve tarımdan kaynaklanan türlü kirleticiler neden olmaktadır. Kaynakların beslenme alanında hayvan otlatılması gübre ve çöp depolanması, foseptik çukur açılması veya alana ahır vb yapılması önlenmelidir. 11. TAŞ OCAKLARININ ÇEVREYE OLAN ETKİSİ Orhangazi yöresindeki taş ocakları görünümü çok olumsuz etkileyen unsurlardır. Şehirlerin çevresinde mevcut bu tür olumsuzlukları, kişilerin üzerinde bırakacağı kötü etkiyi en aza indirmek bazı çalışmalarla mümkün görülmektedir. Halen çalışanların ruhsatları bitince yenilenmemelidir. Mermerlerin işletilmesi zorunlu ise taş ocaklarının Orhangaziden görülmüyecek mekanlarda, örneğin Orhangazi’nin en az 5 km batısında açılmasına izin verilmelidir. Taş ocaklarından özellikle terkedilenlerin ocak şevlerine çok hızlı büyüyen sarmaşık türü ve bodur bitkiler dikilerek uzaktan görünüşlerini değiştirmek mümkündür. Kimi taş ocaklarıda günübirlik turistik mekanlara dönüştürülüp, burada bodur bitikiler ile beraber ocak şevlerinin çirkin görüntüsünü engelleyen meşe vb gibi yapraklı ve boylu ağaçlar dikilerek alana güzel bir gürüntü, Orhangazililere de göl ve dağ manzaralı piknik alanları kazandırılabilir. Bu durumda atık katı ve sıvılar taşocağı alanı ve mermerlerin mostra alanından uzaklaştırılmalıdır. Mermerlerin doğal olarak yüksek olan geçirimlilikleri dinamit patlatılmaları nedeniyle taş ocaklarında daha da artmıştır. Bu nedenle bu mekanlara kirletici katı ve sıvı hiç bir madde atılmamalı ve depolanmamalıdır. 12. SONUÇ VE ÖNERİLER İnceleme alanının yaklaşık 70 km2 lik 1 /25000 olçekli jeoloji ve hidrojeoloji haritası yapılmış, farklı oluşuklar ve istiflenmeleri aydınlatılmıştır. -Karstik yeraltı suyunun akım hızını ve kaynakların birbirleri ile olan ilişkilerini belirlemek için fluoresein ile boya deneyi yapılmıştır.Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarının beslenme alanının Nadir Kaynağınınkine göre daha doğuda ve güneyde olduğu, Nadir kaynağını besleyen karstik akiferin, Kaynarca ve Iıpınar kaynaklarını besleyen akiferle hidrolik bir ilişkinin bulunmadığı anlaşılmaktadır. -Arazide yapılan pompa testleri sonucunda, Jacob yöntemi ile transmisivite değerleri T= 4.63 x 10–3 m2/s olarak hesaplanmıştır. -Alanda bulunan tüm kaynak sularında hakim iyon Ca+2 ve HCO3 olup, yıllık yağışların etkisi altında bulunan meteorik kökenli sulardır. -Nadir, Kaynarca ve Ilıpınar kaynaklarında depremden sonra debilerinde değişiklik olmasına karşın kimyasal bileşimlerinde her hangi bir değişiklik gözlenmemiştir. -Kaynarca kaynağının korunma alanları ve koruma kurallarına titizlikle uyulmalıdır. -Ilıpınar kaynağı Orhangazi’nin su sorununu çözecek büyük bir su potansiyeline sahiptir. Gelecekte bu kaynağın Kaynarca kaynağının kaptajı gibi modern bir tarzda kaptajı yapılarak buradan suyun pompa ile yükseltilip kullanıma sunulması düşünülmelidir.

179

13. KATKI BELİRTME Orhangazi ovasının hidroloji incelemesine yönelik yapmış olduğumuz araştırma sırasında, Orhangazi Belediye Başkanı Sayın Turgut ÜNLÜ ‘ye gösterdiği ilgi ve sorunlarımızı çözmede yardımcı olmasından dolayı kendilerine minnettarız. Ayrıca çalışmalar süresince yakın ilgi ve yardımlarını gördüğümüz Belediye İşletme Müdürü Sayın Fevzi ÇAVUŞ’a ve bu çalışmaya emeğı geçen Belediyenin tüm personeline teşekkürler ederiz. Flureseinli su örneklerinin okunmasını lütfeden H.Ü. Jeoloji Müh. Böl. Öğretim üyesi Doç. Dr. Mehmet EKMEKCİ’ ye minnettarız. Bu projenin finansmanı Kocaeli Üniversitesi tarafından sağlanmıştır. 14. KAYNAKLAR

- Abdüsselamoğlu, Ş.M., 1959, “Almacıkdağı ile Mudurnu ve Göynük Civarının jeolojisi”. İ.Ü. Fen Fakültesi Monografileri S. 14, Istanbul.

- Akartuna, M., 1968, “ Armutlu yarımadasının Jeolojisi” . I.Ü. Fen Fakültesi Monografileri S.20, Istanbul, 1970.

- Orhangazi Ovası Planlama Kademesi, Jeofizik Rezistivite Etüd Raporu, DSİ, 1 Böl. Müdürlüğü, Bursa.

- Canik, B., 1989, “Orhangazi Nadir Karstik Kaynağının Hidrojeoloji İncelemesi ve Kaynak Suyunun Bulanmasını Önleme Çalışmaları” . Müh. Jeo. Türk Milli Komitesi Bülteni, sayı 11, S. 51 – 56, Istanbul.

- Canik, B., 1985, “The formation of sinkholes (obruk) between Karapınar and Kızören KONYA Karst water resources symposium. AIHS publ. No: 161, Ankara.

- Bonacci, O., 1987, “Karst Hydrology, springer- Verlag- Berlin. - Ford, C.D., Williams P.W., 1989, “Karst Geomorphology and Hydrology Unvin Hyman,

London. - Pasvanoglu,S.,1991, “Milas (Muğla) Ovasının Hidrojeoloji Incelemesi” Ankara Üniveritesi

Fen Fakültesi Jeoloji Müh. Böl. A.Suat Erk jeoloji Simpozyum(2-5 Eylül) s.427-435, Ankara.

- Pasvanoglu, S., Canik, B., ve R.Rosen, M., 2002, “ Hydrogeology and possible effects of the Mw. 7.4 Marmara Earthquake (17 Agust 1999 ) On the Spring waters in the Orhangazi- Bursa Area, Turkey”.Geological Society of India.

181

BEYPAZARI TRONA (DOĞAL SODA) SAHASI AKİFER SİSTEMİNİN BESLENME KOŞULLARININ ARAŞTIRILMASINDA İZOTOP

HİDROLOJİSİ ÇALIŞMALARI

INVESTIGATION OF RECHARGE CONDITIONS OF AQUIFER SYSTEM IN BEYPAZARI TRONA FIELD BY USING THE ENVIRONMENTAL ISOTOPES

Ahmet APAYDIN Jeoloji (Hidrojeoloji) Yük. Müh.

DSİ V. Bölge Müdürlüğü-ANKARA apaydinahm@isnet.net.tr

ÖZET

Beypazarı trona (doğal soda) sahasında, sodalı zon üzerinde yer alan akifer sisteminin beslenim koşullarının araştırılmasında suyun yapısında bulunan çevresel izotoplardan yararlanılmıştır. Miyosen yaşlı çörtlü kireçtaşı, tüf-tüfit bileşimli basınçlı akifer sisteminin özellikle beslenim kotlarının ve yeraltısuyu dolaşımının ortaya konması amacıyla hidrodinamik yapının belirlenmesinde izotop verileri kimyasal verilerle birlikte yardımcı araç olarak kullanılmıştır. 18O and 2H verileri, yeraltısuyu besleniminin geçirimli birimlerin kendi yüzey alanlarınan ve daha yüksek kotlardaki Keltepe kireçtaşlarından gerçekleştiğini göstermiştir. Ancak mevcut jeolojik-hidrojeolojik yapı, Keltepe kireçtaşlarından beslenimin mümkün olmadığını göstermektdeir. ABSTRACT

There is a confined aquifer system in Beypazarı trona field. This system wich is above the trona deposit is very important for exploitation and mining. In order to ınvestigate the recharge area and flow mechanism, it was used the environmental isotopes and chemical data as a tool. 18O and 2H data show that, recharge area of the system is outcrops area of the aquifer and Keltepe limestone. But, geologic-hydrogeologic structure of the region, prevents the recharge from Keltepe limestone. 1. GİRİŞ

Beypazarı trona (doğal soda) madeninin bulunduğu sahada içme-kullanma ve sulama amacıyla yoğun bir şekilde yeraltısuyu çekilmekte ve ayrıca trona işletme amacıyla açılan desandre bölgesinde yeraltısuyu seviyesini düşürmek için kuyularla yeraltısuyu tahliye edilmektedir. Trona madeninin üzerinde yer alan akiferlerden yılda yaklaşık 6 milyon m3 yeraltısuyu çekilmektedir. Çekimin 2 milyon m3’ü Beypazarı Belediyesinin içme-kullanma suyu olarak kullanılmakta, 1 milyon m3’ü trona işletmesi tarafından tahliye edilmektedir. Ayrıca DSİ‘nin trona sahası ve güneyinde iki sulama kooperatifi mevcut olup, az sayıdaki şahıs kuyularıyla birlikte yılda yaklaşık 3 milyon m3 yeraltısuyu çekilmektedir. Yöredeki su ihtiyacının başka bir kaynaktan pratik ve ekonomik olarak sağlanması mümkün olmadığından, trona sahası ve yakın çevresindeki yeraltısuyuna olan talep de artmaktadır. Ancak, yeraltısuyu yöre halkı için çok önemli olmasına rağmen, akiferlerin altında ülke madenciliği için

182

büyük önem taşıyan trona madeninin bulunması, sorunu oldukça karmaşık bir hale getirmektedir. Çünkü yöre halkının su ihtiyacının karşılanması açısından son derece önemli olan ve bu nedenle kalite ve miktar olarak korunması gereken yeraltısuyu, arzu edilen bir kaynak; trona madenciliği açısından bakıldığında ise sahada bulunması sorun yaratan, bu nedenle de ortamdan uzaklaştırılması gereken, yani istenmeyen bir kaynaktır. Bu nedenle, trona işletmesinin yeraltısuyu sistemine vereceği zararı en aza indirerek yürütülmesi son derece önemlidir. Bunun için, gerek içme-kullanma ve sulama suyu ve gerekse maden işletme amacıyla yapılan çekimlerin hidrojeolojik sistemi nasıl etkilediği ve gelecekte nasıl etkileyeceği; başka bir deyişle bölgedeki yeraltısuyu tesislerinin ve halkın gelecekte nasıl etkileneceğinin belirlenmesi amacıyla akiferlerin beslenim koşullarının araştırılması gerekmektedir. Özellikle son yıllarda artan çekimler sonucu yeraltısuyu seviyelerinde alçalmalar gözlenmektedir. Trona madeninin üzerinde bulunan iki akiferden alt akiferin yüzeyde beslenme alanının bulunmaması ve üst akiferin yayılımının dar alanlarda kısıtlı olması, akiferlerin beslenme koşullarının bütün yönleriyle (komşu birimlerden, koşu havzalardan vb.) araştırılmasını gerektirmektedir. Bunun için fiziksel jeolojik-hidrojeolojik yapının ortaya konmasının yanında, izotop ve kimyasal yöntemlerden de yararlanılması planlanmıştır.

2. İNCELEME ALANI

Yaklaşık olarak 9 km2 olan trona (doğal soda) sahası, Ankara’ya 100 km uzaklıktaki Beypazarı ilçe merkezinin 15 km KB’sında yer almaktadır (Şekil 1). Trona sahasını içeren çalışma alanı yaklaşık 150 km2’dir. Kuzeyde Köst köyü ve Keltepe sırtları, doğuda İnözü deresi ve Beypazarı ilçe merkezi, güneyde Beypazarı-Çayırhan yolu ve batıda Kozağaç ve Çantırlı köyleri ile sınırlanan çalışma alanı 650-1880 m kotları arasında yer alır. Oldukça engebeli olan arazinin eğimi genelde kuzeyden güneye doğrudur. İç Anadolu’ya özgü kurak-yarıkurak iklim koşullarının egemen olduğu bölgede yazlar sıcak ve kurak, kışlar soğuk ve yağışlı geçmektedir. Beypazarı DMİ istasyonu verilerine göre 1966-1995 yılları arasındaki verilere göre ortalama yıllık yağış 392 mm; yıllık ortama sıcaklık 12.9 0C, yıllık ortalama buharlaşma 1122 mm’dir. Yıllık yağışın % 75’i Aralık-Mayıs döneminde gerçekleşmektedir. Yağışın en fazla olduğu ay Aralık, en az olduğu ay ise Ağustostur.

183

184

3. GENEL HİDROJEOLOJİK DURUM

İnceleme alanının jeoloji haritası Şekil 2’de; jeolojik enine kesitler Şekil 3’de; hidrojeoloji birimlerinin genel özellikleri Tablo 1’de verilmiştir. Tablo 1. Trona sahasındaki hidrojeoloji birimlerinin genel özellikleri (Formasyon adları MTA, 1986’dan alınmıştır)

YAŞ HİDROJEOLOJİ

BİRİMLERİ

KALINLIK

(m) LİTOLOJİ HİDROJEOLOJİK ÖZELLİKLER

KUVA-TERNER ALÜVYON 10-30 Kil, kum, çakıl Geçirimli: Keson kuyularla az miktarda su

elde ediliyor.

PLİYOSEN ÜÇYATAK 30-70 Kiltaşı, silttaşı, tüfit

Geçirimsiz kabul edilebilir. Kaynak boşalımları gözlenmiyor.

ZAVİYE 50-200 Kiltaşı, tüf-tüfit, killi kireçtaşı, kireçtaşı

Basınçlı sistemin (Çakıloba, sarıağıl, Çakıloba) örtü kayacı durumunda. Alt seviyelerindeki kiltaşı zonları geçirimsiz.

ÇAKILOBA 30-80 Çörtlü kireçtaşı, riyolitik tüf

Geçirimli: Formasyonun tabanından çok sayıda kaynak boşalıyor. Açılan kuyulardan yüksek verimler elde edildi.

SARIAĞIL 30-80 Kiltaşı, tüfit İki adet kuyuda yapılan BST’lere göre ise geçirimli.

KARADORUK 10-40 Çörtlü, tüflü kireçtaşı, çört

Geçirimli

HIRKA >300 Kiltaşı, şeyl, tüfit, trona

Üst seviyelerinde kiltaşı-şeyl hakim. Trona sahası güneyinde açılan DSİ kuyularında alt akiferden sonra yoğun kil tabakasına girildi. Kaynak boşalımlarına rastlanmadı. Geçirimsiz.

MİYOSEN

BOYALI 200-300 Çakıltaşı, kumtaşı, kiltaşı

İnceleme alanının kuzeyinde yaygın. Geçirimsiz kabul edilebilir. Ancak trona sahasının kuzeyinde küçük debili kaynaklara rastlandı.

JURA-KRETASE KELTEPE ? Kireçtaşı

Sondajla denenemedi. Ancak litolojik ve yapısal özellikleri ve kaynak boşalımları nedeniyle geçirimli olduğu anlaşılıyor.

185

186

187

Trona sahası ve çevresinde yaygın olan ve çörtlü kireçtaşı ve tüflerden oluşan Çakıloba formasyonu (üst akifer) ile Karadoruk formasyonu (alt akifer) gözenekli ve geçirimli birimlerdir. İki geçirimli birim arasındaki Sarıağıl formasyonu, önceki çalışmalarda (Özgür, 1986) litolojik özellikleri nedeniyle geçirimsiz kabul edilmiştir. Ancak daha sonra EİEİ tarafından 1997 yılında açılan TS2 sondajında yapılan basınçlı su deneyinde 100-115 m’ler arası geçirimli olarak belirlenmiştir. Ayrıca, inceleme alanının batısında, Elmabeli bölgesinde çakıloba biriminin beslenimini sağladığından, geçirimli olduğu anlaşılmaktadır.

Trona içeren Hırka formasyonu, geçirimsiz olup, tavanında yer yer 100 m kalınlığa sahip olan kiltaşları ve yer yer şeyller, alt akifer için geçirimsiz taban oluşturmaktadır. Trona sahasının kuzeyinde üstteki birimlerin aşınması ile yüzeylenen Hırka formasyonunda kiltaşı ve şeyl litolojisi hakim durumdadır. Üst akiferin üzerinde yer alan ve kiltaşı, tüfit, killi kireçtaşlarından oluşan Zaviye formasyonunun alt seviyelerindeki kalın kiltaşları geçirimsizdir. İnceleme alanının doğu bölümlerinde üst seviyelerindeki kireçtaşı seviyeleri kırıklı-çatlaklı ve geçirimlidir. Çeşitli kurumların açtığı sondajlarda bu birimin üst seviyelerinde ilerlerken sirkülasyon sıvısında kayıplar gözlenmiştir. ZK-2 ve ZK-4 sondaj kuyularında yapılan BST’lerde, formasyonun 5.3-27.5 m’leri arasındaki kısmının çok geçirimli olduğu ortaya konmuştur (Gedik Sondaj Müh, 2001). Zaviye formasyonu trona sahasının doğu kesiminde ve güneyinde basınçlı olan geçirimli birimlerin (Çakıloba, Sarıağıl ve Karadoruk) örtü tabakası konumunda olup, her iki akiferin basınçlı olmasını sağlamaktadır. Çakıloba birimi özellikle yüksek kotlarda (1000-1250 m) yayılım göstermektedir. Akifer Elmabeli, Kanlıceviz ve Fındıcak deresi vadilerinde aşınmış ve kimi yerde faylarla bloklar arası bağlantısı kesilmiştir. Akiferin yüzey alanı ve üzerine düşen ortalama yağış miktarı göz önüne alındığında, yağıştan doğrudan beslenmenin oldukça az olabileceği anlaşılmaktadır. Karadoruk birimi Elmabeli, Kanlıceviz ve Başören vadilerinde aşınma ile dik yamaçlarda dar alanlarda yüzeylenmektedir. Dolayısıyla bu birimin yağıştan doğrudan beslenimi mümkün değildir.

4. İZOTOP HİDROLOJİSİ ÇALIŞMALARI

Hidrolojide 1960’lardan itibaren yaygın bir şekilde kullanılan çevresel izotoplar, su kaynaklarının araştırılması, geliştirilmesi ve işletilmesi sırasında ortaya çıkan ve klasik yöntemlerle çözülemeyen birçok sorunun çözümüne önemli katkılar sağlamaktadırlar. Çevresel izotoplardan suyun moleküllerini oluşturan hidrojen ve oksijen izotopları, hidrojeolojik sistemde su ile birlikte hareket ettiklerinden ve kimyasal süreçlerden çoğunlukla etkilenmediklerinden, birer ideal izleyicidirler. Suyun kararlı izotoplarından oksijen-18 (18O) ve döteryum (2H) yeraltısuyunun kökeni, beslenme kotu ve alanı, farklı suların karışım oranlarının belirlenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Ayrıca, radyoaktif Trityum izotopu yeraltısuyu akım hızı ve geçiş süresi ile yüzeysuları-yeraltısuları ilişkisinin belirlenmesinde de önemli bir araçtır. Bu nedenle çalışmalarda, hidrojeolojik sistemin davranışlarının araştırılmasında izotop ve kimyasal yöntemlerden de yararlanılmıştır.

188

4.1. Örnekleme Çalışmaları

4.1.1. Yağış Örnekleri

Hidrojeolojik araştırmalarda akiferlerin beslenme kotu ve beslenme bölgelerinin belirlenmesinde, öncelikle yeraltısuyunun beslenme kaynağı olan yağışın izotop içeriğinin belirlenmesi gerekmektedir. Özellikle 18O kararlı izotopu, yağış-kot ilişkisini net bir şekilde verebilmektedir. Bu nedenle, izotop hidrolojisinden yararlanılan hidrojeolojik çalışmalarda yağışın ortalama kararlı izotop (18O ve D) içeriğini belirlemek için, en azından bir-iki yıl boyunca, farklı kotlarda bulunan YGİ’larından izotop analizi yapılmak üzere yağış örnekleri alınır. YGİ’larının sayısının ve dağılımının yetersiz olduğu veya yağış örneklerinin alınamadığı durumlarda ise, farklı kotlardan boşalan ve farklı beslenim kotlarına sahip, beslenme alanı ve rezervuar hacmi küçük ve dolaşım yolu kısa; bu özellikleriyle güncel yağıştan beslenen kaynaklardan örnekleme yapılabilir. Çalışma alanında izotop analizi yapmak amacıyla yağış örnekleri alınamamıştır. Ancak, havzanın değişik kotlarından boşalan ve güncel yağıştan beslenen çok sayıda kaynak bulunmaktadır. Bu kaynaklar jeolojik-jeomorfolojik konumu itibariyle boşaldığı kota yakın bölgeden beslenen, debisi düşük (çoğunlukla 1 l/s’nin altında), kurak mevsimlerde ve yıllarda kuruyan ve yağışların artmasıyla tekrar akışa geçen kaynaklardır. Bu kaynaklar nispeten düşük TDI ve yüksek Trityum içeriğine sahip kaynaklardır. Çalışma alanına düşen yağışın 18O ve D ve Trityum içeriğini belirlemek amacıyla, yağışı temsil eden kaynaklarda Mayıs ve Aralık 1999, Mayıs ve Kasım 2000 ve Mayıs 2001’de örnekleme yapılarak DSİ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı İzotop Laboratuvarlarında analizleri yaptırılmıştır. Örnekleme yapılan su noktalarını gösteren harita Şekil 4’de; yağışı temsil eden kaynaklar ve diğer yeraltısularına ait 18O-D grafikleri Şekil 5 a, b, c’de verilmiştir. 4.1.2. Yeraltısuyu Örnekleri

Yeraltısularının 18O, D ve Trityum içeriğini, bu izotopların alan ve derinlikle değişimini belirlemek amacıyla yukarıda belirtilen tarihlerde kaynaklardan ve sondaj kuyularından örnekleme yapılmıştır. Ayrıca, 2000 yılı Mayıs ayında kimyasal amaçlı örnekleme yapılarak yerinde ve HÜ UKAM Su Kimyası Laboratuvarında analizleri yapılmıştır. 4.2. İzotop Verilerinin Değerlendirilmesi ve Yorumlanması

İzotop verileri öncelikle yeraltısuyunun bağıl yaşı ile beslenme kotları ve alanlarının belirlenmesi amacıyla değerlendirilmiştir.

189

BEYPAZARI D-0-18 GRAFİĞİ (MAYIS, 2000)

30

18

31

3214

11

29 26

19

20

1017

214

36

24

22223

25

2819

27

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0O-18

D

Dünya meteorik doğrusu

(a)

BEYPAZARI D- (O-18) GRAFİĞİ (KASIM, 2000)

2631

11 2712

17

28

-10

20 138254

22 235 2421323

29

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0O-18

D

Dünya meteorik doğrusu

(b)

Şekil 5a,b. Kuyu ve kaynak sularının 18O-D grafiği

190

YAĞIŞLARDA DÖTERYUM-OKSİJEN-18 İLİŞKİSİ (MAYIS'2000)

1920 31

2829 18

2324

26

D = 8 Oks. + 13r = 0.95

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0

O-18

D

(a)

YAĞIŞLARIN DÖTERYUM-OKSİJEN-18 İLİŞKİSİ (KASIM'2000)

20

23

24 29

31D= 8 Oks. + 16r= 0.83

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0

O-18

D

D = 8*Oks. + 10

D = 8*Oks. + 10

(b)

Şekil 6. a,b. Yağışı temsil eden kaynaklarda 18O-D ilişkisi

191

192

4.2.1. Kot-18O İlişkisi

Bilindiği gibi yağışlarda 18O içeriği sıcaklık, coğrafik konum, miktar, enlem ve kot ile orantılı olarak değişmektedir. Genel olarak her 100 m kot artışına karşılık 18O içeriğindeki azalma, Yurtsever ve Gat (1981)’a göre %o 0.15 ile %o 0.50 arasındadır. Günay ve Bayarı (1989) tarafından Köprüçay havzasında yapılan çalışmalarda bu azalma %o 0.25/100 m olarak belirlenmiştir. Yine, Kurttaş (1997) tarafından Gökova karst kaynakları bölgesinde yapılan izotop hidrolojisi çalışmalarında her 100 m kot artışına karşılık 18O içeriğindeki azalma %o 0.15-0.25 olarak elde edilmiştir.

İnceleme alanında yağışların kot-18O ilişkisi incelendiğinde, her 100 m kot artışında yağışların 18O içeriğindeki azalma %o 0.44 civarındadır. Karasal kökenli yağışların egemen olduğu bölgede, yeraltularının kaynağı olan yağışların kot ile değişimi doğrusala yakın bir ilişki vermektedir. Yapılan analizlerde, inceleme alanında her 100 m kot artışında 41 mm yağış artışının olduğu belirlenmiştir. Bilindiği gibi, yoğun yağışların ağır izotop içeriği hafif yağışlara göre daha düşüktür. İnceleme alanında yüksek kotlara doğru miktarı artan yağışların 18O içeriğinde doğal olarak azalma (daha negatif değerler alma) sözkonusudur. Kot yükseldikçe sıcaklığın ve buna bağlı olarak buharlaşmanın azalması, bu negatifleşme oranını arttırmaktadır. Akiferlerin beslenme kotlarının belirlenmesinde güncel yağışı temsil eden kaynaklara ait 18O verileri kullanılmıştır. Her örnekleme dönemine ait 18O değerleri kota karşı grafiğe dökülmüş ve böylece 18O’in kot ile değişimini ifade eden en uygun doğru elde edilmiştir. Aynı grafiğe, beslenme kotları belirlenmek istenen kuyu ve kaynaklar işlenmiştir (Şekil 6). Kot-18O doğrusuna her su noktasından doğrular çizilerek, beslenme kotları ayrı ayrı belirlenmiştir. Farklı tarihlere ait verilerden, az-çok farklı kotlar elde edilmiş; bu verilerin ortalaması beslenim kotu olarak kabul edilmiştir (Tablo 2). Kuyu ve kaynakların beslenme bölgeleri incelendiğinde, inceleme alanının güney kesimindeki derin kuyuların, orta bölgelerdeki daha sığ kuyulara göre daha yüksek kotlardan; başka bir deyişle daha uzak bölgeleden beslendiği görülmektedir. Özellikle, diğer su noktalarına göre daha düşük kotlarda bulunan 2,3,4 ve 16 no.lu kuyularda 18O içeriği daha negatif değerler almaktadır.

YAĞIŞIN OKSİJEN-18 İÇERİĞİNİN KOT İLE DEĞİŞİMİ (MAYIS, 2000)

24

2726

23

20

19

3128

18

O-18= -0.0044 * Kot- 4.811r = 0.97

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

-11,8 -11,6 -11,4 -11,2 -11 -10,8 -10,6 -10,4 -10,2 -10 -9,8 -9,6 -9,4 -9,2 -9 -8,8 -8,6 -8,4

OKSİJEN-18

KO

T (m

)

Kaynak Adı Formasyon 18-Beyseri kaynağı Zaviye 19-Elmabeli kaynağı Çakıloba 20-Kaplan yolu kaynağı Çakıloba 23-Doğanyurt çeşmesi Keltepe 24-Dömentepe (Köst) Boyalı 26-Çakıloba çeşmesi Çakıloba 27-Fındıcakdere kaynağı Çakıloba 28-Köprübaşı (Kaplan) Zaviye 31-Sazakdere kaynağı Çakıloba

23

164

9

1

1710 11 14 Kuyu Adı

1-DSİ 45742-B kuyusu 2-DSİ 52545 kuyusu 3-DSİ 52547 kuyusu 4-DSİ 52544 kuyusu 9-ETİ SODA 15-A kuyusu 10-DSİ 53014 kuyusu 11-ETİ SODA SK-14 kuyusu 14-ETİ SODA SK-16 kuyusu 16-DSİ 52546 kuyusu 17-BELEDİYE L-4 kuyusu

(a)

YAĞIŞIN OKSİJEN-18 İÇERİĞİNİN KOT İLE DEĞİŞİMİ (KASIM, 2000)

24

26

31

23

2027

28

O-18 = -0.0044 * Kot - 4.838r = 0.98

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

-11,8 -11,6 -11,4 -11,2 -11 -10,8 -10,6 -10,4 -10,2 -10 -9,8 -9,6 -9,4 -9,2 -9 -8,8 -8,6 -8,4

OKSİJEN-18

KO

T (m

)

Kaynak Adı Formasyon 20-Kaplan yolu kaynağı Çakıloba 22-Yaylaboğazı kaynağı Boyalı 23-Doğanyurt çeşmesi Keltepe 24-Dömentepe (Köst) Boyalı 26-Çakıloba çeşmesi Çakıloba 27-Fındıcakdere kaynağı Çakıloba 28-Köprübaşı (Kaplan) Zaviye 31-Sazakdere kaynağı Çakıloba �

34

2

8

1011

12

13 17

Kuyu Adı 2-DSİ 52545 kuyusu 3-DSİ 52547 kuyusu 4-DSİ 52544 kuyusu 8-BELEDİYE 605 kuyusu 10-DSİ 53014 kuyusu 11-ETİ SODA SK-14 kuyusu 12-ETİ SODA SK-13 kuyusu 13-ETİ SODA 8-A kuyusu 17-BELEDİYE L-4 kuyusu

(b)

Şekil 7.a,b. Yağışlarda Kot-18O ilişkisi ve çeşitli suların beslenme kotlarının belirlenmesi

193

194

Tablo 2 : Beypazarı trona sahasında kuyu sularının 18O izotop verilerine göre beslenme kotları

BESLENME KOTU (m)

NO KUYU ADI KOT(m) Aralık 1999

Mayıs 2000

Kasım 2000

Mayıs 2001

ORTALAM

A

1 DSİ 45 742-B 506 929 1108 - 1020 2 DSİ 52545 360 1164 1440 1344 1386 1335 3 DSİ 52547 426 1435 1420 1518 1412 1445 4 DSİ 52544 458 1117 1254 1414 1220 1250 8 BELEDİYE 605 575 1172 1169 1210 1185 9 ETİ SODA 15-A 630 1076 1106 1090

10 DSİ 53014 725 1041 1086 1175 1065 11 ETİ SODA SK-14 700 1165 1062 1110 12 ETİ SODA SK-13 700 1167 1164 1165 13 ETİ SODA SK-8A 715 1100 1164 1132 14 ESTİ SODA SK-16 697 975 975 16 DSİ 52546 573 1395 1395 17 BELEDİYE L-4 680 1130 1065 1098

4.2.2. Trityum-18O ve Trityum-Sıcaklık İlişkisi

Hidrojenin radyoaktif izotopu olan ve bozunmaya uğrayarak parçalanan; bu özelliğiyle sulardaki derişimi zamanla azalan Trityum izotopu, güncel yağışlardan beslenen kaynaklarda 10-16 TU arasında değişirken, beslenme bölgelerine en uzak olan kuyularda (52544, 52545, 52546, 52547) sıfır ya da sıfıra çok yakın değerler vermektedir. Yüksek kotlardaki güncel yağış kaynaklarından en güneydeki derin kuyulara doğru da Trityumda genel biz azalma söz konusudur. Güneyden kuzeye, yani alçak kotlardan yüksek bölgelere doğru gidildikçe suların göreceli olarak daha genç yağışlardan beslendiği anlaşılmaktadır. İnceleme alanında su örneklerinde Trityum değerleri 0-16 TU arasında değişmektedir.

• Sığ dolaşımlı kaynaklar 10-16 TU, • Beslenme bölgesine yakın olan orta derinlikteki kuyular (112-200 m) ve nispeten derin

dolaşımlı kaynaklar 5-10 TU, • Zaviye fayı güneyindeki derin kuyular ise (150-356 m) 0-5 TU değerlerini vermektedir.

18O-Trityum ilişkisi, suların beslenme kotları ile akifer içinde kalış süreleri arasındaki

ilişkiyi yansıtmaktadır. Şekil 7a,b,c’de düşey eksen boyunca orijine doğru yaklaşıldıkça suların beslenme alanı kotu; yatay eksen boyunca orijine doğru yaklaşıldıkça akifer içinde kalış süresi artmaktadır. Farklı tarihlerde alınan örneklerden hazırlanan aşağıdaki grafiklerde, eksenlerin kesişin noktasına en yakın noktalarla temsil edilen 2,3,4 ve 16 no.lu kuyular beslenme bölgesine en uzak kuyulardır.

TU-(OKSİJEN-18) İLİŞKİSİ (ARALIK, 1999)

13

1114

9

15

10

2

19 26

3

4

112

27

29 20 31

-12

-11.5

-11

-10.5

-10

-9.5

-9

-8.5

-8

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

TRİTYUM(TU)

OK

SİJ

EN-1

8

YAS akım yönü

(a)

1

4

32

10

27

8

16

17

3114

9 29

19

26

20

-11.5

-11

-10.5

-10

-9.5

-9

-8.5

-8

0 2 4 6 8 10 12 14 16

TRİTYUM(TU)

OK

SİJ

EN-1

8

18

TU-(OKSİJEN-18) İLİŞKİSİ (MAYIS, 2000)

YAS akım yönü

(b)

195

196

36

3127

29

3

13

42

26

811

12

1020

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

TRİTYUM (TU)

OK

SİJ

EN-1

8

17

TU - (OKSİJEN-18) İLİŞKİSİ (KASIM, 2000)

YAS akım yönü

(c)

Şekil 7 a,b,c Kuyu ve kaynak sularında 18O-Trityum ilişkisi

TRİTYUM-SICAKLIK GRAFİĞİ (MAYIS, 1999)

201935

3334

1078

2

18

9

56

1

34

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

TRİTYUM

SIC

AK

LIK

(a)

TRİTYUM-SICAKLIK GRAFİĞİ (MAYIS, 2000)

24

1

8

3

23

10 9

24

28 32 29

22 21 18

3120

2619 25

27

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

TRİTYUM

SIC

AK

LIK

YAS akım yönü

(b) Şekil 8 a,b. Kuyu sularında TU-Sıcaklık (oC) ilişkisi

Şekil 8a,b’de genel olarak trityum değeri sıfıra yakın olan suların (2,3,4) sıcaklıklarının da yüksek olduğu görülmektedir. Bu tür suların diğer sulara göre daha derin dolaşımlı olduğu görülmektedir.

SONUÇLAR Yağışların kararlı izotop içeriğinin kot ile değişiminin incelenmesiyle, inceleme alanındaki basınçlı akifer sisteminin, geçirimli birimlerin yüzeylendiği alanlar ile daha yüksek kotlarda yayılımı bulunan Keltepe kireçtaşlarından beslendiği ortaya çıkmıştır. Ancak, jeolojik yapı, Keltepe biriminden beslenmenin mümkün olmadığını göstermektedir. Zaviye fayı güneyindeki senkinal yapı içinde trityum değeri sıfır, oksijen-18 ve döteryum içeriği beslenme bölgelerine yakın kuyulara göre daha negatif olan sular, aslında aynı kotlardan beslenen ve aynı geçirimli sistem içinde dolaşan sular olup, bu suların geçiş sürelerinin; yani sistem içerisinde kalış sürelerinin farklı olduğu şeklinde yorumlanmalıdır. Bu durum, sistemdeki yeraltısuyu besleniminin bir kısmının (beslenme bölgelerine en uzak bölgedeki sular) geçmişte sıcaklığın ve buharlaşmanın bugünküne göre daha düşük, yağışların daha fazla olduğu soğuk iklimlerde gerçekleşmiş olduğuna işaret etmektedir. Bu kuyularda trityum içeriklerinin de sıfır veya sıfıra yakın olması ve 18O ve 2H’da olduğu gibi trityumun da beslenme bölgesine doğru artıyor olması bu tezi desteklemektedir. Bu nedenle inceleme alanında beslenme bölgesinden boşalım bölgesine doğru, yeraltısuyu akım yolu boyunca alınacak yeraltısuyu örneklerinde 14C analizleri ile yaş tayini yapılarak daha sağlıklı değerlendirmeler yapılabilecektir.

197

198

KAYNAKLAR EİEİ, 1997, Etibank Beypazarı Trona İşletmesi Arıseki ve Zaviye Sektörleri Kuyu Yerleri Jeoteknik Etüt Raporu, Yayın:97-5, 77 s (yayınlanmamış). GEDİK Sondaj Mühendislik Müşavirlik İnş. San. ve Tic. Ltd. Şti., 2001, Beypazari Trona Sahası Soda Külü Tesisi ve Atık Barajı Jeoteknik Raporu, Lugeon Deney Sonuçları, 8 s (yayınlanmamış). Günay, G. and Bayarı, C.S., 1989, Isotope Survey of Western Taurids Karst Region, HÜ- IAEA Research Contract RB 5019, Progress Report 1, 30 p (unpublished). Kurttaş, T., 1997, Gökova (Muğla) Karst Kaynaklarının Çevresel Izotop İncelemesi, HÜ Fen Bilim. Ens. Yük. Müh. Tezi, 220 s (yayınlanmamış) MTA, 1986, Beypazarı Trona (Doğal Soda) Yatağı Maden Jeolojisi Raporu, MTA Der. Rap. No: 8079, 74 s (yayınlanmamış). Özgür, C., 1986, Ankara-Beypazarı Soda (Trona) Sahası Hidrojeoloji İncelemesi, Yük. Müh. Tezi, AÜ Fen Fak., 54 s (yayınlanmamış). Yurtsever, Y. and Gat, J.R., 1981, Stable Isotope Hydrology, Technical Report Series No:210, IAEA, Vien

199

SAKARBAŞI KARSTİK KAYNAKLARININ (ÇİFTELER-ESKİŞEHİR) HİDROJEOLOJİSİNİN HİDROKİMYA VE ÇEVRESEL İZOTOP

YÖNTEMLERİ KULLANILARAK BELİRLENMESİ

DETERMINATION OF HYDROGEOLOGY OF THE KARSTIC SPRINGS OF SAKARBASI BY USING HYDROCHEMİSTRY AND ENVIRONMENTAL

ISOTOPE TECHNIQUES

a) Füsun (GÜVEN) GÜNER, b) İsmail Noyan GÜNER

a) İller Bankası Genel Müdürlüğü Makina Sondaj Dairesi Yeni Ziraat Mah. 14.sok. No:14 Dışkapı ANKARA

b) MTA Genel Müdürlüğü Enerji Hammadde Etüt ve Arama Dairesi Eskişehir Yolu 5.km 06520 Çukurambar ANKARA, e-mail: n.guner@mta.gov.tr, tel: 312-2873430/1163

ÖZET Sakaryabaşı Kaynakları Eskişehir ve Afyon illeri sınırları içerisinde 4222 km2’lik bir drenaj alanına sahip Yukarı Sakarya Havzasında yeralmaktadır. Bu çalışmada söz konusu kaynakların hidrojeolojik özellikleri jeoloji, hidroloji, çevresel izotoplar, su kimyası ve uzaktan algılama yöntemlerinin yardımı ile belirlenmesine çalışılmıştır. Bölgesel jeolojik yapı alttan üste doğru; mikaşistlerden oluşan Paleozoyik yaşlı İhsaniye metamorfik karmaşığı, Alt Triyas yaşlı Kıyır formasyonu, Alt Triyas-Üst Kretase yaşlı karbonatlardan oluşan Gökçeyayla formasyonu, Üst Kretase-Alt Paleosen yaşlı Çöğürler karışığı ile Kınık ofiyolitinden oluşmaktadır. Üst Paleosen-Eosen yaşlı Hanköy formasyonu çalışma alanındaki daha yaşlı birimlerin tümünü açısal uyumsuzlukla örtmektedir. Çalışma alanının büyük bir bölümü konglomera-marn-jips, tüf-kumlu kireçtaşları, bazaltlardan oluşan Neojen serileri ile Pliyosen yaşlı pekişmemiş çakıl-kil, kumlar ve Kuvaterner yaşlı alüvyonlardan oluşmaktadır. İnceleme alanında İhsaniye metamorfik karmaşığı içinde yer alan Paleozoyik yaşlı mermerler, güneybatıdan güneye doğru yaygın olarak yüzeylenen Triyas yaşlı Gökçeyayla formasyonuna ait kireçtaşları ile Neojen kireçtaşları ve Kuvaterner yaşlı alüvyon geçirimli birimlerdir. İhsaniye metamorfik karmaşığı şistleri, Kıyır formasyonu, Çöğürler karışığı, Kınık ofiyoliti ve Hanköy formasyonu geçirimsiz birimleri oluşturmaktadır. Neojen yaşlı formasyonun konglomera-marn, kireçtaşı-kil-jips ardalanmalı kısmı, tüf-aglomera-tüfit- andezit, Miyosen-Pliyosen yaşlı bazalt ve Pliyosen çökelleri yarı geçirimli birim olarak ayırtlanmıştır. Alansal yağış, eş yağış eğrileri yöntemiyle 403 mm/yıl olarak bulunmuştur. Havza genelinde yağış oranı Mayıs ayında, akım oranı ise Mart ayında en yüksek değerini almaktadır. Bu durum havza dışından bir beslenme olduğunu göstermektedir. Gerçek buharlaşma-terleme değeri Turc yöntemi kullanılarak 338 mm olarak bulunmuştur. Sakaryabaşı kaynaklarının toplam verdisi Aralık 1995’te boya seyreltme yöntemi ile 5.6 m3/s olarak belirlenmiştir.

200

İnceleme alanında Sakaryabaşı kaynakları ve diğer kaynaklardan yağışlı ve kurak dönemlerde toplanan izotop ve su kimyası örneklerinin analizleri yapılmıştır. İnceleme alanı genelinde Oksijen-18 içeriği, her 100 m’lik yükseltide -0.33 %o (δ18O) ‘lik bir azalma göstermektedir. İzotop içeriklerinden diğer kaynaklara göre Sakaryabaşı kaynaklarının daha yüksek kotlardan beslendiği, daha uzun geçiş süresine sahip olduğu anlaşılmıştır. Sakaryabaşı kaynaklarının beslenme alanı, inceleme alanının güneybatısından güneydoğusuna doğru geniş bir şekilde yayılım gösteren Gökçeyayla formasyonuna ait dolomitik kireçtaşlarıdır. Su kimyası analiz ve değerlendirme sonuçlarına göre, tüm örnekleme noktalarındaki sular kalsiyum-karbonatlı sular olup, Ca > Mg > Na+K, CO3+HCO3 > SO4 > Cl dizilimi belirlenmiştir. Yapılan doygunluk analizi çalışmaları sonucunda incelenen sular genel olarak kalsit, dolomit ve aragonit minerallerine doygun; halit, jips, anhidrit ve manyezit minerallerine doygun değildir. ABSTRACT Sakarbasi Springs are located in the Upper Sakarya Region, with a drainage area of 4222 km2, in the Eskisehir and Afyon provinces. Hydrogeologic properties of the mention springs are studied by the aid of geology, hydrology, environmental isotopes, water chemistry and remote sensing techniques. Regional geology consists of, from lower to upper; Paleozoic aged İhsaniye Metamorphic complex consisting of micashists, Lower Triassic aged Kıyır Formation, Lower Triassic-Upper Cretaceous aged Gökçeyayla Formation consisting mainly of carbonates, Upper Cretaceous – Lower Paleocene aged Çöğürler Complex and Kınık Ophiolytes. Upper Paleocene-Eocene aged Hanköy Formation overlays all of the older units discordancely. Most of the exploration area is covered by the Neogene aged conglomerate-marl-gypsum, tuff-sandy limestone, basalts units together with the Pliocene aged unsedimented gravel-clay, sand and Quaternary aged alluvial. Aquifer units in the area are the Paleozoic aged marbles located in the İhsaniye metamorphic complex, limestone of the Triassic aged Gökçeyayla Formation, which extend over a wide area, the Neogene aged limestone and the Quaternary alluvial. The schist of the İhsaniye Complex, Kıyır Formation, Çöğürler Complex, Kınık Ophiolytes and the Hanköy Formation represent aqifuges in the area. The conglomerate-marl, limestone-clay-gypsum, tuff-aglomerate-tuffite-andesite sections of the Neogene aged formation as well as the Miocene-Pliocene aged basalts and Pliocene sediments represent aquitards. Regional precipitation was calculated using iso-rainfall curves as 403 mm/year. In May the precipitation, in March surface flow reaches the maximum value. This indicates a recharge from an outer basin. Real evapotranspiration value, using the Turc method was calculated as 338 mm/year. Total discharge of the Sakarbaşı springs in December’95, was determined using the tracer dilution technique as 5.6 m3/sec. Isotope and chemical analysis were realized on samples collected from the Sakarbaşı and other springs during the wet and dry periods. Oxigene-18 constituent decreases every 100 meters of elevation by a value of –0.33%o. As a result of the isotopic analysis, it has been observed that the

201

Sakarbaşı springs are recharged from higher altitudes, and have longer flow periods with respect to the other springs. Recharge area of the Sakarbaşı springs is the dolomitic limestone widely overlaying from the southwest to the southeast of the investigation area. As a result of the evaluation of the chemical analysis, waters are of Calcium-carbonate type waters, and represent Ca>Mg>Na+K, CO3+HC03>SO4>Cl string. According to the saturation index, inspected waters are saturated to calcite, aragonite and dolomite minerals, unsaturated to halite, gypsum, anhydrite and magnetite minerals. GİRİŞ Sakarya Nehri Eskişehir-Çifteler yöresinde karstik kaynak grubu olarak boşalmaktadır. Bu kaynakların başlıcaları Sakarbaşı, Başkurt, Sadıroğlu, Eminekin, Gümüşbel Kaynak Grupları ile, Hamampınarı, Ilıcabaşı ve Nimet Kaynaklarıdır. Orta Anadolu gibi yıllık toplam yağışların düşük olduğu bir alanda bu kadar boşalımlı kaynakların varlığı her zaman dikkat çekmiştir. Bu kaynakların oluşumu ve boşalım mekanizması ile ilgili olarak geçmişte yapılan ciddi ve detaylı çalışmalar Mumcu (1971) ve Esen (1978) tarafından yapılmıştır. Kaynakların yüzeylendiği bölgede topoğrafik yapı düz ova özelliğinde olduğu için jeolojik yapı belirgin değildir. Kaynaklar Neojen-Alüvyon kontağından boşaldığı için, boşalım mekanizmasına neden olan jeolojik ve tektonik özellikler belirgin değildir. Ancak bölgede büyük bir su potansiyeli bulunmaktadır. DSİ tarafından sulama amaçlı açılmış olan işletme kuyularının varlığı bu potansiyelin kanıtıdır. ÇALIŞMA ALANININ COĞRAFİ ÖZELLİKLERİ Çalışma alanının % 50’den fazla büyük bir alanının topoğrafik kotu 800-1000 m arasında yeralmaktadır. Geri kalan ise 1000-1800 arasında değişmektedir. Yıllık ortalama sıcaklık 10.5 oC dir. Topoğrafya büyük ölçüde jeolojik yapıya bağlı olarak gelişmiştir. Magmatik, metamorfik ve Mesozoyik kireçtaşlarının yüzeylendiği alanlarda tektonizma etkisi ile sarp bir görüntü veren topoğrafya, Neojen sedimanter kayaçların yüzeylendiği alanlarda daha düşük bir eğime sahiptir. JEOLOJİ Bu çalışmada, inceleme alanı ve dolayında bulunan temel kayaçlarının jeolojik tanımlamaları ve adlandırmaları (Özcan vd., 1989)’dan alınmıştır. Bunun yanısıra değişik yazarların, inceleme alanı ve çevresinde gerçekleştirdikleri jeoloji çalışmalarında yeralan Neojen yaşlı formasyonlar Güven (1996) tarafından sadeleştirilmiştir. Ancak gerek temele ait kayaçlar gerekse Neojen birimlerine ait kayaçların jeolojik harita sınırlarında Mumcu (1971), Esen (1978),Uman ve Yergök (1979), Metin vd. (1988), Özcan vd. (1989) ve Umut vd. (1991)’e sadık kalınmıştır. Çalışma bölgesinde görülen en eski birimi İhsaniye metamorfik karmaşığı oluşturmaktadır. Alt bölümü granatlı biyotitli mikaşist, metabazik, kloritoyit şist ve bunları kesen metagranitoyit ile temsil edilen birimin üst kesiminde olasılı bir süreksizlik düzlemi üzerinde kuvarsitler ve Permiyen yaşlı karbonatlar yer almaktadır.

Alt Triyas yaşlı alacalı kırıntılardan oluşan akarsu ve sığ deniz karakterli Kıyır formasyonu İhsaniye metamorfik karmaşığı üzerinde açısal bir uyumsuzlukla oturur ve üste doğru Gökçeyayla formasyonuna geçer.

lt Triyas yaşlı alacalı kırıntılardan oluşan akarsu ve sığ deniz karakterli Kıyır formasyonu İhsaniye metamorfik karmaşığı üzerinde açısal bir uyumsuzlukla oturur ve üste doğru Gökçeyayla formasyonuna geçer.

202

Gökçeyayla formasyonu Triyas-Üst Kretase yaş konağında çökelmiş şelf tipi karbonatlardan oluşmaktadır. Birimin alt bölümünde dolomitik kireçtaşları, üst bölümünde ise çörtlü kireçtaşı Gökçeyayla formasyonu Triyas-Üst Kretase yaş konağında çökelmiş şelf tipi karbonatlardan oluşmaktadır. Birimin alt bölümünde dolomitik kireçtaşları, üst bölümünde ise çörtlü kireçtaşı

Şekil 1. Çalışma alanı yerbulduru haritası Şekil 1. Çalışma alanı yerbulduru haritası

hakimdir. Birimin en üst kesiminde ise derinleşmeye işaret eden şeyl ve radyolaritlerin ardından Çöğürler karışığına geçiş izlenir. hakimdir. Birimin en üst kesiminde ise derinleşmeye işaret eden şeyl ve radyolaritlerin ardından Çöğürler karışığına geçiş izlenir. Çöğürler karışığı Üst Kretase-Alt Paleosen yaş aralığında gelişmiş ofiyolitli bir olistostrom olarak nitelendirilmiştir. Birim, kırıntılı kayalardan oluşan bir matriks ve çok değişik nitelikteki blokları içerir.

Çöğürler karışığı Üst Kretase-Alt Paleosen yaş aralığında gelişmiş ofiyolitli bir olistostrom olarak nitelendirilmiştir. Birim, kırıntılı kayalardan oluşan bir matriks ve çok değişik nitelikteki blokları içerir. Ultramafik kayalar ile temsil edilen Kınık ofiyoliti Çöğürler karışığı üzerinde tektonik dokanakla yer alır. Birimin bugünkü yerine yerleşmesinin Üst Kretase sonrası-Üst Paleosen öncesi gerçekleştiği düşünülmektedir.

Ultramafik kayalar ile temsil edilen Kınık ofiyoliti Çöğürler karışığı üzerinde tektonik dokanakla yer alır. Birimin bugünkü yerine yerleşmesinin Üst Kretase sonrası-Üst Paleosen öncesi gerçekleştiği düşünülmektedir. Üst Paleosen-Eosen yaşlı Hanköy formasyonu çalışma alanında daha yaşlı birimlerin tümünü açısal uyumsuzlukla örter. Üst Paleosen-Eosen yaşlı Hanköy formasyonu çalışma alanında daha yaşlı birimlerin tümünü açısal uyumsuzlukla örter. Neojen yaşlı birimler, farklı nitelikteki kırıntılı ve karbonat kayaları ile volkanik ve volkanosedimanter kayaların yanal ve düşey geçişleri ile karakterize edilir. Neojen yaşlı birimler, farklı nitelikteki kırıntılı ve karbonat kayaları ile volkanik ve volkanosedimanter kayaların yanal ve düşey geçişleri ile karakterize edilir.

5040302010010ÖLÇEK

Km

POLATLI

HAYMANA

ÇAYSANDIKLI

ŞUHUT

YUNAKBOLVADİNSİNCANLI

AFYON

ÇOBANLAR

ÇELTİKDAVULGA

EMİRDAĞBAYAT

İSCEHİSAR

ÜMRANİYE

GÜNYÜZÜ

SİVRİHİSARKAYMAZ

ÇİFTELER

HAN

MAHMUDİYE

BEYLİKOVA

ALPUİNÖNÜ

İHSANİYEALTINTAŞ

KIRKA

SEYİTGAZİ

KÜTAHYA

ESKİŞEHİR

Ana asfalt

Asfalt

Şehir Merkezi Çalışma alanı

İlçe merkezi

Şekil 2. Çalışma alanı ve dolayının hidrojeoloji haritası (Güven, 1996).

Alüvyon Geçirimli

HİDROJEOLOÖZELLİKLERAÇIKLAMALAR

Bazalt Yarı Geçirimli

N1a N1b

N2

Pl

Qal

β

N3

Th

N1a: Riyolitik tüf, aglomera, tüfit

JİK

Yarı GeçirimliN1b: Trakiandezit, tüfit Yarı GeçirimliN2: Kireçtaşı Geçirimli

N3: Konglomera, marn, kireçtaşı, Yarı Geçirimlikil, jips, silt, turbaHanköy Formasyonu Yarı GeçirimliKonglomera, kumtaşı-kiltaşı-silttaşıarabantlıKınık Ofiyoliti: GeçirimsizSerpantinleşmiş peridoti, tgabro, piroksenitÇöğürler Karışığı: GeçirimsizKiltaşı-çamurtaşı, türbidik kumtaşı,kireçtaşı, ultramafik volkanosedimanter,mavişist bloklu, ofiyolitli olistostrom

Kof

Kç

TRKg

Trk

PziPzim

π

TrkçKıyır Formasyonu: GeçirimsizSilttaşı, kumtaşı ve çakıltaşı, yer yer kireçtaşı, karbonat çimentolu çakıltaşıİhsaniye Metamorfik Karmaşığı: Geçirimsiz

Peridotit Geçirimsiz

Üst drenaj alanıAlt drenaj alanıDevamlı akarsuMevsimlik akarsuKaynak

Sondaj kuyusuYeraltısuyu seviyesiFay(+ yükselen,- alçalan blGömülü fay(alçalan blok)

12-38 Alt drenaj alan no.

Granit-biyotit-muskovit-albitşist-kloritşist-serisitşist-kuvarsitşist,kuvarsit ve mermer

Gökçeyayla Formasyonu:

ok)

GeçirimliDolomitik kireçtaşı, kuvarsit, çörtlü kireçtaşı

920

940

960

900

880

860

860

860

860

900

920

940

960

880

900920

840

12 - 3812 - 38

12 - 39

SAKARBAŞI KAYNAKLARI VE DOLAYININ HİDROJEOLOJİ HARİTASI

860+-

0 2 4 6 8 10

Jeoloji çalışmaları, Mumcu (1971),Esen (1978),Özcan vd. (1989); Umut vd. (1991)’den derlenmiştir.

Uman ve Yergök (1979)Metin vd. (1988),

Güven, F., 1996

1

6

7

2

3

1213

14

15

10

11

9

8

4

5

klar: 1) Sakarbaşı, 2) Eminekin, 3) Ilıcabaşı, 4) Sadırpğlu, 5) Başkurt, 6) Kaymaz, 7) T.Mecidiye, alimpaşa, 9 )Pınarbaşı, 10) Gümüşbel, 11) Nimet, 12) Kozyaka 13) Göcenoluk, 14) Akpınar, 15) Sığracık

Pliyosen

km

Kayna8 )S.h

Kil, kum, çakıl, kumtaşıYarı Geçirimli

203

204

HİDROJEOLOJİ Çalişma alanında yeralan birimler geçirimli, yarıgeçirimli ve geçirimsiz olmak üzere üç değişik hidrojeolojik birime ayrılmıştır Geçirimli Birimler İnceleme alanında İhsaniye metamorfik karmaşığına ait mermerler (Pzim), havzanın batısından güneye doğru bir yay şeklinde uzanan ve dolomitik kireçtaşından Mesozoyik yaşlı oluşan Gökçeyayla Formasyonu (Trkg), Seyitgazi ve Eminekin arasında yeralan Neojen yaşlı kireçtaşları (N2) ve Kuvarterner yaşlı alüvyon (Qal) geçirimli birimleri oluştururlar. Yarı Geçirimli Birimler İnceleme alanında yer alan Neojen yaşlı formasyonun konglomera-marn,kireçtaşı-kil-jips ardalanmalı bölümü (N3), tüf-aglomera-tüfit-andezitten oluşan bölümü (N1ab), Miyosen-Pliyosen yaşlı Bazalt (β) ve kil-kum-çakıl-kumtaşı ardalanmasından oluşan Pliyosen çökelleri (Pl) yarı geçirimli birimleri oluşturmaktadırlar. Pliyosen’de açılmış sondaj kuyularında yapılan pompalama denemelerine göre hidrolik iletkenlik değeri 200 m3/gün/m ve özgül verdi ise 1.1 l/s/m olarak bulunmuştur. Neojen içinde bulunan tüflü seviyeler genellikle yarı geçirimli olup, kırık hatlarının yoğun olarak görüldüğü yerlerde (Yapıldak köyü civarı) küçük kaynaklar bulunmaktadır. Geçirimsiz Birimler Bölgede yer alan ve en yaşlı birimi oluşturan İhsaniye metamorfik karmaşığı şistleri (Paleozoyik), Alt Triyas yaşlı Kıyır formasyonu (TRk), Üst Kretase-Alt Paleosen yaşlı Çöğürler karışığı (Kç), Kınık ofiyoliti (Üst Kretase sonrası-Üst Paleosen öncesi) ve Üst Paleosen-Eosen yaşlı Hanköy formasyonu (Th) geçirimsiz birimleri oluşturmaktadır. Çöğürler karışığı içinde Gökçeyayla formasyonuna ait kireçtaşı bloklarının bulunduğu yerlerde küçük önemsiz kaynaklar bulunmaktadır. SU KİMYASI Çalışma alanı içinde yeralan kaynaklarda 1994-1995 yıllarında su kimyası analizi için 3 dönem örnekleme yapılmıştır. Ayrıca arazide pH, sıcaklık, elektriksel iletkenlik gibi parametreler ölçülmüştür. Sakarbaşı kaynakları, Başkurt, Sadıroğlu, Eminekin ve Pınarbaşı kaynaklarının elektriksel iletkenlik değerleri 800-950 μS/cm arasında değişmektedir. Kaynakların elektriksel iletkenlik değerleri gerek yağışlı gerekse kurak dönemler olsun kendi içinde hemen hemen aynıdır. En yüksek iletkenlik değeri Pınarbaşı kaynağına aittir. Bu değerin yüksek olmasının sebebi suyun bünyesindeki çözünmüş SO4 iyonundan kaynaklanmaktadır. Söz konusu kaynakların sıcaklık değerleri 19 –21 oC arasında değişmektedir. Yapılan üç dönem arazi çalışmasında, kendi içlerinde hemen hemen sabit değerler almaktadır. Bu da kaynakların derin dolaşımlı olduğunu ve yıllık yağışlardan etkilenmediğini göstermektedir.

Piper diagramına göre Sakarbaşı kaynakları, Başkurt, Sadıroğlu, Eminekin ve Pınarbaşı kaynakları kalsiyum-mağnezyumlu sülfatlı bikarbonat sularıdır. Sülfat iyonunun yüksek olması, suların faylar hatları boyunca yüzeye çıkışı sırasında Neojen birimleri içindeki jipsli seviyelerden dolayıdır. Bu özellik Schöeller grafiğinde de görülmektedir. Göcenoluk, Kozyaka, ve Kaymaz kaynakları ise kalsiyum bikarbonatlı sular sınıfına girmektedir. Akpınar ve Nimet kaynaklarındaki sülfat iyonunun diğer kaynaklara göre yüksek oluşu, Neojen sedimanları içinde bulunan jipslerden kaynaklanmaktadır.

Cl 20 40 60 80

HCO3

+CO3

80

60

40

20

0100

SO4

20

40

60

80

SO4+

Cl

20

40

60

80

Ca+Mg

20

40

60

80

0

20

40

Ca100 80 60 40 20 0

80

Na+K

60

40

20

Mg 60

80

Sakarbaşı, Başkurt, Sadıroğlu, Eminekin, PınarbaşıIlıcabaşı, Nimet, GümüşbelKozyaka, Akpınar, Göcenoluk, Kaymaz

Sakarbaşı K. Havuzbaşı K. Kırgız Gölü K.Hamampınarı K. Karaburgu K. Ilıcabaşı K.Eminekin K. Başkurt K. Pınarbaşı K.Sadıroğlu K.

Ca Mg Na+K Cl SO HCO4 310

1

0.1

Kaymaz K. Kozyaka K.Göcenoluk K. Akpınar K.Gümüşbel K.

Sığracık K.Nimet K.

Ca Mg Na+K Cl SO HCO4 3

10

1

0.1

Şekil 3. İnceleme alanında yeralan su noktalarına ait Piper ve Schöeller grafikleri.

Ilıcabaşı Karaburgu Kaymaz

S.halimpaşa Sığracık T.M. Ilıksu T.M. Sondaj

HavuzbaşıBaşkurt

Kozyaka Nimet Pınarbaşı Sadıroğlu Sakarbaşı

Eminekin Göcenoluk Gümüşbel HamampınarıAkpınar

Kırgız

1.0 2.0

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5

-2.0

0.80.60.40.20.0

-0.2-0.4-0.6-0.8

-3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5

-3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5

-3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5

-3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5

1.5

1.00.80.60.40.20.20.0

-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0

-1.0-1.2-1.4-1.6-1.8-2.0-2.2-2.4-2.6-2.8-3.0

log(pCO ) 2 log(pCO )2

SI

S

I(a

rago

nit)

(kal

sit)

SI

SI

()

()

jips

dolo

mit

Şekil 4. İnceleme alanında yeralan kaynakların pCO2-SIkalsit, SIdolomit, SIaragonit ve SIjips grafiği.

205

206

Yapılan üç dönemlik arazi çalışmalarında toplanan su örneklerinin kimyasal analizleri Carlton vd. (1997) tarafından geliştirlen Phreeqci 1.3 bilgisayar programı kullanılarak kalsit, dolomit, aragonit ve jips minerallerine olan doygunlukları ve kısmi karbondioksit basınçları (pCO2) hesaplanmıştır (Şekil 4). Buna göre Başkurt, Sadıroğlu, Eminekin, Sakarbaşı, Havuzbaşı, Hamampınarı, Ilıcabaşı, Karaburgu, Kırgız kaynakları kalsit, dolomit minerallerine doygun ancak Göcenoluk, Kaymaz, Gümüşbel, Kozyaka, Sığracık, Nimet ve Akpınar kaynakları doygun değillerdir. Bütün su noktaları jips minerali açısından doygun değildir.

Şekil 4’e göre Başkurt, Sadıroğlu, Eminekin, Sakarbaşı, Havuzbaşı, Hamampınarı, Ilıcabaşı, Karaburgu, Kırgız kaynakları derin dolaşımlı birinci grup kaynakları, Göcenoluk, Kaymaz, Gümüşbel, Kozyaka, Sığracık, Nimet ve Akpınar kaynakları sığ dolaşımlı ikinci grup kaynakları oluşturmaktadır. İZOTOP HİDROLOJİSİ Oksijen 18 - Döteryum İlişkisi 1963 yılından itibaren IAEA-WMO gözlem ağı çerçevesinde Adana, Antalya ve Ankara yağış gözlem istasyonlarında yağıştaki δO18, δD, T değerleri aylık olarak ölçülmektedir. Ankara Y:G.İ’na istasyonuna ait 1964-1992 yılları arasında ölçülmüş olan δ18O-δD değerleri kullanılarak Ankara Meteorik Doğrusu çizilmiş ve doğru denklemi δD = 8 δO18 + 14.5 olarak bulunmuştur. İnceleme alanına ait örneklerin oksijen-18/döteryum ilişkisi Şekil 5’de, gösterilmiştir. İncelenen tüm suların δD = 8 δO18 + 14.5 Ankara Meteorik Doğrusu ile δD = 8 δO18 + 10 Genel Meteorik doğruları üzerinde ve arasında yer aldıkları görülmektedir. Karst akiferlerine ait su örneklerinin oksijen-18 ve döteryum içerikleri kullanılarak, ortak yada benzer beslenme süreçlerinin etkisi altında bulunan suların ayırt edilmesi mümkündür. Beslenme alanı aynı olan yada aynı tür yağışlardan beslenen karst akiferlerine ait örnekler oksijen 18-döteryum grafiği üzerinde birbirine yakın konumda bulunurlar. Şekil 5’de oksijen-18 ve döteryum ilişkisi incelendiğinde, aynı karst akış sistemi içinde yer alan su noktalarının birbirine yakın konumlara sahip oldukları gözlenmektedir. Gümüşbel kaynağı hariç diğer tüm kaynaklar grafik üzerinde birbirlerine yakın konumda bulunmaktadırlar. Eminekin kaynağının beslenme alanı diğer su noktalarına göre daha yüksek kottadır, duraylı izotoplar bakımından hafif bir sudur. Başkurt, Havuzbaşı, Hamampınarı, Karaburgu, Kozyaka ve Nimet kaynakları da yüksek kotlardan beslenen kaynaklardır. Ilıcabaşı ve Pınarbaşı kaynakları grafik üzerinde birbirlerine yakın konumda yer almaktadırlar. Akpınar, Göcenoluk, Kozyaka ve Gümüşbel kaynakları kullanılarak çizilen regresyon doğrusunun eğimi, düşük nem içerikli yağışları işaret etmektedir (Gonfiantini, 1986). Duraylı izotoplardan döteryum ile oksijen-18 arasındaki ilişki, belli yağış rejimleri için değişmemektedir. Bu nedenle, örneklerdeki döteryum fazlası kullanılarak farklı yağış rejimlerinin etkisi ve beslenme alanları konusunda bilgi edinme olanağı vardır. Döteryum fazlası, δD=8δO18+10

207

Çizelge 1’de verilmiştir.

ekil 5. İnceleme alanındaki kaynakların δ18O-δD grafiği (Güven, 1996’dan)

eşitliği ile hesaplanabilir. İnceleme alanındaki örnekler için hesaplanan döteryum fazlası (Df),

δ2 18H= O+22δ

δ δ2 18H= O+14.5

δ δ2 18H= O+10

δ2H (‰ VSMOW)

δ18O

(‰ V

SMO

W)

-11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1

20

10

-10

-20-30-40

-50

-60

-70

-70

-80

-80

-11 -10 -9

Başkurt

Karaburgu

Eminekin

Kırgız

Göcenoluk

Kozyaka Nimet

Gümüşbel H.pınarı

P.başı

Havuzbaşı

Sadıroğlu

Ilıcabaşı

T.mecidiyeSaithalimpaşa

Akpınar

Kaymaz

Ş

208

izelge 1. İnceleme alanındaki kaynakların döteryum fazlası değerleri (Güven 1996). ÇÖrnek Adı Df Örnek Adı Df Örnek Adı Df Örnek Adı DfEminekin K. 13.92 9.92 9.04 10.8Kaymaz K. Nimet K. Sadıroğlu K.Başkurt K. 12.8 Ilıcabaşı K. 9.86 Havuzbaşı K. 15.38 Pınarbaşı K. 9.34Hamampınarı K. K. 10.56 Kırkgız Gölü 11.42 Çizelge 2. İnceleme alanına ait çevresel izotop verileri (Güven 1996).

Tarih Örnek Adı Türü δO18

(‰ ) SMOWδD

(‰ S W)MOT (TU) T(°C) EC

(μ ) S/cmYükselti

(m) 7.7.94 Kaymaz K. Kaynak 16.6 27.5 -10.44 -73.6 350 1105 7.7.94 Ilıcabaşı K. Kaynak -10.17 -71.5 2.7 24.5 600 891 7.7.94 Eminekin K. Kaynak -10.79 -72.4 0.8 22.0 800 890 7.7.94 Başkurt K. Kaynak -10.6 -72 1.6 19.0 800 872 7.7.94 Sadıroğlu K. -71.2 Kaynak -10.25 1.2 20.0 800 890 7.7.94 Pınarbaşı K. Kaynak -10.18 -72.1 2.7 20.0 950 910 8.7.94 Gümüşbel K. Kaynak -9.16 -67.6 6.1 15.0 410 918 8.7.94 Nimet K. Kaynak -10.53 -75.2 - 19.5 492 900 8.7.94 Havuzbaşı K 1.7 Kaynak -10.56 -69.1 19.0 900 860 8.7.94 Kırkgız G.K. Kaynak -10.34 -71.3 1.4 20.0 780 880 8.7.94 H.pınarı K. Kaynak -10.57 -74 0.4 26.0 820 865 21.10.94 -74.7 S. H. Paşa S. Kuyu -9.95 - 15.6 1000 870 22.10.94 T.Mecidiye S. 2.1 Kuyu -9.13 -65.8 15.7 550 900 23.10.94 Kozyaka K. Kaynak -10.55 -71.9 - 17.5 470 1150 23.10.94 Göcenoluk K. Kaynak -10.25 -70 9 9.6 325 1250 23.10.94 Akpınar K. Kaynak -9.82 -68.7 3.4 11.8 200 1100 23.10.94 Karaburgu K. Kaynak -10.51 -77.3 1.5 22.0 890 850 Oksijen 18 - Yükselti İlişkisi

çmişte yürütülen çalışmalar sonucunda oksijen-18 içeriğinin, coğrafi

u örneklerinin oksijen-18 içerikleri ve boşalım örnekleme yükseltileri dikkate alınarak çizilen

İzotop hidrolojisi konusunda gekonum, enlem vb. parametrelerin yanısıra, esas olarak yükselti ile ters orantılı biçimde azaldığı gösterilmiştir (Payne and Dinçer, 1965). Genel olarak her 100 m’lik yükseklik artışına karşılık oksijen-18 içeriğindeki azalma ‰ -0.15 ile ‰ -0.50 arasında değişmektedir (Clark ve Fritz, 1997). Güven (1996), Göcenoluk, Akpınar ve Gümüşbel kaynaklarını kullnarak yaptığı hesaplamada inceleme alanında δ18O/h değişimi ‰ -0.33/100 m olarak belirlemiştir. Buna göre hesaplanan ortalama beslenme yükseltisi değerleri Çizelge 6’da verilmiştir. SŞekil 6’dan örneklerin belirgin biçimde gruplandıkları gözlenmektedir. Grafiğe göre Eminekin kaynağı en yüksek, Gümüşbel kaynağı da en alçak beslenme alanına sahiptirler. Ayrıca Başkurt, Hamampınarı, Havuzbaşı, Karaburgu, Nimet kaynakları da yüksek beslenme alanına sahiptirler.

Kırkgız Gölü, Sadıroğlu, Ilıcabaşı ve Pınarbaşı kaynakları biraz daha alçak beslenme alanına sahiptirler.

Çizelge 3. Su örneklerinin oksijen-18 izotop içeriklerinden belirlenen ortalama beslenme yükseltileri (Güven, 1996)

Örnek Adı δO18 Boşalım Yük. (m) Beslenme Yük. (m) Fark (m)Kaymaz Kaynağı -10.44 1015 1308 293 Ilıcabaşı Kaynağı -10.17 891 1226 335 Eminekin Kaynağı -10.79 890 1415 525 Başkurt Kaynağı -10.6 872 1357 485 Sadıroğlu Kaynağı -10.25 890 1250 360 Pınarbaşı Kaynağı -10.18 910 1229 319 Nimet Kaynağı -10.53 900 1335 435 Havuzbaşı Kaynağı -10.56 860 1344 484 Kırkgız Gölü Kaynağı -10.34 880 1277 397 Hamampınarı Kaynağı -10.57 865 1348 483 Karaburgu Kaynağı -10.51 850 1329 479 Kozyaka Kaynağı -10.55 1150 1341 191 Akpınar Kaynağı -9.82 1100 1119 19

Yükseklik (m)

Başkurt

Karaburgu

Eminekin

Kırgız

Göcenoluk

Kozyaka Nimet

Gümüşbel H.pınarı

P.başı

Havuzbaşı

Sadıroğlu

Ilıcabaşı

T.mecidiyeSaithalimpaşa

Akpınar

Kaymaz

800 900 1000 1100 1200 1300 1400

-9

-10

-11

δ18O = -0.0033 * h - 6.1538r = 0.99

δ18O

Şekil 6. İnceleme alanına ait su örneklerinin oksijen-18/yükselti ilişkisi

209

Trityum - Elektriksel İletkenlik İlişkisi Suların izotopik değerlendirilmesinde kullanılan trityum (3H) izotopu, duraysız bir izotop olmasından dolayı yeraltısuyunun rezervuarda kalış süresi ile orantılı olarak radyoaktif bozunmaya uğramaktadır. Dolayısı ile yeraltısularının bağıl yaşlarının ortaya konmasında 3H izotopu en önemli parametrelerden biridir. Aynı şekilde örneklere ait EC değeri de, yeraltısuyunun rezervuarda kalış süresine bağlı olarak artış göstermektedir. Kaymaz, Göcenoluk, Gümüşbel ve Akpınar kaynaklarının yüksek trityum ve düşük EC değerlerine sahip olmaları, bu kaynaklara ait suların geçiş sürelerinin kısa olduğunu, Başkurt, Sadıroğlu, Eminekin, Kırkgız Gölü, Hamampınarı, Karaburgu, Havuzbaşı ve Pınarbaşı kaynaklarının düşük trityum ve yüksek EC değerlerine sahip olmaları, bu kaynak sularının derin dolaşımlı olduklarını göstermektedir. Ilıcabaşı kaynağının EC değeri Sakaryabaşı kaynaklarına göre düşük olmasına rağmen, düşük trityum içeriği bu kaynağında derin dolaşımlı olduğunu göstermektedir (Şekil 7).

T.mecidiyeSadıroğluP.başıKırgızKaraburguKaymazIlıcabaşı

Akpınar Başkurt Gümüşbel H.pınarıGöcenolukEminekin Havuzbaşı

Trity

um (T

U)

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Elektriksel İletkenlik ( S/cm)μ

Şekil 7. İnceleme alanına ait su örneklerinin trityum/elektriksel iletkenlik ilişkisi.

Yeraltısuyunun Geçiş Süresi Karst hidrojeolojisi çalışmalarında trityum izotopunun başlıca kullanım alanı yeraltısuyunun akiferden geçiş süresinin belirlenmesidir. Yeraltısuyunun akiferden geçiş süresi, kar yada yağmur olarak yüzeye düşen suyun bir kaynak ile akiferi terk etmesine kadar geçen süre olarak tanımlanmaktadır. Radyoaktif trityum izotopu ile hidrojeolojik sistemlerde yeraltısuyu dağılımı ve geçiş süresi hakkında bilgi edinilebilmekte, geçiş süreleri ile suların göreli yaşları ve aynı sisteme ait olup olmadıkları belirlenebilmektedir.

210

Eriksson (1958) tarafından geliştirilen tam karışım varsayımına dayalı eksponansiyel model yaklaşımı kullanılarak geçiş süreleri hesaplanmıştır. Model, karst hidrojeolojisinde yaygın dolaşım rejimini ifade etmektedir.

C t C t e e di

t

00

1( ) ( ). . .( / )= − − −∫τ

ϕ ϕϕ τ λϕ

Burada; C0(t) : t anındaki sistemden çıkan trityum derişimi, (TU) Ci(t-ϕ) : (t-ϕ) anında sisteme giren trityum derişimi, (TU) e-λϕ : radyoaktif bozunma düzeltme faktörü λ : değeri 0.0565 olan trityum bozunma sabiti

τ : sistemin yenilenme süresi (yıl)

Hesaplamalarda trityum girdi değeri olarak inceleme alanı üzerindeki yağışların izotopik bileşimini temsil edebilecek en yakın istasyon olan Ankara istasyonuna ait veriler kullanılmıştır. Ankara istasyonunun 1953-1962 yılları arasındaki verileri Tezcan (1992) tarafından Ottawa istasyonu ile Ankara istasyonu arasında yapılan korelasyon ile uzatılmıştır. Ayrıca Ankara yağışlarına ait ağırlıklı ortalama trityum değerlerinin eksik yıllarıda yine Tezcan (1992)’a ait korelasyon bağıntıları kullanılarak tamamlanmıştır. Bu değerlerin tamamlanması ve geriye doğru uzatılması için IAEA-WMO gözlem ağı çerçevesinde en uzun gözleme sahip Ottawa istasyonu ile regresyon kurmak, kuzey yarı kürede trityum değerlerinin dağılımının homojenliği nedeni ile yaygın olarak kullanılmaktadır (Gat, 1980). Güven (1996) tarafından hesaplanan trityum çıkış grafiği ve değerleri Şekil 8’de ve Çizelge 4’de verilmiştir.

211

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1992 1993 1994YILLAR

T.U

.

1 y ›l 2 y ›l 3 y ›l 4 y ›l 5 y ›l 6 y ›l 7 y ›l 8 y ›l9 y ›l 10 y ›l 12 y ›l 15 y ›l 20 y ›l 30 y ›l 50 y ›l 100 y ›l

Örnekleme Yılı

Şekil 8. Trityum çıkış değerlerinin 1992-1994 yılları arasındaki değişimi (Güven, 1996)

Çizelge 4. Kaynakların trityum izotopu içeriğine göre akifer içindeki dolaşım süreleri (Güven, 1996) Örnek T T

hata+ - Geçiş Örnek T T

hata+ - Geçiş

Kaymaz K. 16.6 0.7 17.3 15.9 6-7 ay Gümüşbel K. 6.1 0.4 6.5 5.7 1.5 yıl Ilıcabaşı K. 2.7 0.5 3.2 2.2 3-4 yıl Havuzbaşı K. 1.7 0.3 2 1.4 4.5-6.5 yılEminekin K. 0.8 0.5 1.3 0.3 7-30 yıl Kırkgız K. 1.4 0.3 1.7 1.1 5.5-8 yıl Başkurt K. 1.6 0.3 1.9 1.3 5-7 yıl H.pınarı K. 0.4 0.3 0.7 0.1 13-100 yılSadıroğlu K. 1.2 0.3 1.5 0.9 6-10 yıl Karaburgu K. 1.5 0.3 1.8 1.2 5-7.5 yıl Pınarbaşı K. 2.7 0.4 3.1 2.3 3-4 yıl Göcenoluk K. 9 0.5 9.5 8.5 1 yıl Akpınar K. 3.4 0.4 3.8 3 2.5-3 yıl SONUÇLAR Yukarı Sakarya Havzası’nda yeralan Sakarbaşı Kaynak Grubu, Sadıroğlu, Eminekin, Başkurt, Ilıcabaşı ve Pınarbaşı kaynaklarının hidrojeolojik özellikleri, jeolojik yapı, hidrolojik veriler, arazi gözlemleri, sukimyası ve izotop değerleri ile birlikte değierlendirildiğinde, söz konusu kaynakların beslenme bölgesi havzanın güneybatısından güneyine doğru bir yay şeklinde yüzeylenen ve dolomitik Gökçeyayla formasyonudur. δ18O-yükseklik ilişkisi kullanılarak hesaplanan yükseklik 212

213

değerleri, Gökçeyayla formasyonu’na karşılık gelmektedir. Kaynakların bütün arazi dönemlerinde yapılan su kimyası analizlerinde dolomit mineraline doygun olmaları diğer bir gösterge olarak kabul edilebilir. Neojen kireçtaşlarından kaynaklara yeratısuyu katkısının olması düşünülmemektedir. Çünkü Bardakçı deresi ve Seydisuyu yıl boyunca akış halindedir ve bu derelerin K-G yönlü akışının olduğu bölgelerde (havza batısı) geçirimsiz Çöğürler karışığı Neojen kireçtaşlarının içinde yüzeylenmekte dolayısıyla geçirimsiz bariyer özellik göstermektedir. KAYNAKÇA Esen, E., 1978, Yukarı Sakarya Havzası Hidrojeolojik Etüt Raporu, DSİ Genel Müdürlüğü, Jeoteknik

Hizmetler ve Yeraltısuları Dairesi Başkanlığı, Ankara, 89 s. Eriksson, E., 1958, The Possible Use of Tritium for Estimating Groundwater Storage, Tellus, Vol. 10,

p.472-478., 48. Gat, J.R., 1980, The Isotopes of Hydrogen and Oxygen In Precipitation, In Handbook of

Environmental Isotope Geochemistry, P. Fritz and J.C. Fontes, (Eds.), Vol 1, p.21-48, Elsevier Sc. Publ., 23.

Güven, F., 1996, Sakaryabaşı Kaynaklarının Çevresel İzotop İncelemesi, H.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Jeoloji (Hidrojeoloji) Ana Bilim Dalı Yüksek Mühendislik Tezi, 118 s.

Gonfiantini, R., (1986), Isotopes in lake studies, In P. Fritz and J.-Ch Fontes (Eds.) Handbook of Environmental Geochemistry, Vol. 2, The Terrestrial Environment, B, Elsevier Amsterdam, The Nederlands: 113-168.

Metin, S., Genç, Ş., Bulut, V., 1987, Afyon ve Dolayının Jeolojisi, M.T.A. Enstitüsü Jeoloji Dairesi, Rapor No: 6604, Ankara.

Metin, S., Genç, Ş., Bulut, V., 1988, Bolvadin (Afyon)-Yunak (Konya) Dolayının Jeolojisi, M.T.A. Enstitüsü Jeoloji Dairesi, Rapor No: 6604, Ankara.

Mumcu, N., 1971, Yukarı Sakarya Havzası Jeofizik Rezistivite Etüt Raporu, DSİ, Ankara, 16 s. Özcan, A., Göncüoğlu, M.C., Turhan, N., 1989, Kütahya-Çifteler-Bayat-İhsaniye Yöresinin Temel

Jeolojisi, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Jeoloji Etütleri Dairesi, Rapor No: 8974, Ankara.

Payne, B. and Dinçer, T., 1965, Isotope Survey of Karst Region of Southern Turkey, Proc. of Sixth Int. Conference of Radiocarbon annd Tritium Dating, IAEA, Publ.

Tezcan, L., 1992, Karst Akifer Sistemlerinin Trityum İzotopu Yardımıyla Matematiksel Modellemesi, Doktora Tezi, H.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Beytepe, Ankara, 121 s.

Umut, M., Acarlar, M., Gedik, Ş., Güner, E., Saçlı, L., Şen, A. M., (1991), Çifteler-Holanta (Eskişehir ili) - Çeltik (Konya ili) ve Dolayının Jeolojisi, Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Jeoloji Etütleri Dairesi, Rapor No: 9204, Ankara.

Uman, Ö. ve Yergök, A.F., 1979, Emirdağ (Afyon) Dolayının Jeolojisi, M.T.A. Enstitüsü Jeoloji Dairesi, Rapor No: 6604, Ankara.

Yurtsever, Y., 1978, Tabii İzotopların Hidrolojide Kullanılması Esasları ve Antalya Civarı Karstik Bölgede Yerüstü-Yeraltısuyu İlişkilerinin Tabii İzotoplarla Araştırılması Sonuçları: EİE Bülteni, c. 75-76, 51-64.

215

DELİCE IRMAĞI (YERKÖY) VE KOMŞU AKİFERLER ARASINDAKİ İLİŞKİNİN HİDROKİMYASAL VE İZOTOPİK YÖNTEMLERLE

İNCELENMESİ

INVESTIGATION OF RELATION BETWEEN DELİCE RIVER (YERKÖY) AND SURROUNDING AQUIFERS BY HYDROCHEMICAL AND ISOTOPIC

TECHNIQUES

Doç. Dr. Mehmet ÇELİK Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeoloji Müh. Bölümü,

06100, Tandoğan, Ankara. E-mail: celikm@eng.ankara.edu.tr

ÖZET Bu çalışmanın amacı Yerköy dolayındaki Delice ırmağı ile yeraltı suları arasında hidrolik bağlantıyı ve suların kalitesini araştırmaktır. Bölgede yer alan sığ sondaj, kaynak ve akarsu noktalarından alınan örnekler üzerinde yapılan hidrokimyasal ve izotopik analizler sonucunda üç farklı fasiyes belirlenmiştir. Bu fasiyesler (1) Na-Cl fasiyesi derin akiferi karakterize etmekte, (2) Na-SO4 fasiyesi sığ akiferi karakterize etmekte, (3) Na-HCO3 (SO4) fasiyesi sığ akiferin batı kısmını temsil etmektedir. Delice ırmağı suları sulama ve evsel kullanım için uygun durumda olmasına rağmen, sığ alüvyon akifer suları oldukça tuzlu ve litolojik birimler tarafından kirletilmiş durumdadır. Deliceırmağı ve alüvyon akifer arasında aktif yeraltı suyu dolaşımı ve akiferde seyrelme olduğu tesbit edilmiştir. Yeraltı suyunun kısa sirkülasyonu nedeniyle hidrokimyasal konsantrasyon ve tuzluluk düşük bulunmuştur. Alüvyon akiferin diğer kısımları daha yüksek konsantrasyonda iyon içerir. Anahtar Kelimeler: Hidrokimya, izotop, yüzey-suyu/yeraltısuyu ilişkisi, kirlilik, Yerköy ABSTRACT The aim of this study was to investigate an interaction between surface and groundwaters and quality of waters for the area near Yerköy. Three characteristic facies were determined based on the results of hydrochemical and isotopic analyses: (1) Na+-Cl- facies were greater the deeper the aquifer, (2) Na+-SO4

2- facies were the greater portion of the shallow alluvium aquifer, and (3) Na+-HCO3

- (SO42-) facies represented the western portion of the shallow alluvium aquifer. Based on

field and laboratory observations it was found that the water of the River Delice is suitable for irrigation and domestic use whereas the water from the shallow aquifer is extremely saline and considered to have been polluted by local lithological units. Active groundwater circulation and dilution between the alluvium aquifer and the River Delice was observed. Because of the short residence time of the groundwater in this area, the hydrogeochemical concentration and the salinity were found to be low. The other portions of the alluvium aquifer bear higher concentrations of soluble ions.

Anahtar Kelimeler: Hydrochemistry, isotope, surface-water/groundwater relation, pollution, Yerköy GİRİŞ İnceleme alanı Yozgat ilinin Yerköy ilçesi ve yakın dolayında, Delice ırmağı ve bununla hidrodinamik olarak ilişkili olan yeratı suyu akiferini kapsamaktadır (Şekil 1). Bu alanda, Bulamaçlı, Uyuz ve Koyunbaşoğlu kaplıcaları sıcak su, Yerköy ovasındaki kuyular soğuk su noktalarını, Delice ırmağı ve Cender dere de yüzey sularını oluşturmaktadır. Bu çalışmada Yerköy ovasındaki yeraltı suları ve Delice ırmağı sularının temel hidrokimyasal, kirlilik ve çevresel izotop analizleri yapılarak, suların kalitesi, özellikleri ve birbirleriyle ilişkileri araştırılmıştır. Burada yapılan çalışma konusuyla ilgili olarak Ankara çayı dolayında yapılan Kayabalı ve diğ. (1999)’ nin çalışması örnek olarak verilebilir. Bölge ve dolayında hidrojeoloji çalışmalarından Canik (1982), Gündüz (1993), Gündüz ve Özten (1994), Şimşek (1995), Ünsal ve Afşin (1999), Çelik ve Arıgün (2001) ve Çelik (2002) yer almaktadır.

Şekil 1. İnceleme alanının yer belirleme haritası

216

217

JEOLOJİ İNCELEMESİ İnceleme alanında, en altta Alt Eosen yaşlı Kötüdağ volkanit üyesi, üzerinde Orta Eosen yaşlı Çevirme formasyonu, daha sonra Miyosen-Üst Eosen yaşlı Deliceırmak formasyonu gelmektedir. En üstte de alüvyon ve travertenden oluşan genç Kuvaterner birimleri yer almaktadır (Şekil 2). Kötüdağ volkanit üyesi, inceleme alanının güneydoğusunda, Kötü T., Kale T. ve Hacıahmet dağı dolayında yüzeylenmektedir. Almış olduğumuz kayaç örnekleri ileri derecede karbonatlaşmış ve demiroksitleşmiş riyolit özelliğindedir. Bu üye riyolit, riyodasit ve dasitten oluşmaktadır (Gündüz ve Özten, 1994). Riyolitlerin oldukça kırıklı ve çatlaklı oldukları gözlenmiştir. İnceleme alanı dışında kötüdağ volkanit üyesinin altında granitlerin olduğu bilinmektedir (Canik, 1982). Kötüdağ volkanit üyesini oluşturan riyolitler üzerine uyumsuz olarak gelen Çevirme formasyonu, inceleme alanının güneybatısındaki Hamam T ve Kale mahallesi dolayında ve Yerköy’ ün doğusundaki Uyuz hamamı dolayında yüzeylenmektedir. Birim, alanın güneybatısında çakıltaşları ile başlamaktadır. Hamam T’ nin doğusunda riyolitlerle olan dokanağı kireçtaşlarıyla başlamaktadır. Kireçtaşlarının üzerinde de jipsli marnlar yer alır. Gültepe dolayında çakıltaşları, Kale mahallesi dolayında çakıllı ve bol fosilli kireçtaşları, Kale mahallesi ile Yerköy ovası arasındaki alanda kiltaşı, marn birimleri gözlenmiştir. Alandaki çakıltaşı ve kireçtaşları orta kalınlıkta tabakalanma sunarlar. Üstte yer alan marnlar Kale mahallesi kuzeyinde tabakalıdır. Gültepe mahallesi batısındaki marnlar içerisinde saçılmış olarak jips parçaları bulunmuştur (Şekil2). Deliceırmak formasyonu, Çevirme formasyonu üzerine gelmekte olup, inceleme alanının kuzeyinde, kuzeybatı ve kuzeydoğu tarafında yüzeylenmektedir. Bu formasyon çakıltaşı, kumtaşı ve silttaşlarından oluşmaktadır. Alüvyon birimleri Deliceırmağı boyunca, daha çok ırmağın batı kıyısı ve Cender Dere boyunca da görülmüştür (Şekil 2). Alüvyon birimleri çakıl, kum ve kil boyutu malzemelerden oluşmaktadır. Yerköy ve kuzeyinde yaklaşık 6 km genişliğe ulaşmaktadır. Traverten çökelleri Bulamaçlı Hamamı kaynağının eski çıkış yerlerinde bulunmaktadır. HİDROJEOLOJİ ÇALIŞMALARI Deliceırmak formasyonu birimleri, alüvyon ve traverten birimleri geçirimli birimlerdir. Çevirme formasyonunun kireçtaşları ile çakıltaşları geçirimli iken, marn ve kiltaşları geçirimsizdir. Kötüdağ volkanit üyesi birimlerinde bol miktarda kırık ve çatlak görülmesine rağmen bunlar tam olarak akifer oluşturacak şekilde geçirimli birimler olarak değerlendirilmemektedir. Birincil gözenekliliği çok düşük olan riyolitler kırık ve çatlaklar boyunca ikincil geçirimlilik sunmaktadır. Hidrokimyasal analizler İnceleme alanında yer alan akarsu ve yeraltı sularından Kasım 1988 ve Mayıs 1999 dönemleri olmak üzere iki farklı dönemde yeraltı ve yüzey suyu örneklemeleri yapılmıştır. Bu iki dönemden, Kasım dönemi yeraltı su seviyesinin genellikle en düşük olduğu, Mayıs ise en yüksek olduğu dönemi göstermektedir. Akarsu ve yeraltı sularından aynı dönemlerde hidrokimyasal analiz ve yeraltı suyu kirliliği amaçlı örnekler alınmıştır.

Şekil 2. İnceleme alanının hidrojeoloji haritası

218

Yüzey Suları Delice ırmağı inceleme alanını güneydoğu kenarından başlayıp kuzeyinden geçerek boydan boya katetmektedir. Delice ırmağına, Bulamaçlı kaplıcası doğusundan geçen Cender dere de karışmaktadır (Şekil 2). Delice ırmağının, 14 Kasım 1998 tarihinde D1 noktasında, muline ile yapılan debi ölçümü 4,94 m3/s, 31 Mayıs 1999 tarihinde aynı noktada yaptığımız debi ölçüm sonucu 9,47 m3/s bulunmuştur. Deliceırmağında Kasım 1998 döneminde 3 farklı noktada (D1, D2, D4), Cender derede de 1 noktada (C1) örnekleme yapılmıştır. Yüzey sularının sulama açısından yapılan değerlendirilmelerinde Wilcox diyagramına göre Delice ırmağı suları “iyi-kullanılabilir” sınırları içinde kalmasına rağmen “şüpheli-kullanılabilir” sınırına yakın yer almaktadır. Bu nedenle sulamada kullanılmasının her dönem için sakıncalı olduğu düşünülmemektedir. Delice ırmağı sularının iletkenliği 1000-2000 μS arasında, sodyum yüzdesi %(40-60) arasında yer almaktadır. Cender dere suları ise, iletkenliklerinin 3000-4000 μS arasında ve sodyum yüzdesinin %(60-70) arasında olması nedeniyle “kullanılmaz” sınıfında yer almaktadır (Şekil 3). Çünkü Cender dere suları, Bulamaçlı kaplıcasındaki sıcak ve mineralli kaynak sularının kaplıcada kullanıldıktan sonra Cender dereye bırakılmasıyla kirletilmektedir. Amerika Birleşik Devletleri (ABD) Tuzluluk Laboratuvarı diyagramına göre Delice ırmağı “az sodyum tehlikesi-fazla tuzluluk tehlikesi” sınıfını temsil eden C3-S1 grubunda, Cender dere suları ise “fazla sodyum tehlikesi-çok fazla tuzluluk tehlikesi” sınıfını temsil eden C4-S3 grubunda yer alır (Şekil 4).

100

90

80

70

50

40

30

20

00 1000 2000 3000 4000

60

10

Çok

iyi-i

yi

Şüph

eli-k

ulla

nılm

az

Kul

lanı

lmaz

İyi-k

ulla

nıla

bilir

SOD

YUM

YÜ

ZDES

İ

İLETKENLİK, μS

Deliceırmağı

Cenderdere

Yeraltı suyu

Çok

fazl

aFa

zla

Orta

Az

1

2

3

4

5

10

15

20

25

30

Sod

yum

ads

orps

iyon

ora

nı(S

AR)

100

1000 50

00

250

500

750

2000

3000

400010

0

1000

1 2 3 4Az Orta Fazla Çok fazla

C1-S4

C2-S4

C3-S4

C4-S4

C1-S3

C2-S3

C3-S3C1-S2

C2-S2

C3-S2

C4-S2C1-S1

C2-S1 C3-S1

C4-S1

İletkenlik, μS

DeliceIrmağı

C4-S3Cender Dere

Yera

ltı S

uyu

TUZLULUK TEHLİKESİ

SOD

YUM

TEH

LİKE

Sİ

Şekil 3. Wilcox diyagramı Şekil 4. ABD Tuzluluk Laboratuvarı

diyagramı

219

Yeraltı Suları İnceleme alanında yeraltı suyu taşıyan birimler, Kötüdağ volkanit üyesi birimleri, Deliceırmak formasyonunun oluşturduğu Miyosen-Üst Eosen çakıllı, kumlu ve siltli birimleri ile Deliceırmağı’ nın genellikle batısı boyunca uzanan alüvyon akiferdir. İnceleme alanında alüvyon akiferde açılmış dar çaplı çok sayıda kuyu yer almaktadır. Bu kuyuların dağılımı Yerköy ve kuzeyi boyuncadır (Şekil 2). Alüvyon akiferi oluşturan birimler, çakıl, kum, silt ve kil boyutu malzemeden oluşur. Alüvyon akiferde de yüzey sularında olduğu gibi aynı dönemlerde yeraltı suyu örneklemesi yapılmıştır. Kasım 1998 döneminde tüm kimyasal analizler ve kirlilik parametreleri araştırıldı, Mayıs 1999 döneminde ise sadece kirlilik parametreleri araştırıldı. Alüvyon akiferden, 14 ayrı kuyudan alınan numunenin Schoeller yarı logaritmik diyagrama göre yapılan değerlendirmesinde; katyonların dizilimi: r(Na+K)>rCa>rMg, anyonların dizilimi ise rSO4>rCl>r(HCO3+CO3) şeklindedir. Bir kısım sulardan AB17 ve SE9’ da rMg>rCa şeklinde, HİP12 ile yine SE9’ da r(HCO3+CO3)>rCl şeklinde iyonlar yer değiştirmektedir. Buna göre alüvyon akifer suları “sodyum sülfatlı sular” olarak sınıflandırılabilmektedir (Şekil 5 ve 6). Bölgedeki termal suların ise sodyumlu ve klörürlü oldukları tesbit edilmiştir.

1

10

100

1 2 3 4 5 6

mek/L

rCa rMg r(Na+K) rCl rSO 4 r(HCO3 +CO 3)

MK17

ÝHL

Çel16

OA5

YK6

AB17

MK7 SE9 DÖ4

BG3

HK10 KC11

HKHÝP12

1

10

100

1 2 3 4 5 6

mek/L

rCa rMg r(Na+K) rCl rSO 4 r(HCO3 +CO 3)

Şekil 5 ve 6. Yeraltı sularının Yarı Logaritmik Schoeller diyagramı

220

Yüzey ve Yeraltı Sularının İlişkisi Yerköy dolayındaki alüvyon akifer Kötüdağ volkanit üyesi, Çevirme formasyonu ve Deliceırmak formasyonu üzerinde uzanmaktadır. Daha çok Çevirme formasyonu ile temas halindedir. Çevirme formasyonu marnları içersinde jipslerin yer aldığı hidrojeoloji çalışmaları sırasında belirlenmiştir. Alüvyon akiferin Kötüdağ volkanit üyesi üzerinde bulunması ile bu volkanik kayaçlarla doğrudan temas sağlamaktadır. Sıcaksu noktalarında bor miktarının yüksek olması, aynı zamanda soğuk su akiferlerinde de bor miktarının sınır değerlerinden yüksek çıkması, borun kökeninin alüvyon altındaki volkanik kayaçlardan alüvyona boşalması muhtemel sıcak sularla da ilişkili olabileceğini göstermektedir. Kuyulardan elde edilen parametreler akarsudan uzaklıklarına gore çizildiklerinde, akarsu noktasından itibaren SO4

-2, TÇM, bor ve nitrat azotu miktarlarında artma olduğu, bir başka deyişle bu kirlilik parametrelerinde genel olarak akarsuya yaklaştıkça seyrelme olduğu tesbit edilmiştir (Şekil 7 ve 8). Yeraltı sularının baskın katyon ve anyon değerlerine göre hidrokimyasal fasiyes haritası oluşturulduğunda (Şekil 9), üç farklı fasiyes elde edilmiştir. Derin dolaşımlı sıcak sular Na+-Cl- fasiyesinde, alanın güneyindeki alüvyon akifer Na+-SO4

2- , kuzeyi ve batısındaki bölüm ise Na+-HCO3

- (SO42-) fasiyesindedir.

0

1000

2000

3000

4000

50 250 450 650 850 1050 1250 1450

SO

4 , m

g/L

Delice Irmağı' na uzaklık, m

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

50 250 450 650 850 1050 1250 1450

Delice Irmağı' na uzaklık, m

TÇM

, mg/

L

: 01-06-1999

: 14-11-1998

Şekil 7. a) SO4-uzaklık grafiği, b) TÇM-uzaklık grafiği

221

0

1

2

3

4

50 250 450 650 850 1050 1250 1450

Bor,

mg/

L

Delice Irmağı' na uzaklık, m

0

20

40

60

80

50 250 450 650 850 1050 1250 1450

50 (müsaade edilebilecek maksimum sınır)

Nitr

at A

zotu

(NO

3 -N

), m

g/L

Delice Irmağı' na uzaklık, m

: 01-06-1999

: 14-11-1998

Şekil 8. a) Bor-uzaklık grafiği, b) Nitrat-uzaklık grafiği Deliceırmağı ile alüvyon akifer arasında hidrodinamik bağlantı bulunmaktadır. Hidrojeoloji kesitlerinde Deliceırmağı’ nın güneyde alüvyon akiferi beslediği, kuzeyde ise akiferden beslendiği tesbit edilmiştir (Şekil 10). Bölgedeki yüzey ve yeraltı sularından, oksijen-18, döteryum ve trityum izotop analizleri yaptırılmıştır. Sıcak ve mineralli sularda oksijen-18 değerleri ortalama –11.23 (‰), Deliceırmağı’ nda ise –9.21 – (-9.23) (‰) arasında değişmektedir. Bu sulardan sıcak ve mineralli sulardaki döteryum değerleri ortalama –79.81 (‰), Deliceırmağı’ nda –66.64 – (-66.38) (‰) arasında değişmektedir. Sıcak ve mineralli suların trityum içeriği yaklaşık sıfır trityum birimi kadardır. Buyüzden, bu sular derin dolaşımlı ve eski sulardır. Deliceırmağı’ nın trityum değeri 9.30 – (10.20) T.U. arasında değişmektedir. Trityum analizlerinde hata oranı yaklaşık ±1.00 dir. Oksijen-18-döteryum grafiğinde, Dünya Meteorik Su Doğrusu ve Yozgat bölgesi meteorik su doğrusu da (Şimşek, 1995) çizilmiştir (Şekil 11). Grafikten, Uyuz hamamı ve Koyunbaşoğlu termal sularının yaklaşık aynı özellikteki sular oldukları, Bulamaçlı hamamı kaynak suyunun bunlara gore daha derin dolaşımlı su olduğu anlaşılmıştır. Deliceırmağı yüzey sularında çok açık olmamakla birlikte az da olsa buharlaşma etkisi görülmüştür (Şekil 11). Çalışma alanına yakın dolaydaki Mahmutlu kaynağında, Ünsal ve Afşin’ in (1999) yaptığı çalışmada Mahmutlu kaynağının Bulamaçlı kaynağı gibi derin ve uzun dolaşımlı su sisteminde yer aldıkları belirlenmiştir.

222

Şekil 9. Yerköy dolayındaki yeraltı sularının hidrokimyasal fasiyes haritası

223

Şekil 10. Yerköy dolayından alınan hidrojeoloji kesitleri (a: Yerköy güneyi, b: Yerköy kuzeydoğusu)

224

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40-14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6

Oksij en-18 (% o)

Yozgat Meteorik Su Doğrusu

Bölgesel Meteorik Su Doğrusu

Delice ırmağı

Uyuz hamamı

Bulamaçlı hamamı kaynağı

Koyunbaşoğlu kuyusu

Şekil 11. Oksijen-18/döteryum grafiği SONUÇLAR Yerköy ovasındaki sığ yeraltı suları genellikle sodyum sülfatlı sulardır. Toplam çözünmüş katı madde miktarı Delice ırmağında maksimum müsade edilebilir sınır değerlerin altında iken, Cender derede üzerindedir. Bunun sebebi, Bulamaçlı hamamı atık sularının Cender dereye verilmesi olduğu düşünülmektedir. Deliceırmağı’ nda ağır metal kirliliği bulunmamaktadır. Sülfat iyonu Cender derede sınır değerlerinin üzerindedir. Kirlilik açısından; dere sularının içme, sulama ve kullanım açısından sakıncalı oldukları belirlenmiştir. Cender dere suları Deliceırmağı’ nı kirletmektedir. TSE 266’ ya göre yapılan kirlilik değerlendirmesinde yeraltı sularının sodyum, sülfat, bor, mangan ve iletkenlik parametreleri maksimum müsade edilen değerleri aşmıştır. Amonyum azotu 3 kuyu dışında sınır değerini aşmış olup, nitrat azotu yalnızca HK10 ve KC11 nolu kuyularda aşmıştır (Çelik ve Arıgün, 2001). Kullanım açısından sular, “şüpheli-kullanılmaz” ve “kullanılmaz” sınıfında, tuzluluk ve sodyum tehlikesinin yüksek olduğu gruplarda yer almaktadır. Sulama ve kullanım açısından Deliceırmağı sularının alüvyon akifer sularına göre daha uygun olduğu belirlenmiştir. Alüvyon akiferde dereden uzaklaştıkça akiferdeki kirlilik artmaktadır. Deliceırmağı’ nın alüvyon akiferi beslediği ve akiferden beslendiği noktaların arasındaki bölgede, su sirkülasyonunun akiferin diğer bölümlerine göre daha çok olması, bu bölgedeki suların, genellikle litolojiden kaynaklanan tuzluluğun azalmasına ve kirlilik iyonlarının konsantrasyonunun azalmasına neden olduğu belirlenmiştir (Çelik, 2002).

225

226

Yerköy’ ün kanalizasyon ve düzenli katı atık depolama sahası bulunmamaktadır. Katı atıklar muhtelif alanlara rastgele dökülmekte, kanalizasyon da inceleme alanı dışında Delice ırmağına dökülmektedir. Bu problemler çevre kirliliği açısından önemlidir. KATKI BELİRTME Bu çalışma Ankara Üniversitesi Araştırma Fonu tarafından desteklenmiştir (Proje No: 98-05-01-10). Arazi çalışması sırasında katkılarını gördüğüm, Arş. Gör. Zafer Arıgün ve Arş. Gör. Oğuz Zoroğlu’ na teşekkür ederim. KAYNAKLAR Canik, B., 1982. Kırşehir Çiçekdağı-Bulamaçlı Kaplıcasının hidrojeolojik incelemesi. Maden

Tetkik ve Arama Enst. Dergisi, No. 93/94, 118-136. Çelik, M., Arıgün, Z., 2001. Yerköy (Yozgat) ovası yüzey ve yeraltı sularının kalitesi ve kirliliği, 1.

Çevre ve Jeoloji Sempozyumu, ÇevJeo’2001, Bildiriler, 159-172. Çelik, M., 2002. Water quality assessment and the investigation of the relationship between the

River Delice and the aquifer systems in the vicinity of Yerköy (Yozgat, Turkey). Environmental Geology, Springer Verlag, 42:690-700.

Gündüz, M., 1993. Yozgat-Yerköy Güven kaplıcası hidrojeoloji etüdü. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Enerji Hammadde Etüt ve Arama Dairesi Başkanlığı, Rapor No: 9595, Ankara

Gündüz, M. ve Özten, A., 1994. Yozgat-Yerköy Güven kaplıcası sıcaksu sondajı YK-1 kuyu bitirme ve koruma alanları raporu. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Enerji Hammadde Etüt ve Arama Dairesi Başkanlığı, Rapor No: 9796, Ankara

Kayabalı, K., Çelik, M., Karatosun, H., Arıgün, Z., Koçbay, A.,1999. The influence of a heavily polluted urban river on the adjacent aquifer systems. Environmental Geology, 38 (3): 233-243.

Şimşek, Ş., 1995. Isotope and geochemical survey of geothermal systems of Yozgat province in Central Anatolia, Turkey. Isotope and geochemical techniques applied to geothermal investigations, International Atomic Energy Agency (IAEA), 12-15 October 1993. 232-248, Austria.

Türk Standardları Enstitüsü, 1997. TS 266/Nisan 1997, Sular – içme ve kullanma suları. Birinci baskı, Ankara

Ünsal, N., Afşin, M., 1999. Hydrochemical and isotopic properties of the Mahmutlu and Bağdatoğlu mineralized thermal springs, Kırşehir, Turkey. Hydrogeology Journal, 7: 540-545.

227

BEŞPARMAK DAĞLARI (KKTC) KARST AKİFERLERİNİN HİDROJEOLOJİSİ

HYDROGEOLOGY OF THE BESPARMAK (PENTADACTILOS) MOUNTAINS

(TRNC) KARSTIC AQUIFERS

Barbaros ERDURAN1, Osman GÖKMENOĞLU2, Erkan KESKİN3

1. Jeoloji (Hidrojeoloji) Yük. Müh., MTA Genel Müdürlüğü, Enerji Dairesi, Ankara

2. Jeoloji (Hidrojeoloji) Müh., MTA Genel Müdürlüğü, Enerji Dairesi, Ankara 3. Jeoloji Yük. Müh., MTA Genel Müdürlüğü, Enerji Dairesi, Ankara

ÖZET Beşparmak Dağları Kıbrıs adasının kuzey kesiminde yer alır ve denize paralel olarak 160 km uzunluğunda 10 km genişliğinde bir şerit halinde uzanır. Bu çalışmada Beşparmak dağlarının yüksek kesimlerinde bulunan Mesozoyik yaşlı karbonat kayaçlarının karstlaşma durumu, içerdiği potansiyel su miktarı ve hidrodinamik yapısı birlikte araştırılmıştır. İnceleme alanında karstlaşmaya uygun birimleri Mesozoyik yaşlı karbonat kayaçları dolomit, dolomitik kireçtaşı ve rekristalize kireçtaşlarıdır. Karbonat kayaçların yüzey alanı 84 km2’dir. Karst akiferlerinin tanımlanması amacıyla su noktalarında kimyasal ve izotop analizi için su örnekleri toplanmış kuyularda su seviyesi değişimi gözlemleri yapılmış ve araştırma kuyuları açılmıştır. Yapılan jeoloji, hidrojeoloji, sondaj ve jeofizik çalışmaları sonucunda Beşparmak Dağları karst akiferlerinin birbirinden bağımsız karstik sistemlerden oluştuğu ve bunların toplam dinamik yer altı suyu rezervinin 9x106 m3/yıl dolayında olabileceği saptanmıştır. Anahtar Sözcükler: Yeraltısuyu Potansiyeli, Beşparmak Dağları, Karst ABSTRACT The Besparmak Mountains are located on the Northern part of North Cyprus and lay parallel to the sea coast, 160 km in length 10 km in width. Karstification, water potential and the hydro-dynamic structure of the Mesozoic aged carbonate rocks, located at high altitudes of the Besparmak Mountains have been investigated in this study. The Mesozoic aged carbonate rocks; dolomite, dolomite limestone and recrystallized limestone are the units suitable for karstification in the exploration area. Surface area of the carbonate rocks is 84 km2. Chemical and isotopic samples have been collected, groundwater fluctuations have been observed and investigation wells have been opened for the definition of the karst aquifers. As the result of the geological, hydrogeological, drilling and geophysical investigations it was found that the Besparmak Mountains Karst Aquifers was formed of independent karstic systems and a total dynamic groundwater potential of these systems are approximately 9 x 106 m3/year. Key Words: Potential of Groundwater, Beşparmak Mountain, Karst.

GİRİŞ Karstik akiferlerin - doğal suların etkisiyle eriyebilen karbonatlı kayaçlar (kireçtaşı ve dolomitler) ve sülfatlı kayaçlar (anhidrit ve jipsler) – akifer olma özellikleri (depolama, iletme, verme) diğer ortam akiferlerinden farklı özellikler göstermektedir. Ortamın heterojen ve anizotrop karakter göstermesi, bu ortamda oluşan çatlak ve erime boşluklarının boyutları, bulunuş, sıralanış ve diğer özellikleri dolayısıyla, yeraltı suyu akım tipinin farklılıklarına neden olmaktadır. Beşparmak dağlarının yüksek kesimlerini oluşturan Mesozoyik yaşlı karbonat kayalarının hidrojeolojik özelliklerinin belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Amaç ve Kapsam Beşparmak dağlarının yaklaşık 84 km2’lik bölümünü oluşturan Mesozoyik yaşlı karbonat kayalarının;

• Yayılım ve geometrisinin, • Bünyesinde depolanabilecek suyun hareket biçimi ile yer ve zaman içerisindeki değişiminin, • Yatay ve düşey yönde ilişkili formasyonlarla arasındaki yeraltı suyu durumunun, • Karst yapı ve şekillerinin boyutları ile bunların akiferi ne şekilde etkilediğinin, • Yağışlar ve yüzey suları ile karstik akifere giren akiferde depolanan, akiferden boşalan su

miktarlarının belirlenerek karst akiferindeki potansiyel su miktarının saptanması, dolayısıyla HİDRODİNAMİK YAPI’nın ortaya konulması bu çalışmanın amacını oluşturmaktadır.

İnceleme Alanının Tanıtılması İnceleme alanı, Kuzey Kıbrıs Türk Cumhuriyeti sınırları içerisinde yer alan Beşparmak dağları ve yakın dolayını kapsar. Adanın kuzey kesiminde, denize paralel olarak yaklaşık 160 km uzunluğunda 10 km genişliğinde bir şerit halinde uzanan Beşparmak dağları oldukça sarp topografyasıyla

çalışmaların güçlükle yürütülmesine neden olmuştur. Çalışmalar Mesozoyik karbonat kayaçların oldukça iyi yüzeylendiği, batıda Karşıyaka - Kozan hattından, doğuda Yedikonuk bölgesine kadar uzanan alan içerisinde ağırlıklı olarak yürütülmüştür. Bilindiği üzere bu bölge eski araştırmacılar tarafından da üç alt bölgeye ayrılmaktadır. Batı Blok Karşıyaka – Kozan hattından Girne boğazına kadar olan bölge, Orta Blok Girne boğazından Alevkaya’ya kadar olan bölge, Doğu Blok ise Tirmen Gediğinden Alevkaya’ya kadar olan bölgedir. İnceleme alanında bulunan önemli yükseltiler; batıdan doğuya doğru-

Kıvanç Tepe (947 m), Selvili Tepe (1023 m) (KKTC’nin en yüksek noktasıdır), Komando Tepe (935 m), Bufavento Tepe (955 m), Yayla Tepe (927 m), Sinan Tepe (724 m) Kantara Kalesi Tepe

Şekil 1. Çalışma alanını gösterir yer bulduru haritası

228

(631 m)’dir. Beşparmak dağlarında doğu-batı yönünde bulunan bu yükseltiler aynı zamanda ana su bölüm çizgisini oluşturur ve topografik olarak bölgeyi iki hidrolojik zona ayırır. Akdeniz iklim tipinin hüküm sürdüğü inceleme alanında kışlar ılık ve yağışlı, yazlar ise sıcak ve kurak geçer. Kuzey sahil ve Beşparmaklarda bulunan 15 adet Meteoroloji istasyonu verilerine göre ortalama yağış 400 mm dolayındadır. Ortalama sıcaklık ise 18.6OC değeri ile (KKTC geneli) oldukça yüksektir. Beşparmak Dağlarında çam ormanları ile çalılıklar hakim bitki örtüsü konumundadır. JEOLOJİ Beşparmak dağları bölgesi üç ana kaya grubundan oluşur. Bunlar; Paleozoyik-Üst Kretase yaşlı Tripa grubu, Maastrihtiyen-Geç Eosen yaşlı Lapta Grubu ve Alt Oligosen-Messiniyen yaşlı Değirmenlik grubudur. Pliyo-kuvaterner istif ise bu çalışma kapsamı dışında yer almaktadır. Gerek önceki çalışmalar gerekse MTA çalışmalarından elde edilen verilerle bu birimler aşağıda sırayla incelenecektir. Beşparmak dağlarına ilişkin genelleştirilmiş dikme kesit Şekil 2’de verilmiştir. Tripa Grubu Tripa grubuna ait birimlerin yaşı olasılı Paleozoyik’ten Üst Kretase’ye kadar uzanır. Grubun en yaşlıları olan yeşil şist derecesinde metamorfizmaya uğramış metamorfitler kuvarsit, metaçört,

metaşist, kloritşist, fillit, metatüf ve metabazitlerden oluşur. Diğer birimlerle tektonik dokanaklıdır. Bunun üzerinde yer alan Dikmen (Dikomo) formasyonu altta dolomitik ve biyoklastik çamurtaşı, ortada laminalı kireçtaşı ve şeyller üstte ise şeker dokulu dolomitlerden oluşur. Dikmen Formasyonu ile faylı dokanaklara sahip olan Kaynakköy (Sihari) formasyonu dolomitik kireçtaşı, kireçtaşı ve kristalen dolomitlerden oluşur. Kaynakköy formasyonunu uyumlu olarak üzerleyen Hilaryon (Hilarion) formasyonu çoğunlukla breşleşmiş rekristalize kireçtaşı ve dolomitler ile mermerlerden oluşmaktadır. Hilaryon formas-yonunun alt kesiminden Jura yaşı alınmıştır (Baroz 1979). Tripa grubu sedimanter istifinin kalınlığı yaklaşık 750 m kadardır.

Şekil 2. Beşparmak Dağlarına İlişkin Stratigrafik Kesit (MTA, 2000)

229

230

Lapta Grubu Tripa grubunu uyumsuz olarak üzerleyen Lapta (Lapithos) grubu Maastrihtiyen-Geç Eosen zaman aralığında çökelmiştir. En altta oligomikritik kireçtaşı breşleriyle başlayarak bazalt, dolerit, ve trakit lavı ara düzeyli pelajik kireçtaşlarına geçen ve en üstte ince kalsitürbidit ara katmanları içeren pelajik karbonatlardan oluşan Mallıdağ (Melunda) formasyonu yer alır. Lapta grubu karbonat istifinin kalınlığı en çok 700 m dolayındadır. Lapta grubunun son üyesi Orta-Üst Eosen yaşlı Bahçeli-Ardahan (Kalograia-Ardana) formasyonudur (Robertson ve Woodcock, 1986). Değirmenlik Grubu Değirmenlik (Kitrea) grubu istifi Beşparmak Dağları’nın büyük bölümünde Lapta grubu kayalarını uyumsuz olarak üzerler. Kötü katmanlanmalı ve tane destekli konglomeralar Beylerbeyi (Bellapais) formasyonu grubun en alt düzeyini oluşturur. Değirmenlik grubu, bir bölümü bölgesel olarak sınırlanan ve uyumlu dokanak ilişkileri gösteren çok sayıda formasyona ayırtlanmıştır (Baroz, 1979). Değirmenlik grubunun maksimum kalınlığı kuzey kesiminde 1000 m, güney kesiminde de 2200 m olarak verilmektedir (Baroz, 1979, Robertson, 1986). Bu istif, doğu kesimdeki Geçitkale dolaylarındaki bir derin sondajda 2200 metrelik bir tektonik kalınlık gösterir. Pliyo-Kuvaterner İstif Sığ denizel ve karasal çökel karakterli Pliyosen-Kuvaterner istifinde değişik araştırıcıların farklı düşey ve yanal ilişkilere sahip gördükleri çok sayıda formasyon ayırtlanmıştır. Pleistosen istifi kuzeybatıda ve kuzeydoğuda 20 m kalınlıktaki sığ deniz ve kumul ortamı kökenli kalkarenitlerden (Atalasa formasyonu) oluşur. Kuzeydoğuda Beşparmakların hemen güneyinde yine yelpaze deltası konglomeraları kalkarenitlerle yanal geçişlidir. Beşparmak dağlarının çevresinde, Geç Kuvaterner yaşlı karasal ve denizel kökenli altı seki düzeyi saptanmıştır (Ducloz 1968, Dreghorn 1978, Baroz 1979). Tektonik Çatı ve Paleocoğrafik Evrim Geç Triyas’ta başlayan riftleşme ile Afrika’dan ayrılan Anadolu Mikrokıtası ile Afrika arasında açılmaya başlayan okyanusun kabuğuna ait kayalar bugün Trodos dağlarında yüzlek verir. Okyanuslaşma olasılıkla Kretase boyunca gerçekleşmiştir. Geç Kretase’de (Santoniyen?) Kuzey yönünde başlayan dalmanın ardından, Kampaniyen de Beşparmak dağlarının bugünkü güney sınırında, olasılıkla Troodos mikro levhasının saat yönünün tersine 90o’lik rotasyonu sonucunda aktif bir sağ yanal doğrultu atımlı fay zonu oluşmuştur. Bu fay boyunca olan hareket, erken Tersiyer’den itibaren de Mesozoyik yaşlı platform karbonatlarının makaslanarak tektonik breşleşmesine, derinde metamorfik kayaların oluşumuna ve bunların yukarı doğru düşeye yakın eğimli fay zonları boyunca dilimlenerek çıkarılmasına neden olmuştur. Mamonia kompleksi içinde yer alan benzer bir fay zonu da rotasyona uğrayan Trodos mikrolevhasının güney sınırını meydana getirir. Rotasyon sırasında kuzeydeki Mesozoyik pasif kenarı okyanus kabuğu üzerine itilmiştir (Robertson, 1986). Toros kuşağındaki çarpışmalar, geç Eosen’den (Bartoniyen) itibaren Beşparmak dağlarının K-G doğrultusunda sıkışmasına neden olmuştur. Bunun sonucunda güneye itilmeler ve belki de yerel metamorfizma gerçekleşmiştir. Bu dönemin istifleri burada filiş, ofiyolit parçaları da içeren olistostrom ve yelpaze deltası çökelleridir. Trodos ofiyoliti’nin kuzey kenarında ise pelajik çökelim sürmüştür. Afrika ve Avrasya’nın süre giden yakınlaşmasını Kıbrıs adasının güneyindeki dalma karşılamış ve Beşparmaklar bölgesi Oligosen ve Miyosen sırasında bir yay önü havza konumunda

231

kalmıştır. Bölge hızla çökmüş ve kuzeydoğuda, Adana-Kahramanmaraş-Hatay arasında yer alan dev bir denizaltı yelpazesi kompleksin güneybatı parçasını oluşturarak kalın bir filiş istifi ile örtülmüştür. Ancak Trodos’un kuzey kenarı bu alanın giderek yükselmesi ile sığ bir platforma dönüşmüştür. Tektonik hareketler ve dolgulanmayla başlayıp Messiniyen’de iklimsel nedenlerle izole su alanlarının oluşumuna neden olacak boyutlara varan sığlaşma sonucunda Trodos çevresi ve Beşparmaklar güneyinde evaporitler çökelmiştir. K-G oblik sıkışmanın Miyosen sonunda etkinleşmesiyle Beşparmaklar güneyinde büyük ölçek bindirmeler ile kıvrımlar ve kuzeyinde de ters itkileşmeler meydana gelmiş, ancak Trodos’un kuzey kesimi yalnızca çökmeye başlamıştır. Pliyosen- Pleistosen çökelimi bu tektonizmayla belirlenen havzalarda, güneyde daha kalın olmak üzere gerçekleşmiştir.

Hızlı ve aralıklı yükselim Kuvaterner boyunca sürmüş ve çok sayıda denizel ve karasal sekinin meydana gelmesine neden olmuştur. HİDROLOJİ Akarsular İnceleme alanında sürekli akıma sahip akarsu bulunmamaktadır. Bunun ana nedeni, bölgenin hüküm süren kurak iklim koşulları nedeniyle oldukça az yağış almasıdır. Buna bağlı olarak, sürekli akım oluşturabilecek durumdaki kaynakların büyük bir çoğunluğu kurumuştur. Beşparmak dağlarının kuzey ve güney yamaçlarının yüksek eğime sahip olması nedeniyle yüzeysel akış ani olarak gerçekleşmektedir. Kaynaklar Beşparmak Dağlarının en önemli kaynakları Değirmenlik ve Lapta idi. Değirmenlik kaynağı 155 l/s, Lapta kaynağı 56.9 l/s dolayında bir debiye sahipti (1930-1954 yılı ölçümleri). Bugün her iki kaynakta kurumuş durumdadır. Alsancak kaynağının debisi de oldukça düşmüştür (0.8 l/s, Temmuz, 1998 ölçümü). Beşparmak dağlarında güncel karst kaynaklarının görüldüğü en iyi yer Boğaz ile Karşıyaka-Kozan hattı arasında kalan alandır. Kozan alt ve Kozan üst kaynağı, Ilgaz kaynağı, Karşıyaka Pigadulla ve Cileyez kaynakları bunların en önemlileridir. Bununla birlikte debileri 0.1-0.5 l/s arasında değişen çok sayıda mevsimsel kaynak arazi çalışmaları sırasında gözlenmiştir. Bu kaynaklarla ilgili ölçümler KKTC SİD tarafından periyodik olarak gerçekleştirilmektedir. Kaynakların toplam verimi yaklaşık 0.5 x 106 m3/yıl’dır. Kaynakların çoğunluğu faylı dokanak kaynağıdır. Kuyular Beşparmak dağlarının kuzey ve güney yamaçlarında açılmış çok sayıda kuyu bulunmaktadır. Bunlar yerleşim yerlerinin büyük bir bölümünün içme ve kullanma suyu gereksinimini karşılamaktadır. Çalışmalar kapsamında Beşparmak dağlarında karst akiferini tanımlamaya yönelik olarak topografik, jeolojik ve hidrojeolojik koşullar dikkate alınarak toplam 5711.8 m derinliğinde 22 adet araştırma kuyusu açılmıştır. Bu araştırma kuyuları ile akifer seviyeleri, akiferin litolojik özellikleri, akiferin altında ve üstünde yer alan litolojik birimler, tektonik hatların hidrojeolojik özellikleri gibi önemli bilgiler elde edilmiştir. Açılan kuyular daha sonra yapılacak olan gözlem ve test çalışmaları için uygun çapta kapalı ve filtreli borularla teçhiz edilmiştir (Şekil 3.).

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

12 1/4"

9 5/8"

YAŞ

FORM

ASYO

N

LİTOLOJİVE

DONANIMA Ç I K L A M A L A R KAÇAK

SEVİYESİ

Bej renkli, mikritik yapılı, pelajik kireçtaşı

Devirdaimsiz/sirkülasyonsuz ilerleme

Kuyu tabanı: 361.65 m

161.50-181.0 m

Koyu gri-siyah renkli, yer yer morumsu renkli, silis

ağırlıklı, breşik yapılı dolomitik kireçtaşı

360

340

320

300

220

Dolomit- dolomitik kireçtaşı, çatlaklı, silisifiye,

çatlaklar silis dolgulu, yer yer grafit taneli

DERİ

NLİK

(m

)

Şekil 3. MTA-3 Tirmen Lokasyonu Kuyu Logu

232

233

Karst Yeraltı Su Seviyesindeki Değişimler Yeraltı su seviyesindeki değişimler doğal olarak meteorolojik, hidrolojik ve jeolojik faktörlerin etkisi ile olur. Bunların en önemlisi bilindiği üzere yağıştır. Öte yandan yeraltı suyu seviye değişimine – özellikle su seviyesinin sürekli düşmesine - etki eden yapay faktörlerin başında pompaj (su çekimi) gelmektedir. İnceleme alanında bulunan kuyuların bir kısmında periyodik seviye ölçümleri gerçekleştirilmiş, bunlardan yıllık yeraltı su seviye değişimleri hesaplanmıştır. Kuyuların yoğun olarak bulunduğu ve aşırı pompajın yapıldığı Değirmenlik bölgesinde 1996 yılı ile 1998 yılı seviye ölçümlerine bakıldığında ortalama yılda 2 m lik bir seviye düşmesi gözlenecektir. Benzer şekilde aynı olay diğer bölgelerde (Çatalköy, Dikmen, Tirmen, Lapta) gerçekleşmektedir. Yedikonuk, Tatlısu, Kantara dolayında karst akiferinin beslenme alanının fazla olmamasına da bağlı olarak- dolayısıyla karst akiferinin negatif sınır koşulu oluşturacak litolojik birimlerle çevrili olması nedeniyle – su seviyelerinde ani düşümler gerçekleşmiştir. Yağış Sistemin ana girdisi ve yeraltı suyunun esas kaynağı olan yağış, inceleme alanını karakterize eden 15 adet YGİ da ölçülmüştür. Bu 15 adet YGİ’deki değerler kullanılarak yapılan hesaplamalarda yıllık ortalama yağışın (1996 Haziran-1998 Haziran) 400 mm dolayında olduğu görülmektedir. (Çizelge 1)

Çizelge 1. KKTC yağışların uzun yıllara göre ortalaması (KKTC Aylık Meteoroloji Bülteni) AYLAR

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 YAĞIŞ (mm) 103.6 38.7 47.3 19.3 14.7 3 0.1 0.6 5.8 31.4 44.5 100.3

Su Bilançosu Hesaplamaları İnceleme alanına giren çıkan ve depolanan su miktarının belirlenmesi amacıyla yapılan arazi ve büro çalışmalarından elde edilen verilere dayanılarak su bilançosu hesaplamaları yapılmıştır. Bu hesaplamalarda maddenin korunumu ve süreklilik yasalarına dayanan temel ilişkiler kullanılmıştır. Bütçe hesaplamalarında hidrolojik sisteme giren (alansal ortalama yıllık yağış) bileşenlerinin, sistemden çıkan (buharlaşma ve akım) bileşenlere dönüştürülmesi üzerinde durulmuştur. İnceleme alanında potansiyel olarak bünyesinde su bulundurabilecek formasyonlar; Beşparmak dağlarının yüksek kesimlerinde yer alan Kireçtaşı, dolomitik kireçtaşı, dolomit, dolomitik breş litolojisiyle kastlaşmaya uygun birimlerdir. Bununla birlikte topografyanın yüksek eğimli olması pratik olarak yüzeysel akıştan süzülmeyi azaltmaktadır. Bunun yanında karstlaşma sonucu oluşan kapalı havzalardan beslenme daha etkin olmaktadır. Bilanço hesaplamalarında Karşıyaka-Kozan hattından-Tirmen Gediği’ne kadar olan alan ile Tirmen Gediğinden Yedikonuk bölgesine kadar olan alan kayıp yüzdesi, hidrojeolojik birimler, bitki örtüsü ve karst topografyası dikkate alınarak incelenmiştir. Sistemin temel girdilerinden biri olan alansal yıllık ortalama yağış 400 mm dolayındadır. Yağış ve sıcaklığın fonksiyonu olarak Turk yöntemiyle hesaplanan gerçek buharlaşma değeri 393 mm’dir. Beşparmak Dağlarının kuzey ve güney yamaçlarından çıkan kaynakların maksimum dinamik

234

rezervinin 8.6 x 106 m3/yıl, minimum dinamik rezervinin 3.8 x 106 m3/yıl olduğu bilinmektedir (DSİ, 1977). Dolayısıyla arazi parametreleri göz önüne alınarak yapılan bilanço hesaplamalarında Beşparmaklarda yıllık beslenimin 9 x 106 m3/yıl olduğu sonucu dinamik rezerv hesapları ile de doğrulanmaktadır. Bununla birlikte, statik rezerv için söz konusu olan su miktarının hesaplanmasında yeraltı geometrisinin çok iyi bilinmesi gerektiği düşüncesiyle bu hesaplamalardan uzak durulmuştur. Aynı zamanda su seviyelerinin yıldan yıla düşmesi, beslenmeden daha fazla su çekimi yapılması, dolayısıyla statik rezervin azaldığı gözlemlerini doğrulamaktadır. KARST HİDROJEOLOJİSİ Hidrojeoloji Birimleri İnceleme alanında bulunan birimler su taşıma özelliklerine göre geçirimli, yarı geçirimli ve geçirimsiz birimler olmak üzere 3 ana grup altında incelenmiştir. Geçirimsiz Birimler İnceleme alanının kuzey ve güney yamacı boyunca uzanan fliş karakterindeki kumtaşı, kiltaşı, siltaşı, marn özelliği gösteren Alt-Oligosen-Messiniyen zaman ağırlığında çökelmiş litolojik birimler geçirimsizdir. Aynı şekilde Alt Triyas-Paleozoyik yaşlı metamorfitler de geçirimsiz özelliktedir. Geçirimli Birimler İnceleme alanında geçirimli özellikte 3 (üç) birim bulunmaktadır. Bunlar;

• Paleozoyik-Alt Triyas yaşlı Dikmen Formasyonu • Orta-Üst Triyas yaşlı Kaynakköy Formasyonu • Jura-Üst Kretase yaşlı Hilaryon Formasyonu

Yukarıda bahsedilen her üç birim de karstlaşmaya uygun birimlerdir. Kayaçların karstlaşmasına neden olan ana faktörlerin başında tektonizma ve litolojik yapı gelmektedir. Bu birimlerde görülen karstik yapılar genellikle fay ve kırıkların kesiştikleri ve litolojinin değiştiği noktalarda gelişmiştir. Yarı Geçirimli Birimler İnceleme alanının büyük bir bölümünde geçirimli birimlerle kontak oluşturması ve tektonik hatalarla hidrojeolojik olarak ilişki içerisinde bulunması nedeniyle Kampaniyen-Bartoniyen zaman ağırlığında çökelen Lapta grubu kayaları yarı geçirimli birimler olarak değerlendirilmiştir. Su Kimyası Çalışmaları İnceleme alanında karstik akiferlerin hidrojeokimyasal karakterlerinin incelenmesi amacıyla su noktalarının tümünde yerinde ölçüm yapılmış, analiz için örnekler alınmış, suların fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlenmiştir (Çizelge 2).

Şekil 4. Beşparmak Dağları Karst Akiferinden Alınan Su Örneklerine Ait Piper Diyagramı

Çizelge 2. Beşparmak Dağları 1998 Yılı Su Analiz Sonuçları

Tar

ih

Kuy

u N

o

Kon

dakt

v

Cl

SO4

HC

03

Na K

Ca

Mg

PH

K.B

akiy

e

Tuz

lulu

k

Kar

b. S

ert

Kalıcı S

ert

Sert

.büt

ünü

MTA-2 630 7.1 1.30 0.88 4.68

235

1.91 0.05 2.80 2.10 500 76 235 10 245 MTA-1 650 7.5 1.80 0.24 4.64 1.65 0.05 2.60 2.38 480 105 230 15 245

Değirmenlik 590 7.4 1.50 0.58 4.60 1.74 0.04 1.76 3.14 480 88 230 15 245 Güngör 590 7.1 1.80 0.27 4.08 1.52 0.05 2.36 2.22 440 105 205 25 230 Ciklos 610 7.4 1.40 0.20 4.84 1.30 0.04 2.32 2.78 470 82 240 10 250 Göçeri 370 7.7 0.90 0.63 2.60 0.96 0.04 1.44 1.69 290 53 130 25 155 18/74 620 7.4 1.80 0.09 4.36 1.35 0.04 2.44 2.42 440 105 220 25 245

MTA-3 760 7.6 1.80 0.23 6.20 1.26 0.05 0.84 6.08 570 105 310 35 345 17/74 800 7.0 1.70 0.48 6.64 1.22 0.05 3.48 4.07 640 99 330 45 375 50/61 600 7 3 1 30 0 94 4 72 1 83 0 04 3 08 2 01 510 76 235 20 255

MA

YIS

199

8

Suların pH, elektriksel iletkenlik (EC), sıcaklık (T), çözünmüş oksijen (DO) gibi özellikleri genelde yerinde ölçülmüştür. İnceleme alanında 34 lokasyonda su örneği alınmıştır. Alınan örnekler üzerinde yapılan majör iyon (Ca++, Mg++, Na+, K+, HCO3

-, CO3--, Cl--, SO4

--) analizleri KKTC

236

Devlet laboratuarlarında gerçekleştirilmiştir. Suların fiziksel ve kimyasal özelliklerinden yararlanılarak hidrojeokimyasal ortam konusunda değerlendirmelere gidilmiştir. Bu amaçla üçgen (Piper) diyagramlardan yararlanılmıştır. Şekil 4’de suların majör iyon içerikleri kullanılarak oluşturulan üçgen diyagramlar görülmektedir. Anyonlar için hazırlanan (CO3

--, HCO3-, SO4

-- ve Cl-) diyagramlarda suların HCO3

-+CO3 anyonlarının, katyonları için hazırlanan diyagramlarda ise Ca++, Mg++ katyonlarının hakim olduğu sular sınıfında oldukları görülmektedir. Karst Yeraltısuyu İzlemeleri İnceleme alanında bulunan suların kökenleri ve birbirleri ile olan ilişkilerinin ortaya konmasında yararlı yöntemlerden bir diğeri ise izleme teknikleridir. Yapılan jeolojik, hidrojeolojik ve hidrojeokimyasal çalışmalardan elde edilen sonuçlar yardımıyla hidrojeolojik ilişkiler ortaya konmuştur. Bu ilişkiler çevresel izotop analizleri ile somutlaştırılmıştır. Çevresel İzotop Analizleri Hidrodinamik yapının aydınlatılması amacıyla inceleme alanında yer alan 15 adet su noktasından izotop örneği alınmıştır. Yağışlı ve kurak dönemde alınan su örneklerinde Trityum (T), Oksijen-18 ve Döteryum analizleri yapılmıştır. Analizler DSİ’nin Ankara Esenboğa’da bulunan izotop laboratuarlarında gerçekleştirilmiştir. Çalışma sahasından alınan su örneklerindeki izotop değerleri Çizelge 3’de verilmiştir. Duraylı İzotoplardan, Döteryum ve Oksijen-18’den suların olası beslenme yüksekliklerinin saptanmasında, Trityumdan ise bağıl yaş ve geçiş sürelerinin belirlenmesi amacıyla yararlanılmıştır. Yağışlardan alınan su örneklerinde duraylı izotoplardan Oksijen-18 ve Döteryum içerikleri arasında dünya yağışlarını temsil eden ilişkinin δD=8x δ180+10 olduğu bilinmektedir (Yurtsever, 1978). Yağışlardaki ağır izotop miktarı (δ D, δ180) deniz yüzeyinden yükseldikçe azalır. Deniz suyunun Oksijen-18 ve döteryum bileşimleri genellikle paralel olarak değişir. Tatlı sular ağır izotop yönünden deniz suyundan daha küçük değerlere sahiptir. Tatlı sulardaki izotop bileşimi coğrafik enlem ve yüksekliğin artması ile azalır. Doğal sularda kararlı izotop kompozisyonu δ D %0 ordinat ve δ180%0 apsis olarak alındığında, beslenme alanına düşen yağışlardan alınan numuneler ile boşalım alanındaki kuyu ve kaynak gibi su noktalarından alınan numunelere ait kararlı izotop değerleri çizilen grafikte aynı doğru üzerinde bulunur. Genellikle bir bölgedeki yağışlara ait izotop değerleri ile yeraltı suyuna ait izotop değerleri, eğer suların kökeni aynı ise aynı doğru üzerinde ve yeraltı sularına ait değerler aynı küme içinde toplanır.

Çizelge 3: İnceleme alanındaki suların izotop değerleri

T (T:U) δ 18D (%0) δ D (%0)

LOKASYON ADI Ekim 96

Ekim 96

237

Nisan 97 Ekim 96 Nisan 97 Nisan 97

Kantara Kuyusu(34/93) -6.81 -7.51 -30.70 -36.84 3.50±0.85 6.2±0.9 Esentepe 16 A -7.32 -7.99 -39.30 -44.99 2.50±0.8 3.6±0.8 Dikmen 38/87 -3.89 -7.09 -69.24 -31.40 7.3±0.9 8.7±0.9 Tatlısu 116/65 -6.96 -38.35 0.0±0.8 Çatalköy 13/30 -7.48 -36.22 1.8±0.8 Karşıyaka 35 -7.98 -7.11 -50.83 -35.87 4.1±0.75 4.6±0.9 Karşıyaka Pınar +1.92 -7.01 -17.22 -41.15 6.6±0.9 9.1±0.9 Alsancak Pınar -6.87 -6.92 -41.27 -55.06 6.0±0.9 10.4±0.95 Beşparmak 20/74 -7.02 -6.89 -39.13 -35.92 1.0±0.8 0.0±0.8

Kozan Alt Pınar -6.42 -6.96 -39.43 -51.7 4.3±0.9 4.55±0.9 Göçeri 55/91 -7.01 -7.07 -44.89

-22.77 9.55±0.9 4.8±0.9

Bozdağ 1/65 -7.38 -7.18 -43.36

-35.6 4±0.85 3.15±0.8 Tirmen 17/74 -7.04 -6.77 -35.39

-48.33 0.0±0.8 1.6±0.8

Ciklos 12/74 -1.15 -10.02

2.0±0.8 Değirmenlik 18/74 -3.82 -20.06

3.30±0.8

Güngör 13a -6.97 -40.71 4.75±0.85 Alevkaya Met. İst. -6.97 -40.75 8.3±0.9 Değirmenlik 37/75 -1.02 -6.52 2.7±0.8

Çevresel izotoplardan yararlanılarak suların orijinlerinin araştırılması konusunda kesin bir sonuca varmak, ancak birbiri ile ilişkisi aranan iki suyun izotopik kompozisyonlarının farklı oluşması ile mümkündür. Eğer iki suyun kararlı izotop içerikleri aynı ise bu iki suyun aynı orijinli sular olduğunu söylemek mümkün olmakla beraber aralarındaki ilişkiyi belirlemek zordur. Bu nedenle numunelerin bütün izotop değerlerinin ve kimyasal analiz sonuçlarının bir arada değerlendirilmesi çözüme daha iyi yaklaşım getirir. Duraylı izotop içeriklerinin bağıl konumları kurak dönem için δ D= δ180 + 15 doğrusu üzerine düştüklerini göstermektedir (Şekil 5). Yağışlı dönem bağıl konumları ise δ D= δ180 + 22 doğrusu ile uyum göstermektedir (Şekil 6). Duraylı izotop ve sıcaklık okumaları göstermiştir ki yeraltı suları benzer kökenlidir. Her ne kadar bunlar termal su değilse de derin dolaşımdan gelen meteorik sular olarak çıkış noktalarına oldukça yavaş ulaşmaktadır.Bu olay kireçtaşı akiferlerinin büyük bir rezervuara sahip olduğunu göstermektedir.

Çizelge 4. İzotop Örneği Alınan Noktalarda Elektriksel İletkenlik ve sıcaklık okumaları

EKİM-KASIM 1996

MART- NİSAN 1997 Lokasyon No Yükseklik

(m) EC

(µS/cm) T

(oC)EC

(µS/cm) T

(oC) 1/65 435 577 21.7 574

21.3 12/74 350 558 21.6 560 20.3

38/87 360 417 23 421 20 20 331 506 20.2 518 18.4

20/74

310 517 20.3 519 19.7 18/74 315 545 21.9 547 20.4 13a 367 545 23.9 557 21.6

116/65 246 951 21.7 - 18.6 17/74 465 731 19.8 - - 55/91 390 352 21.4 352 23

Kozan Kayn. 300 680 21.8 670 18 Karşıyaka Kayn. 150 509 20.4 514 19.6

35 310 518 20.4 517 19.8 Alsancak Kayn. 200 509 18.8 530 18.8

34/93 510 706 22.3 - 13.8 16a 450 731 19.8 769 11.7

37/75 330 534 19.7 534 30.6

Şekil 7’de Döteryum-Trityum ilişkisi görülmektedir. Örneklerdeki döteryumun her değeri için düşük trityum değeri olan lokasyonlar derin dolaşıma giren sulardır. Alevkaya meteoroloji istasyonundan alınan yağış örneğindeki Trityum değeri göz önüne alındığında, inceleme alanında bulunan suların çoğunluğunun bu trityum değerinden oldukça düşük olduğu görülür.

OKSİJEN 18 - DÖTERYUM KURAK DÖNEM GRAFİĞİ

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0Oksijen 18

Döte

ryum

Kantara Kuyusu(34/93) Esentepe 16 A Tatlısu 116/65Çatalköy 13/30 Karşıyaka 35 Alsancak PınarBeşparmak 20/74 Kozan Alt Pınar Göçeri 55/91Bozdağ 1/65 Tirmen 17/74 Ciklos 12/74Değirmenlik 18/74 Güngör 13a DMD

D = O 18 +15

D = O 18 +10

Şekil 5. Kurak dönem Oksijen-18 Döteryum grafiği

238

OKSİJEN 18 - DÖTERYUM YAĞIŞLI DÖNEM GRAFİĞİ

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0Oksijen 18

Döt

eryu

m

Kantara Kuyusu(34/93) Esentepe 16 A Karşıyaka 35Alsancak Pınar Beşparmak 20/74 Kozan Alt PınarGöçeri 55/91 Bozdağ 1/65 Tirmen 17/74Alevkaya Met. İst. Değirmenlik 37/75

D=8 x O18 +10

D=8 x O18 +22

Şekil 6. Yağışlı dönem Oksijen-18 Döteryum grafiği

DÖTERYUM-TRİTYUM İLİŞKİSİ

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

-70-60-50-40-30-20-100Döteryum (%O)

Trity

um (T

.U)

Kantara Kuyusu(34/93) Esentepe 16 A Tatlısu 116/65 Çatalköy 13/30

Karşıyaka 35 Karşıyaka Pınar Alsancak Pınar Beşparmak 20/74

Kozan Alt Pınar Göçeri 55/91 Bozdağ 1/65 Tirmen 17/74

Ciklos 12/74 Değirmenlik 18/74 Güngör 13a Alevkaya Met. İst.

Değirmenlik 37/75

DERİN DOLAŞIM

Şekil 7. Beşparmak Dağları Karst Akiferinden alınan su örneklerinde Döteryum-Trityum İlişkisi

239

240

Yeraltısuyu Dolaşımı ve Karstlaşma İnceleme alanında yapılan arazi gözlemlerinde yeraltı suyu dolaşım tipinin yerel dolaşım akiferlerinde gözlenen yerel dolaşıma (conduit type) karşılık geldiği saptanmıştır. Alsancak kaynağı karst sistemi, Kozan kaynakları karst sistemi, Değirmenlik Bölgesi, Çatalköy bölgesi, Tirmen Bölgesi çalışma sahasında yerel dolaşım tipi örneği için en iyi alanlardır. Bunun yanı sıra litolojinin dikey olarak geçirimli ve geçirimsiz katmanların ardalanmasından oluşması, yerel asılı su tablalarının görülmesine neden olmaktadır. İnceleme alanında yapılan çok sayıda su amaçlı sondaj kuyularında bu durum gözlenmiştir. Çalışma alanında karstlaşmaya ilişkin gözlemler arazide yapılan sondajlı çalışmalarla gerçekleştirilmiştir. Yüzeyde ve sondajlı çalışmalarla yapılan gözlemler sonucu karbonatlı kayaçların bol kırıklı ve çatlaklı bir yapıya sahip olduğu belirlenmiştir. Çatlakların birkaç mm dolayında kırıkların 1.5-2 cm arasında değiştiği gözlenmiştir. Bununla beraber arazide yer yer kireçtaşları üzerinde görülen karst şekilleri (Uvala, dolin, polye, karst kaynağı) kanal akımının (conduit flow) bir göstergesidir. Karstlaşma genellikle zayıf zonlar boyunca, farklı litolojilerin dokanaklarında ve fay zonlarında, aynı litolojideki kırık çatlak ve tabaka düzlemleri arasında gelişen karstlaşmadan daha ileri derecelerde gözlenmiştir. Beşparmak dağlarında karstlaşabilen birimlerde karstlaşma Miyosen sonunda hızlı kıta yükselimine bağlı olarak gelişmeye başlamış olmalıdır. Orta Triyas - Jura yaşlı Sihari formasyonu, Jura - Alt Kretase yaşlı Hilaryon formasyonu bölgenin karstik özelliklerine sahip birimlerdir. İnceleme alanını batıdan doğuya doğru kat eden bu formasyonlarda karstlaşmaya en uygun olanı Hilaryon kireçtaşlarıdır. Sihari formasyonu da ise karstlaşma daha az görülmektedir. Pratik olarak Lapta tebeşirlerinde karstlaşma gözlenmemektedir. Miyosen sonu - Pliyosen başında başlayıp günümüze kadar devam eden, yarı kurak iklim koşullarındaki bir karstlaşmadan söz edilebileceğimiz inceleme alanında karst yüzey şekilleri Mesozoyik yaşlı kireçtaşlarında gelişmiştir. Karst yüzeyini oluşturan morfolojik şekiller genelde karenler, aktif ve fosil kaynaklar, kuru vadiler, mağaralar, travertenler ve kaybolan yüzey drenajı şekilleridir. Kireçtaşları ve dolomitlerle kaplı arazilerin kimyasal bozulmasına en iyi örnek Batıda Şehit Kıvanç Tepesi ve St. Hilaryon arasında kalan alan ile doğuda Yayla tepe ile Tirmen gediği arasında kalan alandır. Hilaryon kireçtaşlarından gelişen karsta ait en iyi örneklerin görüldüğü bölge; Yanıkkonvoy mevkii, Hilaryon kalesi atış alanı, Kilise ardı ve Meydanlık düzü alanlarıdır. Bunlardan en önemlileri; Yanıkkonvoy bölgesinde gelişen 1.7 km uzunluğunda 0.4 km genişliğinde ortalama 500 m yükseltide oluşmuş karstik çöküntü alanıdır. Hilaryon kalesinin 100 m doğusunda bir futbol sahası boyutlarında bulunan karstik erime ve çökme yapısı inceleme alanında gözlenen en iyi karst yapı şekillerinden biridir. Dolomitik kireçtaşı, dolomit ve breşik dolomitik kireçtaşlarından oluşan Sihari formasyonu çözünme için sınırlayıcı bir faktör olan dolomiti bünyesinde bulundurması nedeniyle Hilaryon kireçtaşlarına göre daha az karstlaşmış durumdadır. Sihari formasyonunda güncel karsta ait örneklerin en iyi görüldüğü yer ise Kozan köyü kaynaklarıdır.

241

SONUÇLAR

• Çalışma alanında özellikle Beşparmak dağlarının yüksek kesimlerinde Paleozoyik alt Triyas’tan Oligo-Miyosen’e kadar değişen yaşlarda litolojik birimler mevcuttur. Bunlardan Alt Triyas-Paleozoyik yaşlı metamorfitler ile Alt Oligosen-Messiniyen zaman aralığında çökelmiş birimler geçirimsiz, Orta-Üst Triyas yaşlı Kaynakköy formasyonu ile Jura-Üst Kretase yaşlı Hilaryon formasyonu ile Paleozoyik Alt Triyas yaşlı Dikmen formasyonu geçirimli, Kampaniyen-Bortaniyen zaman aralığında çökelmiş Lapta grubu kayaları yarı geçirimli birimler olarak değerlendirilmiştir.

• Hilaryon Kireçtaşları ile Kaynakköy formasyonu bölgenin karstlaşmaya uygun birimleridir.

Hilaryon kireçtaşları litolojik özelliğinden dolayı Sihari formasyonuna göre daha iyi karstlaşmış durumdadır. Karstlaşma süreçleri göz önüne alındığında orta derecede karstlaşmadan bahsedilebilir. Çalışma alanında bulunan kaynakların büyük çoğunluğu karst akiferinden aşırı çekim nedeniyle bugün kurumuş durumdadır. Bu kaynakların çıkış mekanizması bölgenin geçirmiş olduğu şiddetli tektonik hareketler nedeniyle faylı dokanak kaynağı özelliği göstermektedir. Karstlaşmayı sağlayan ve bölgesel yeraltı suyu dolaşımını denetleyen faktörlerin başında bu tektonik hareketler gelmektedir.

• Beşparmak Dağları karst akiferinin yıllık ortalama beslenimi 9 x 106 m3/yıl olarak

bulunmuştur. Bu değer daha önceki dinamik rezerv hesapları ile de doğrulanmaktadır.

• İnceleme alanında 22 adet araştırma sondajı açılmıştır. Bunlardan toplam 185 l/s dolayında su elde edilmiştir.

• Beşparmak Dağları karst akiferinde periyodik olarak hidrojeokimyasal çalışmalar yapılmış,

yapılan analizler sonucu suların ağırlıklı olarak Ca-Mg ve HCO3 iyonu içerikli oldukları saptanmıştır.

• Beşparmak dağları karst akiferi, kaynak kotları ve kuyulardaki su seviyeleri karşılaştırıldığında, faylar ve diğer tektonik özelliklerle birbirinden bağımsız birçok alt akiferden oluştuğu saptanmıştır.

242

KAYNAKLAR Baroz, F., 1979 ,Etude Geologie Dans Le Pentadaktilos Et La Mesoaria, 365 p, Ph.d. Thesis

Universty of Nancy. Dixey, F., 1972, “The Geology and Hydrogeology of the Kyrenia Range, Cyprus, Ministry

of Overseas Devolepment, London. Dreghorn,W., 1978, Landforms in the Girne Range, Northern Cyprus, MTA Enstitüsü

Yayınları, No:172, 220 s., Ankara. Ducloz, C., 1968, Les Formations Quaterneries De La Region De Klepini Et Leur Place

Dans Cronoloquie Du Quaternarie Mediterraneen, Archs Sci., Genova DSİ, 1977, Kıbrıs Beşparmak Dağlarının Fotojeoloji Raporu, Devlet Su İşleri Genel

Müdürlüğü, Ankara.

Mixius, L., Kreysing, A., 1963-1964, Hydrogeological Investigations and Groundwater Development in the Kyrenia Range of Cyprus.

Robertson, A., Woodcock, N.,H., 1986, The Role Of The Kyrenia Range Lineament,

Cyprus, In The Geological Evolution of The Eastern Mediterranean Area, Phile.Trans. R. Soc. London.

Stavrinou, Y. HJ., 1963, Groundwater resources of the karstic regions of Cyprus, B. Sc. ,

London. UNDP, 1970, Survey of Groundwater Mineral Resources Cyprus, United Nations

Development Programme, Genova. Yurtsever, Y., (1978), Environmental Isotopes As a Tool In Hydrogeological Investigation

of Southern Karst Region of Turkey, Procedings Of a International Seminar on Karst Hydrogeology, Antalya, Turkey

243

İZOTOP TEKNİKLERİ KULLANILARAK ANTALYA TRAVERTEN PLATOSU YERALTISUYU KAYNAKLARININ SINIFLANDIRILMASI

CLASSIFICATION OF THE GROUNDWATERS OF THE ANTALYA

TRAVERTINE PLATEAU BY ISOTOPE TECHNIQUES

A. Özlem ATİLLA

Hacettepe Üniversitesi, Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi, 06532, Beytepe-Ankara, e-mail: oatilla@hacettepe.edu.tr

ÖZET Antalya Traverten Platosu’nda yer alan kaynak ve kuyuların Nisan 1995 dönemine ait olan izotop verileri ⎨3H(T), (18O), 2H(D)⎬ kullanılarak bu kaynakların birbirleri ile ilişkileri değerlendirilmiş ve gruplandırmaları yapılmıştır. Alandaki su noktalarına ait δ18O-δD, δ18O-TU, δ18O-EC, δ18O-Cl ilişkileri yorumlanmış ve yapılan değerlendirmeler sonucunda üç farklı grup belirlenmiştir. Bu gruplar, (1) Traverten Platosu’nun üst kesiminden çıkan uzun geçiş süresine sahip kireçtaşı kaynakları ile alt platoda yer alan Varsak (VAR)-Düdenbaşı (DUD) sistemi, (2) Traverten Platosu’nun alt kesiminden çıkan ve kısa geçiş süresine sahip genç yeraltısuyu kaynakları ve (3) yüzey sularından oluşmaktadır. Kümeleme ve temel faktör analizleri kullanılarak hidrojeokimyasal ve izotop verilerinin birlikte değerlendirilmesi ile yapılan gruplamalarda da aynı sonuçlara ulaşılmıştır.

Anahtar Sözcükler: Antalya, izotop, kümeleme analizi, faktör analizi

ABSTRACT The relation between the springs and wells located in Antalya Travertine Plateau is evaluated and classified by using the isotopic composition (⎨3H(T), (18O), 2H(D)⎬ of these water resources. The δ18O-δD, δ18O-TU, δ18O-EC, δ18O-Cl relations between the water resources in the area are explained and three groups are determined: (1) groundwater with longer residence time discharging in upper plateau and Varsak-Düdenbaşı system, (2) groundwater with shorter residence time discharging in the lower plateau, (3) surface waters. The same results obtained by using cluster and principal factor analysis of the hydrogeochemical and isotopic data.

Key Words: Antalya, isotope, cluster analysis, factor analysis

Giriş Yeraltısularının çevresel izotop içeriklerinden, yeraltısuyunun kökeninin, yaşının belirlenmesi, yüzey-yeraltısuyu arasındaki ilişkiler ve beslenme alanının belirlenmesi gibi birçok hidrojeolojik problemin çözümünde yararlanılmaktadır.

Bu çalışma kapsamında yeraltısularının çevresel izotop içerikleri ve kimyasal özellikleri birlikte değerlendirilerek Antalya Traverten Platosu kaynaklarının birbirleri ile ilişkileri araştırılmıştır. Kaynakların kimyasal özelliklerinin birbirlerine göre önemli bir değişiklik göstermemesi bölgede yaygın bir yeraltısuyu dolaşım sisteminin bulunduğunu göstermiştir. Çevresel izotoplarla ⎨3H(T), (18O), 2H(D)⎬ yapılan analizler sonucu Traverten Platosu’ndan çıkan karst kaynaklarının beslenme kotları ve yeraltında kalış süresi açısından farklılıklar gösterdiği ortaya konmuştur. Bu değerlendirme, çok değişkenli istatistiksel analiz teknikleri kullanılarak yapılan analizler sonucu ile de desteklenmiştir.

Çalışma Alanının Yeri ve Özellikleri

Antalya Traverten Platosu, 36°50′ ve 37°10′ kuzey enlemleri ile 30°31′ ve 30°55′ doğu boylamları arasında yer almaktadır. Plato, doğudan Aksu havzası, kuzeyden Toroslar, batıdan Beydağları ve güneyden Antalya körfezi ile sınırlanmakta ve yaklaşık olarak 630 km2’lik bir alan kaplamaktadır (Şekil 1).

Traverten Platosu, ikisi karada, biri deniz altında olmak üzere üç basamaktan oluşmaktadır. Yukarı Plato Döşemealtı ovası olarak adlandırılır ve 250-300 m yükseltiye sahiptir. Aşağı Plato Antalya şehrinin yerleşim alanını oluşturur ve 40-150 m yükseltileri arasında yer alır.

Alanda Akdeniz iklimi hüküm sürmektedir. Yıllık ortalama yağış 1068 mm, buharlaşma miktarı ise 1445 mm’dir.

Şekil 1. İnceleme alanı yer bulduru haritası

İnceleme alanının jeolojisine ait ayrıntılı çalışmalar Brunn et.al (1971), Marcoux (1974), Poisson (1978), Günay vd. (1979), Günay ve Bölükbaşı (1981), Robertson ve Woodcock (1982), Şenel

244

(1984) tarafından, hidrojeolojisine ilişkin ayrıntılı bilgiler ise DSİ (1985), Günay ve Yayan (1979), Karanjac and Günay (1977), Sipahi ve Koparan (1979), Yılmaz (1979), Denizman (1989) ve Günay vd. (1992, 1995) tarafından verilmektedir. İnceleme alanına ait jeoloji haritası ve örnekleme noktaları Şekil 2’de sunulmuştur.

Çalışma alanında çok sayıda kaynak bulunmaktadır. Bunların bir kısmı Mesozoyik yaşlı kireçtaşlarından ve bir kısmı da travertenlerden çıkmaktadır. Bu çalışma kapsamında örnekleme yapılan kaynaklara ve alanda yer alan diğer su noktalarına ait özellikler Çizelge 1’de verilmiştir. Alanda yer alan en önemli kaynak grubu Mesozoyik yaşlı karstik kireçtaşlarından irili ufaklı çok sayıda göze ile çıkan ve ortalama toplam debisi 15 m3/s olan (DSİ, 1985) Kırkgöz kaynaklarıdır (KGI, KGM, KGO, KGK, KGP). Traverten içerisinden boşalan en önemli kaynak ise ortalama debisi 17 m3/s olan Düdenbaşı kaynağı (DUD)’dır. Diğer traverten kaynaklarının ortalama debileri 0.5-2.5 m3/s arasında değişmektedir. Alanın güneybatısında yer alan Hurma kaynağı (HRM) ise Antalya Naplarından boşalmaktadır (Bkz. Şekil 2).

245

Şekil 2. İnceleme alanına ait jeoloji haritası (Günay vd.’den, 1995) ve örnekleme noktaları

246

Çizelge 1. Antalya Traverten Platosu yeraltısuyu örnekleme noktalarına ait bilgiler

Kod Örnekleme noktası Tür Yükselti (m)

Litoloji

KGI Kırkgöz-Köy Hiz.Pomp.İst. Kaynak 305 MK KGM Kırkgöz-Kocain Mağara 305 MK KGO Kırkgöz-OSS Kaynak 300 MK KGK Kırkgözler-Karagöz Kaynak 300 MK KGP Pınarbaşı Kaynak 300 MK DUD Düdenbaşı Kaynak 80 AT KMA Kemerağzı Kaynak 5 AT ARP Arapsuyu Kaynak 15 AT DUO Duraliler-Okul Kaynak 20 AT YGC Yağca Düden 295 AT BIY Bıyıklı Düden 300 AT VAR Varsak Düden 115 AT KPN Kapuz Yüzey Suyu 80 AT HRM Hurma Kaynak 40 AN ASO ASO Meydan Kuyuları Kuyu 40 AT DUP Duraliler Pompa İstasyonu Kuyu 20 AT

MK: Mesozoyik Karbonatlı Seri, AT: Antalya Travertenleri, AN: Antalya Napı (Tahtalıdağ Ünitesi)

İzotop Verilerinin Değerlendirilmesi Bu çalışma kapsamında alanda yer alan kaynaklardan ve diğer su noktalarından Nisan 1995 tarihinde Hacettepe Üniversitesi-Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi (UKAM)’nin Traverten Platosunda yürüttüğü çalışmalar dahilinde gerçekleştirilmiş olan arazi çalışmaları sırasında toplanmış örneklerin izotop değerleri (δ18O, δD, TU) kullanılmıştır. Örneklerin analizi Kanada Waterloo Üniversitesi laboratuvarlarında gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçları ile su noktalarına ait sıcaklık, pH, EC ve Cl içerikleri Çizelge 2’de sunulmuştur. Bu veriler kullanılarak alandaki su noktaları için çizilen δ18O-δD grafiği ise Şekil 3’de sunulmuştur.

Şekilden de görüldüğü gibi örnekler, IAEA tarafından analizleri yapılan ve 1963-1992 dönemine ait Antalya yağışlarının izotop verileri kullanılarak oluşturulmuş (Atilla, 1996) δ18O-δD doğrusu çevresinde toplanmaktadır. Burada kaynaklar arasındaki ilişkiler göz önüne alındığında Kırkgöz kaynak grubunun diğerlerine göre daha az δ18O-δD içeriğine sahip olması bu kaynakların beslenme kotlarının yüksek olduğunu ve buharlaşma ve sıcaklık etkisinin bu kaynaklar üzerinde çok etkili olmadığını göstermektedir. 300 m kotunda yeralan Kırkgöz kaynak grubu (KGK, KGO, KGM, KGI) ile 80 m kotunda yeralan Düdenbaşı kaynağının (DUD) da benzer izotopik komposizyona sahip olması bu kaynakların beslenme alanları ve rejimlerinin benzerliğini işaret etmektedir. Varsak çökme dolininden (VAR) alınan su örneği de Kırkgöz grubuna yakınlığı ile dikkat çekmektedir

Arapsuyu (ARP), Duraliler (DUO) ve Hurma (HRM) kaynaklarının, birbirlerine yakın bir izotopik bileşime sahip olmaları nedeni ile bir başka ortak beslenme mekanizmasını temsil ettikleri

söylenebilir. Duraliler kaynaklarının (DUO) kuzeyinde açılmış bulunan Duraliler pompa kuyularından alınan örneğin de (DUP) hemen hemen kaynak suları ile aynı izotopik bileşime sahip olduğu görülmektedir. Bıyıklı düdeninden (BIY) alınan yüzey suyu örneği de Arapsuyu-Duraliler sistemine benzerlik göstermektedir.

Çizelge 2. İnceleme alanında örnekleme noktalarına ait izotop içerikleri

Kod Tarih Örnek Yeri δ18O δD TU T °C

EC μS/cm

pH Cl meq/l

Yükseklik m

KGP 15/4/95 Pınarbaşı -7.36 -42.86 5.5 16 600 7.134 0.3 300 KGK 15/4/95 Kırkgözler-Karagöz -7.55 -44.12 5.4 16.8 700 7.085 0.4 300 KGO 15/4/95 Kırkgöz -OSS -7.78 -46.22 5.0 16.3 620 7.067 0.4 300 KGI 15/4/95 Kırkgöz Köy Hiz.P.İst. -7.79 -45.89 3.6 17.9 700 7.085 0.2 305 KGM 15/4/95 Kırkgöz Kocain -7.70 -47.80 5.3 16.7 700 7.039 0.2 305 YGC 15/4/95 Yağca Düden -7.28 -43.29 4.5 16.5 660 7.498 0.4 295 BIY 15/4/95 Bıyıklı Düden -7.05 -37.64 5.4 16.3 610 7.653 0.3 300 VAR 15/4/95 Varsak-Düden -7.47 -42.82 5.3 17.2 590 7.196 0.4 115 DUD 15/4/95 Düdenbaşı -7.66 -43.05 4.4 17.3 600 7.196 0.5 80 KPN 15/4/95 Kapuz Nehir -8.10 -47.93 5.3 18.2 445 8.18 0.4 80 ARP 15/4/95 Arapsuyu -7.16 -41.40 4.6 18.2 530 7.33 0.8 15 DUO 15/4/95 Duraliler-Okul -7.07 -40.27 6.3 17.7 460 7.371 0.4 20 DUP 15/4/95 Duraliler-Pompa -7.06 -41.02 5.4 18 480 7.311 0.4 20 ASO 15/4/95 ASO Pompa -6.70 -36.85 4.9 18 455 7.472 0.4 40 KMA 15/4/95 Kemerağzı Kaynakları -6.66 -35.11 6.8 17.6 400 7.416 0.4 5 HRM 15/4/95 Hurma Kaynağı -7.00 -39.95 6.7 16.4 270 7.931 0.1 40

KGP

KGKKGOKGI

KGM

YGC

BIY

VARDUD

KPN

ARPDUO

DUP

ASO

KMA

HRM

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20-8.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6

δ18O (‰ SMOW)

δD (‰

SM

OW

)

Akdeniz

Antalya

Craig

Şekil 3. Alandaki su noktalarına ait δ18O (‰SMOW)- δD (‰SMOW) ilişkisi

247

Kemerağzı kaynağının (KMA) δ18O ve δD içeriği diğerlerine göre yüksektir ve bu kaynak tamamı ile farklı bir beslenme mekanizmasına sahip olup daha düşük kotlardan beslenmektedir. ASO pompa istasyonundan alınan kuyu suyu da Kemerağzı kaynağı ile aynı grupta yer almaktadır.

Kapuz boğazından alınan nehir suyu (KPN) örneği ise kaynaklar arasında en düşük δ18O-δD içeriğine sahiptir. Bu durum bu su noktasının beslenme kotunun diğerleri arasında en yüksek olduğunu göstermektedir.

Yeraltısularında, trityum içeriği ile δ18O değişiminin birlikte incelenmesi karst sularının beslenme yükseklikleri ile akifer içinde kalış süreleri arasındaki ilişkiyi yansıtması açısından önemlidir. Bu iki bağımsız değişken kullanılarak çizilen bir grafikte, δ18O’nin küçülen değerleri yüksek beslenme alanı yüksekliğini, trityumun küçülen değerleri göreli olarak uzun geçiş süresini temsil etmektedir. Alana ait TU-δ18O grafiği Şekil 4’de yer almaktadır.

KGPKGK

KGO

KGI

KGM

YGC

BIYVAR

DUD

KPN

ARP

DUO

DUPASO

KMAHRM

33.544.555.566.577.5

-8.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6

δ18O (‰ SMOW)

TU

Şekil 4. Örnekleme noktalarına ait TU-δ18O grafiği

Kırkgöz kaynakları ve Düdenbaşı (DUD) su noktaları alt plato kaynaklarına göre yüksek beslenme noktası ve uzun geçiş süresi özellikleri ile ayrılmaktadır. Sahile yaklaştıkça trityum ve δ18O değerleri artış göstermektedir. Bunlara bağlı olarak sahil kaynaklarının düşük kotlardan beslendiği ve kısa geçiş süresine sahip oldukları söylenebilir.

Yeraltısularının elektriksel iletkenliği (EC) içerdiği iyon miktarı ile doğru orantılıdır. İnceleme alanında yeralan bütün sular Ca - HCO3 iyonlarınca aşırı zengin olduğundan (Atilla, 1996) EC ya da toplam çözünmüş madde miktarı (TDS) doğrudan yeraltısuyunun karbonatlı kayaçlar ile temas süresi ile ilgili bilgi vermektedir. Şekil 5’de sunulan EC - δ18O grafiği, üst platoda yer alan Kırkgöz grubu kaynakları, Düdenbaşı ve Yağca noktaları ile alt plato kaynakları arasındaki farkı ortaya koymaktadır. Alt platoda yeralan kaynaklar düşük EC ve yüksek δ18O içeriği ile temsil edilmekte iken, üst platoda yeralan su noktaları ve Düdenbaşı kaynağı yüksek EC ve düşük δ18O içeriği ile temsil edilmektedir. Bu durum Kırkgöz kaynakları ile Düdenbaşı kaynağının daha yüksek kotlardan beslendiği ve karbonatlı kayaçlar ile temas süresinin alt platodaki kaynaklara göre daha uzun olduğunu göstermektedir. Çözünmüş madde miktarı diğerlerine göre daha az olan Hurma kaynağının (HRM) kökensel olarak farklı bir yapıda olduğu ortaya çıkmaktadır. Bu durum, Hurma kaynağındaki toplam çözünmüş madde miktarının diğer kaynaklardan belirgin bir şekilde düşük

248

olması ile açıklanabilir. İzotop içeriği açısından alt plato kaynakları ile benzerlik gösteren Hurma kaynağı, Antalya naplarına ait kireçtaşından boşalmaktadır. Aynı boşalım kotuna sahip Duraliler ve Arapsuyu kaynakları ile benzer izotopik bileşim göstermesi aynı kökenli yağışlardan ve benzer yüksekliklerden beslendiğini göstermektedir. Ancak farklı litolojik birimler ile teması ve göreli olarak kısa geçiş süresine sahip olması iyon içeriğinin adı geçen kaynaklara göre daha farklı olmasına neden olmaktadır. Kapuz nehrinden (KPN) alınan su örneği yüksek bir beslenme bölgesini temsil ederken düşük iyon içeriğine sahiptir.

KGP

KGKKGO

KGIKGM

YGCBIY

VARDUD

KPN

ARP

DUODUP

ASOKMA

HRM

200

300

400

500

600

700

800-8.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6

δ18O (‰ SMOW)

EC ( μ

S/cm

)

Şekil 5. Örnekleme noktalarına ait EC-δ18O grafiği

Arapsuyu kaynağı (ARP) dışında inceleme alanında yeralan suların Cl- içeriğinin hemen hemen aynı olduğu gözlenmektedir (Şekil 6). Arapsuyu kaynağı ise diğerlerine göre daha yüksek Cl- içeriğine sahiptir. Şehir merkezinde yeralan bu kaynaktaki Cl- fazlalığın nedeninin kirlenme olduğu düşünülmektedir. Diğer tüm kaynakların benzer Cl içeriğine sahip olması yeraltısularında herhangi bir buharlaşma etkisinin olmadığını göstermektedir.

HRM

KMAASO

DUPDUO

ARP

KPN

DUD

VAR

BIYYGC

KGMKGI

KGOKGK

KGP

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

-8.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6

δ18O (‰ SMOW)

Cl (

meq

/l)

Şekil 6. Örnekleme noktalarına ait Cl-δ18O grafiği

249

250

Kaynakların Sınıflandırılması Yapılan bu değerlendirmeler sonucu alt plato ve üst plato kaynaklarının birbirlerinden farklılıklar gösterdikleri belirlenmiş ve daha detay bir inceleme yapmak amacı ile alanda yer alan su noktalarına ait hidrojeokimyasal veriler de kullanılarak bir değerlendirme yapılmıştır. Bu amaçla çok değişkenli istatistiksel analiz teknikleri yardımı ile su noktaları arasındaki ilişkiler ortaya konmaya çalışılmıştır. Bu teknikler, birçok değişkenin (hidrojeokimyasal, izotopik, fiziksel) birlikte değerlendirilebilmesine olanak sağlamakta ve günümüzde kullanımı da hidrojeokimyasal veriler üzerinde yoğunlaşmaktadır (Dalton ve Upchurch, 1978; Williams, 1982; Lawrence ve Upchurch, 1982; Steinhorst ve Williams 1985; Seyhan vd., 1985; Usunoff ve Guzman, 1989; Ritzi vd., 1993; Reeve vd., 1996; Laaksoharju vd., 1999; Helena vd., 2000).

Bu amaçla bu çalışmada su örneklerine ait hidrojeokimyasal, fiziksel ve izotopik kompozisyonları kümeleme ve faktör analizleri yardımı ile değerlendirilmiş ve sonuçlar Şekil 7 ve Şekil 8’de verilmiştir. Analizlerde kullanılan hidrojeokimyasal parametrelere ait değerler ise Çizelge 3’de sunulmuştur.

Çizelge 3. Nisan 1995 dönemi örnekleme noktalarına ait hidrojeokimyasal özellikler Kod TDS CO2 DO Ca* Mg* Na* K* SO4* HCO3

* CO3* logPCO2 Doygunluk İndeksi (SI)

mg/l mg/l mg/l Anhidrit Aragonit Kalsit Dolomit Jips

KGP 762 35 6.0 6.29 1.23 1.30 0.26 0.38 9.04 0.00 -1.47 -2.40 0.17 0.32 -0.06 -2.15KGO 840 35 7.1 7.04 1.40 2.44 0.18 0.50 9.51 0.00 -1.39 -2.27 0.17 0.32 -0.05 -2.02KGM 868 65 6.0 7.44 1.56 1.70 0.20 0.70 9.99 0.00 -1.33 -2.11 0.19 0.34 0.01 -1.86KGK 788 55 7.1 6.79 1.40 1.00 0.13 0.56 9.27 0.00 -1.41 -2.22 0.18 0.33 -0.01 -1.98KGI 832 60 8.9 7.14 1.56 1.65 0.15 0.75 9.51 0.00 -1.40 -2.09 0.22 0.37 0.11 -1.85YGC 819 30 8.2 7.61 1.40 0.61 0.08 0.50 9.70 0.00 -1.81 -2.24 0.64 0.79 0.87 -1.99BIY 758 20 11.0 7.86 1.32 0.70 0.10 0.41 7.99 1.52 -1.97 -2.31 0.79 0.94 1.13 -2.07VAR 731 35 5.2 6.34 1.23 1.00 0.13 0.61 8.47 0.00 -1.56 -2.20 0.23 0.38 0.08 -1.95DUD 709 36 6.6 6.14 1.23 1.17 0.13 0.58 8.09 0.00 -1.58 -2.23 0.20 0.35 0.04 -1.98KPN 532 4 12.1 4.29 1.48 1.04 0.15 0.62 5.42 0.76 -2.68 -2.31 0.93 1.08 1.74 -2.06ARP 628 30 6.2 5.24 0.90 1.74 0.13 0.55 6.75 0.00 -1.78 -2.28 0.22 0.37 0.01 -2.04DUP 621 20 8.1 5.04 0.82 1.87 0.20 0.47 6.94 0.00 -1.75 -2.37 0.19 0.34 -0.07 -2.12DUO 546 25 8.0 4.89 0.90 0.61 0.10 0.57 6.18 0.00 -1.86 -2.28 0.19 0.34 -0.01 -2.04ASO 559 20 6.8 4.74 0.58 1.17 0.23 0.36 6.37 0.00 -1.94 -2.48 0.30 0.45 0.02 -2.23HRM 309 DY 9.3 2.30 0.74 0.78 0.08 0.41 3.24 0.38 -2.65 -2.64 0.22 0.37 0.26 -2.39

*: meq/l, DY: Değer Yok.: Log KAnhidrit= -4.384, Log KAragonit = -8.336, Log KKalsit = -8.480, Log Kdolomite (c) = -17.09, Log KJips = -4.602

Antalya Traverten Platosu’nda yer alan su noktalarına ait standartlaştırılan değişkenler ile yapılan kümeleme analizi sonucu elde edilen dendogramda üst plato kaynakları ile alt plato kaynaklarının ayrı kümeler oluşturduğu görülmektedir (Bkz. Şekil 7). Hurma (HRM) ve Kemerağzı (KMA) kaynağının tüm verileri bulunmadığı için bu kaynaklar değerlendirmeye alınamamışlardır.

Kırkgöz kaynak grubu (KGI, KGM, KGO, KGK, KGP), Düdenbaşı (DUD) ve Varsak dolini (VAR)’nin gruplaştığı, alt plato kuyu ve kaynaklarının aynı kümede olduğu görülmektedir. Kırkgöz kaynaklarının güneyinde bulunan Yağca (YGC) ve Bıyıklı (BIY) düdenleri aynı kümede yer almışlardır. Bıyıklı düdeni (BIY) tüm Kırkgöz kaynaklarının (KGI, KGM, KGO, KGK, KGP) boşaldığı gölü drene etmektedir. Yağca düdeninden (YGC) akan suyun kökeni ise bilinmemektedir.

Ancak yağışlı dönem örnekleri ile yapılan bu değerlendirmede, söz konusu düdenler ile Kapuz nehrinin (KPN) aynı kümede toplanmaları, Yağca düdeninin (YGC) de gölden beslendiği ve tüm bu grubun yüzey sularını temsil ettiği şeklinde yorumlanabilir (Atilla ve Arıkan, 2001)

Uzaklik

KPN BIY

YGC DUP ASO DUO ARP KGP VAR DUD KGK KGO KGM

KGI

-4 16 36 56 76 96 116

Üst Plato Kaynaklari

Alt Plato Kaynaklari

Şekil 7. Tüm hidrojeokimyasal ve izotopik değişkenler ile yapılan kümeleme analizi sonucu örnek noktaları arasında belirlenen özellikler

Bir diğer değerlendirme temel faktör analizi kullanılarak yapılmıştır. Bu analiz ile ilgili detaylı bilgiler Davis (1986) ve Cattell (1965) tarafından verilmektedir.

Atilla (1996), Atilla ve Arıkan (2001) tarafından inceleme alanı için yapılan detaylı çalışmada temel faktör analizi sonucunda özdeğer-faktör sayısı ilişkisinden maksimum faktör sayısı 3 olarak belirlenmiş, değişkenler ve temel faktörler arasındaki korelasyonlar ile her bir faktörün toplam varyans yüzdeleri Çizelge 4’de verilmiştir.

Çizelge 4. Kimyasal ve izotop değişkenleri temel faktörler yükleri DEĞİŞKEN FAKTÖR 1 FAKTÖR 2 FAKTÖR 3 δ18O -.256352 .139804 -.924177 δD -.247904 .004663 -.936441 Ca .990135 -.050684 .064085 HCO3+CO3 .981603 .017665 .180883 pH -.616581 -.730038 -.071320 DO -.272696 -.817691 .075466 TDS .964228 .112151 .234987 CO2 .947333 .178374 .251979 SI-Aragonit .033080 -.997788 .001727 SI-Kalsit .034201 -.997790 .001194 SI-Dolomit -.069908 -.983505 .149929 %Toplam Varyans .396359 .384260 .174530

251

252

Faktör 1’in büyük değerleri toplam çözünmüş madde miktarının yüksek olduğu örnekleri temsil etmektedir (Bkz. Şekil 8). Kırkgöz kaynak grubu (KGO, KGM, KGK, KGI), Düdenbaşı (DUD), Varsak dolininden (VAR) oluşan üst plato kaynaklarının ve Yağca (YGC) ve Bıyıklı (BIY) düdenlerinin, alt platoda yer alan kaynak ve kuyulara göre daha yüksek çözünmüş madde içeriğine sahip oldukları görülmektedir. En düşük çözünmüş madde içeriği ise Kapuz nehri ile (KPN), Antalya Naplarından boşalan Hurma (HRM) kaynağında görülmüştür. Bu sonuçlar izotop verileri kullanılarak yapılan değerlendirmelerle uyum sağlamaktadır.

Faktör 2’nin büyük değerleri karbonat minerallerine doygunluk derecesinin yüksekliğini, Faktör 3’ün büyük değerleri ise daha düşük izotop içeriğini temsil etmektedir. Düşük izotop içeriği beslenme alanının yüksekliği ile yeraltısuyu dolaşım süresinin uzunluğunun bir göstergesidir. Buna göre Kırkgöz kaynakları (KGI, KGM, KGO, KGK, KGP) ve Düdenbaşı (DUD) daha yüksek kotlardan, Hurma (HRM) ve Duraliler (DUO) kaynakları ile Duraliler (DUP) ve Meydan (ASO) kuyu suları ise daha alçak kotlardan beslenmektedir. Bu sonuçlar da izotop verileri kullanılarak yapılan değerlendirmelerle uyum sağlamaktadır.

Kapuz nehri (KPN) örneği düşük karbonat içeriği, düşük doygunluk değeri ve düşük izotop içeriği ile temsil edilmektedir.

Faktör 1

Fakt

ör

2

KGIKGM

KGO

KGK

KGP

DUD

ARP

DUOYGC

BIY

VAR

KPN

HRMASO

DUP

-3

-2

-1

0

1

2

-3 -2 -1 0 1 2

Faktör 2

Fakt

ör

3

KGIKGM

KGOKGK

KGPDUD

ARP

DUOYGC

BIY

KPN

HRM

ASO

DUP

-3

-2

-1

0

1

2

-3 -2 -1 0 1 2

VAR

Faktör 1

Fakt

ör

3

KGIKGM

KGOKGK

KGP DUDARP

DUO YGC

BIY

VAR

KPN

HRM

ASO

DUP

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

-2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Şekil 8. Hidrojeokimya ve izotop değişkenleri temel faktörleri ile örnek noktaları arasındaki ilişkiler

253

254

SONUÇLAR Antalya Traverten Platosu yeraltısuları, izotopik ve hidrojeokimyasal bileşimlerine bağlı olarak yapılan değerlendirmeler sonucu gruplandırılmış, kümeleme ve temel faktör analizleri ile de benzer sonuçlara ulaşılmıştır.

Çevresel izotoplarla ⎨3H(T), (18O), 2H(D)⎬ yapılan analizler sonucu Traverten Platosu’ndan çıkan karst kaynaklarının beslenme kotları ve yeraltında kalış süresi açısından farklılıklar gösterdiği saptanmıştır. Su noktalarına ait δ18O-δD, δ18O-TU ilişkisinden Kırkgöz kaynak grubu (KGI, KGM, KGO, KGK, KGP) ve Düdenbaşı kaynağının (DUD) beslenme kotlarının yüksek, geçiş süresinin uzun olduğu, Varsak dolini (VAR) su örneğinin bu gruba yakın olduğu belirlenmiştir. Bu sonuçlar, Kırkgöz kaynak grubu ile Düdenbaşı kaynağının aynı hidrojeolojik sistemin boşalımı olduğu sonucunu doğurmaktadır. Sahil kaynaklarının ise daha düşük kotlardan beslendiği ve geçiş sürelerinin kısa olduğu saptanmıştır.

Aynı şekilde EC-δ18O ilişkisinden de alt platoda yer alan kaynakların düşük EC, yüksek δ18O içeriği ile temsil edildiği ve üst plato kaynaklarının ise geçiş süresinin uzunluğuna bağlı olarak yüksek EC içerdiği belirlenmiştir. Yüzey suyunu temsil eden Kapuz nehri örneği (KPN) ise diğer su noktalarından farklı bir şekilde ayrılmakta ve bu nehre travertenlerden bir yeraltısuyu katkısı olmadığı görülmektedir. Çözünmüş madde içeriği diğer kaynaklara göre az olan Hurma kaynağının (HRM) da izotop içeriği açısından diğerlerine benzerlik gösterdiği, ancak kökensel olarak farklı olduğu ortaya çıkmaktadır. Bunun nedeni de farklı litolojik birimlerle temasta olmasından kaynaklanmakta ve yapılan analizlerde bu kaynak diğerlerinden ayrılmaktadır.

Çok değişkenli istatistiksel analizler kullanılarak yapılan değerlendirmelerle de aynı sonuçlara ulaşılmış ve bu tekniklerin izotopik ve hidrojeokimyasal verilerle kullanımının detaylı bir analiz yapma olanağı sağladığı görülmüştür.

Referanslar Atilla, A. Ö., 1996, Çok Değişkenli İstatistiksel Analiz Teknikleri Kullanılarak Hidrojeokimyasal

Verilerin Değerlendirilmesi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Yüksek Mühendislik Tezi,145 s.

Atilla, A.Ö., Arıkan, A., 2001, Antalya Traverten Platosu Yeraltısularının Kümeleme ve Faktör Analizi ile Sınıflandırılması, Jeoloji Mühendisliği Dergisi, Cilt 25, Sayı 1, s. 41-53

Brunn, J. H., Dumont, J. F., Graciansky, P. C. De, Gutnic, M., Juteau, T., Marcoux, J., Monod, O., Poisson, A., 1971, Outline of the Geology of the Western Taurides, In: Campbell, A. S. (ed), Geology and History of Turkey, Petroleum Exploration Society of Libya, Tripoli, p. 225-255.

Cattel, R.B., 1965, Factor Analysis: An Introduction to Essentials, Biometrics, 21 (1), p. 190-215.

Dalton, M. G., Upchurch, S. B., 1978, Interpretation of Hydrochemical Facies by Factor Analysis, Ground Water, Vol. 16, No. 4, p. 228-233.

Davis, J. C., 1986, Statistics and Data Analysis in Geology, John Willey & Sons Inc., New York, 646 p.

255

Denizman, C., 1989, Kırkgöz Kaynakları ve Antalya Traverten Platosu’nun Hidrojeolojik Etüdü, H. Ü. Fen Bil. Ens. Yük. Müh. Tezi, Beytepe, Ankara, 72.

DSİ, 1985, Antalya Kırkgöz Kaynakları ve Traverten Platosu Hidrojeolojik Etüd Raporu, Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü, Ankara.

Günay, G., Ekmekçi, M., Kurttaş, T., Elkhatib, H., Akkuş, A.N., Tezcan, L., Törk, K., Bektaş, D., Altınay, B., 1992, Antalya Havzasındaki Yüzeysel Sularda Kirlenmenin Tespiti ve Giderilmesi Projesi, T.C. Çevre Bakanlığı - HÜ-UKAM Projesi Final Raporu, Ankara, 169 s.

Günay, G., Tezcan, L., Ekmekçi, M., Atilla, A. Ö., 1995, Present State and Future Trends of Karst Ground Water Pollution in Antalya Travertine Plateau, EC- COST65 Project, National Report for Turkey, H.Ü-UKAM-Ankara.

Günay, G., Yayan, T.Y., 1979, Antalya Kırkgöz Karst Kaynaklarının Hidrojeolojisi, Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü, Ankara.

Günay, Y., Bölükbaşı, A.S., 1981, Antalya-Elmalı-Korkuteli-Bucak Arasındaki Beydağlarının Jeolojisi ve Petrol Olanakları, Teknik Rapor No: 1566, T.P.A.O Güney Arama Müdürlüğü, Ankara, 71 s. (yayımlanmamış).

Günay, Y., Bölükbaşı, A.S., Gözeğer, C., İnançlı, İ., 1979, Batı Toroslarda Antalya-Isparta-Burdur Arasındaki Alanın Jeolojisi ve Petrol Olanakları. Teknik Rapor No: 1391, T.P.A.O Güney Arama Müdürlüğü, Ankara, 71 s. (yayımlanmamış).

Helena, B., Pardo, R., Vega, M., Barrado, E., Fernandez, J.M., and Fernandez, L., 2000, Temporal Evolution of Groundwater Composition in an Alluvial Aquifer (Pisuerga River, Spain) by Principal Component Analysis, Wat. Res. Vol. 34, No. 3, pp.807-816, Great Britain.

Karanjac, J., Günay, G., 1977, Note on Development Potentials of Duraliler Springs-Antalya, DSİ-UNDP Project (TUR/77/015), Strengthening DSİ Groundwater Investigative Capability, Phase II.

Laaksoharju, M., Skarman, C., Skarman, E., 1999, Multivariate Mixing and Mass Balance (M3) calculations, A New Tool for Decoding Hydrogeochemical Information, Applied Geochemistry 14, pp. 861-871, Pergamon, Great Britain.

Lawrence, F. W., Upchurch, S. B., 1982, Identification of Recharge Areas Using Geochemical Factor Analysis, Ground Water, Vol. 20, No. 6, p. 680-687.

Marcoux, J., 1974, Alpin Type Triassic of the Upper Antalya Nappe (Western Taurides, Turkey). In: ZAPFE, H. (ed.), Die Stratigraphie der Alpin-Mediterranean Trias, Wien, p. 145-146.

Poisson, A., 1978, Recherches Geologiques dans les Taurides Occidentales (Turquie). These de Docteur Es Sciences, Universite de Paris-Sud., 795 p.

Reeve, A. S., Siegel, D. I., and Glaser, P. H., 1996, Geochemical controls on peatland pore water from the Hudson Bay Lowland: A multivariate statistical approach, Journal of Hydrology, 181(1-4): 285-304.

Ritzi Jr., R. W., Wright, S. L., Mann, B., Chen, M., 1993, Analysis of Temporal Variability in Hydrogeochemical Data Used for Multivariate Analyses, Grond Water, Vol. 31, No. 2, p. 221-229.

256

Robertson, A. H. F., Woodcock, N. H., 1982, Sedimentary History of the South-Western Segment of the Mesozoic-Tertiary Antalya Continental Margin, South-Western Turkey, Eclogae geol. Helv. 75, p. 517-562.

Seyhan, E., Van De Griend, A. A., Engelen, G. B., 1985, Multivariate Analysis and Interpretation of the Hydrochemistry of a Dolomitic Reef Aquifer, Northern Italy, Water Resources Research, Vol 21, No.7, p. 1010-1024.

Sipahi H., Koparan, M., 1979, Kırkgöz Kaynakları Dolayının Jeoloji Ön Raporu, DSİ-UNDP Project TUR/77/015, Phase II, Ankara.

Steinhorst, R. K., Williams, R. E., 1985, Discrimination of Groundwater Sources Using Cluster Analysis, MANOVA, Canonical Analysis and Discriminant Analysis, Water Resources Research, Vol. 21, No. 8, p. 1149-1156.

Şenel, M., 1984, Discussion on the Antalya Nappes, in Geology of the Taurus Belt Proceedings, O. Tekeli and M.C. Göncüoğlu (Eds.), Proceedings of the International Symposium on the Geology of the Taurus Belt, 1983, MTA, Ankara, p. 41-52.

Usunoff, E. J., Guzman-Guzman, A., 1989, Multivariate Analysis in Hydrochemistry: An Example of the Use of Factor and Correspondence Analyses, Ground Water, Vol. 27, No. 1, p. 27-34.

Williams, R. E., 1982, Statistical Identification of Hydraulic Connections Between the Surface of a Mountain and Internal Mineralized Sources, Ground Water, Vol. 20, No. 4, p. 466-478.

Yılmaz, T., 1979, Kırkgözler Döşemealtı Projesi Döşemealtı Ovası Planlama Drenaj Raporu, Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü, Ankara.

257

ZONGULDAK KÖMÜR MADENİ SAHALARININ İZOTOP HİDROLOJİSİ İNCELEMESİ

ISOTOPE HYDROLOGY INVESTIGATION OF ZONGULDAK COAL MINE

AREAS

Barbaros ERDURAN1, Koray TÖRK2, Gürkan ÖKTÜ1

1Hidrojeoloji Yük.Müh, MTA Genel Müdürlüğü Enerji Hammadde Etüt ve Arama Dairesi

2Hidrojeoloji Yük.Müh, MTA Genel Müdürlüğü Jeoloji Etütleri Dairesi ÖZET Zonguldak ve çevresinde Türkiye'nin en önemli taşkömürü yatakları yer almaktadır. Westfaliyen (Karbonifer) de oluşmuş bu kömürlü seviyeler, altta Viziyen (Karbonifer) yaşlı karstik kireçtaşları, üste ise yine karstik özellikte olan Apsiyen - Barremiyen (Kretase) yaşlı kireçtaşları ile çevrilidir. Bölgede yürütülen karst hidrojeolojisine yönelik çalışmanın bir parçası olan izotop hidrolojisi, Zonguldak kömür madeni sahalarında, kömürlü birimlerle jeolojik olarak dokanak halinde bulunan karstik kireçtaşlarının yeraltısuyu açısından ilişkilerinin araştırılmasına yönelik yapılmıştır. Yüzey ve yeraltısularından 1994-1995 yıllarında izotop analizi amacıyla örnekleme çalışmaları yürütülmüş, toplanan örneklerde Döteryum (2H), Oksijen –18 (18O) ve Trityum (3H) analizleri yapılmıştır. Analiz sonuçlarının değerlendirilmesi ile beslenme kotu-alanı, suların kökeni ve sistemdeki geçiş süreleri konularında saptamalar yapılmıştır. Suların denizel kökenli yağışlardan, 400-500 metre kot aralığından beslendiği ve ayrıca suların sığ ve derin dolaşım olmak üzere iki farklı dolaşım sistemine sahip oldukları belirlenmiştir. Kömür madeni galerilerine gelen yeraltısularının geçiş süresinin kısa olduğu ve mevsimsel yağışlardan beslendiği de ortaya konmuştur. Anahtar Sözcükler: İzotop, Zonguldak, Yeraltısuyu, Taşkömürü ABSTRACT

The most important coal area of Turkey is situated in Zonguldak and province. The coal series occurred during Westfalien (Carboniferous) are lower-bounded by Visean aged karstic limestones and upper-bounded by Aptian-Barremian aged karstic limestones. The isotope hydrology, which consists one of the studies dealed with karst hydrogeology, was held to determine the groundwater relations between the karstic limestones adjacent to the coal layers located in the Zonguldak coal mine areas.

Environmental isotope samples were collected in the basin during 1994 – 1995 period, from the surface and groundwater. Deuterium (2H), Oxigene –18 (18O) and Tritium (3H) analysis were carried out on the samples. Recharge elevation, water origin and transit time of the groundwater system were determined with the evaluation of the analysis results. Waters encountered in the area are of marine origined rainfall, recharging at an elevation of 400-500 meters and consisting of shallow and deep circulation systems. Groundwater that intruding the coal mine galleries, have a short flow period and are recharged from recent precipitations. Key Words: Isotope, Zonguldak, Groundwater, Limestone 1. GİRİŞ Zonguldak ve çevresinde Türkiye'nin en önemli taşkömürü yatakları yer almaktadır. Karbonifer'in Westfaliyen katında oluşmuş bu kömürlü seviyelerin altında yine Karbonifer'in Viziyen katında oluşmuş dolomitik kireçtaşları ile, üzerinde Kretase'nin Apsiyen ve Barramiyen katlarında oluşmuş karstik kireçtaşları bulunmaktadır.Bu karstik kireçtaşlarının içerdiği yeraltısularının kömür işletmeleri sırasında açılacak galerilere gelme olasılıkları bulunmaktadır. Dolayısıyla yeraltı işletmeciliğini bu şekilde tehdit eden hidrojeolojik olayların önceden bilinmesi ve soruna uygun

çözüm yollarının bulunması ve kömür üretiminin sağlıklı bir şekilde gerçekleştirilmesine katkıda bulunmak çalışmanın amacını oluşturmaktadır. 2. SAHAYA AİT GENEL BİLGİLER İnceleme alanı coğrafik olarak Türkiye'nin kuzeyinde Batı Karadeniz bölgesinde yer alır. Çalışmalar Zonguldak ve yakın dolayını kapsayacak şekilde toplam 312 km2 lik bir alanda yürütülmüştür (Şekil 1). Bölgenin en önemli yükseltileri Asartepe (847m), Kızlıkkıran Tepe (845 m), Yayla Tepe (676 m), Kurtkapanı Tepe (704 m) ve Göldağ (771 m) dır. İnceleme alanında karst kaynaklarından beslenen dereler dışında sürekli akıma sahip akarsu bulunmamaktadır. Bölgede Karadeniz'e özgü bol yağışlı iklim tipi hüküm sürer. Zonguldak meteoroloji istasyonunda ölçülen yıllık ortalama yağış 1220 mm dolayındadır. Yıllık ortalama sıcaklık 13.40C dir. Aylık ortalamalar,

Şekil 1. İnceleme Alanının Yer Bulduru Haritası

258

259

soğuk aylarda (Ocak ve Şubat) 60C, sıcak aylarda (Temmuz ve Ağustos) 21.60C dolayında bulunmaktadır. Hakim rüzgar yönü kuzey-kuzey batı olup en yüksek hız 2.3 m/s dir. 3. JEOLOJİ İnceleme alanında Paleozoyik-Kuvaterner yaş aralığında değişik litoloji birimleri yer almaktadır (Şekil 2). Bunlardan aşağıda kısaca bahsedilecektir. Paleozoyik

Hamzafakılı, Kokaksu, Alacağzı, Kozlu ve Karadon Formasyonları ile temsil edilir. Hamzafakılı Formasyonu kuvarsit ve mikro konglomera litolojisi ile havzanın temelini oluşturur. Üzerine kalınlığı 1000 metreyi geçen dolomitik kireçtaşlarından oluşan Kokaksu Formasyonu gelir. Ortamda karasallaşma sürecinin ilk belirtilerini gösteren kumtaşı, kiltaşı, silttaşı ardalanmasından oluşan istif Alacağzı Formasyonu olarak adlandırılır. Zonguldak taşkömürü havzasının işletilebilir nitelikte 20 adet kömür damarı içeren, kiltaşı, silttaşı, kumtaşı, konglomera, kömür ardalanmasından oluşan Kozlu Formasyonunun kalınlığı 800-850 m arasında değişmektedir. Fasiyes özellikleri bakımından Kozlu Formasyonunun devamı niteliğindeki istife havzada Karadon formasyonu adı verilmektedir (Yergök vd., 1987). Mesozoyik

İnceleme alanındaki Mesozoyik, Alt-Üst Kretase ile temsil edilmiştir. Alt Kretase'deki kireçtaşı filiş çökelimini, Üst Kretase'deki volkanizmanın ürünü kayalar üzerler. Zonguldak Formasyonu Karboniferi diskordan olarak örten karstik kireçtaşlarından oluşur. Formasyon karstik özellikler gösteren mağaralar dolinler ve su yutunlardan oluşur. Bunun üzerine kiltaşı, kumlu ve killi kireçtaşı litolojisi ile İncüvez Formasyonu gelir. Kapuz formasyonu yine karstik kireçtaşları ile temsil edilir ve ileri derecede karstlaşmıştır. Bu birim üzerine filiş çökelimini karakterize eden kayalarla birlikte Üst Kretasede volkanizmanın ürünü kayalar örter (Yergök vd., 1987). Senozoyik

Yahyalar Formasyonu ve alüvyon ile temsil edilir. Yahyalar Formasyonu’nda hakim litoloji killi kireçtaşlarıdır. Alüvyon genelde çökelme için uygun koşulların oluştuğu düzlüklerde silt boyutundan çakıl boyutuna kadar olan malzemenin depolanmasıyla oluşur (Yergök vd., 1987). Yapısal Jeoloji ve Paleocoğrafik Evrim

Zonguldak taşkömür havzası günümüze kadar Hersiniyen ve Alpin olmak üzere başlıca iki büyük orojenezin etkisi altında kalmıştır. Paleozoyik formasyonlarda birincil deformasyonu, Kretase öncesinin en büyük orojenik hareketi olan Hersiniyen orojenezi oluşturmuştur. Kretase oluşumlarının çökeliminden sonra ise Paleozoyik ve Mesozoyik yaşlı formasyonlar, Alpin orojenezinin etkisiyle ikinci bir deformasyona uğramışlar ve güncel görünümlerini kazanmışlardır. İnceleme alanında jeolojik zaman içersinde meydana gelen bu orojenik hareketler kayaçların kıvrımlanmalarına ve kırılmalarına neden olmuş, genellikle Karadeniz'in kıyı çizgisine paralel doğu-batı doğrultulu tektonik yapılar oluşmuştur (Şengör vd., 1981).

260

Havzada Viziyen sonunda deniz çekilmeye başlamış, sığlaşma karasal ortama uygun hale gelmiştir. Namuriyen’de karasal çökelim sonucu bitkiler bollaşmış, kömür damarları oluşmuştur. Delta ortamını karekterize eden akarsu sistemlerinin egemen olduğu ve bu akarsuların taşkın evrelerinde gelişen bataklıklarda bitki gelişimi sonucu yine kömür damarları meydana gelmiştir. Bu sırada kömür damarları içeren Kozlu ve Karadon Formasyonları çökelmiştir. Westfaliyen sonlarına doğru havzanın batısı yükselerek kara haline gelmiş ve aşınma dönemi başlamıştır. Bölge Alt Kretase'den itibaren deniz istilasına uğramış bu deniz birkaç kez geri çekilip ilerlemesini sürdürmüştür. Üst Kretase üzerine gelen Paleosen yaşlı Yahyalar Formasyonu, güney alanlarındaki Neotetisin kapanması sırasında meydana gelen ara havzaların ürünüdür.

Şekil 2. İnceleme Alanındaki Stratigrafi Dikme Kesiti (Özler vd., 1992)

261

262

4.HİDROJEOLOJİ İnceleme alanında bulunan birimler su taşıma özelliklerine göre geçirimli ve geçirimsiz birimler olmak üzere sınıflandırılmışlardır (Öktü, vd., 1996). Geçirimsiz Birimler

Çalışma sahasının orta kesimlerinde geniş bir alanda yüzeylenen Paleozoyik yaşlı killi siltli kömürlü birimler geçirimsizdir. Bunun yanında Üst Barremiyen-Alt Apsiyen yaşlı İncüvez Formasyonu da geçirimsiz özelliktedir. Üst Kretase yaşlı Fliş karekterinde kumtaşı, kiltaşı,marn,silttaşı şeklinde çökelen birimlerinde yapılan saha gözlemleri ile geçirimsiz özellikte olduğu saptanmıştır. Geçirimli Birimler

İnceleme alanında karslaşmış üç birim bulunmaktadır. Bunlar;

• Viziyen yaşlı dolomitik kireçtaşları, • Barremiyen yaşlı alt seviyeleri dolomitik kireçtaşları, • Apsiyen yaşlı kireçtaşlarıdır.

Yukarda bahsedilen her üç birim de inceleme alanının geçirimli ve aynı zamanda akifer özellikteki birimleridir. Bu kayaçların karstlaşmasına neden olan olayların başında tektonizma ve litolojik yapı gelmektedir. Bu birimlerde görülen karstik yapılar genellikle fay ve kırıkların kesiştikleri ve litolojinin değiştiği noktalarda gelişmiştir. Aşağıda bu birimler hakkında kısaca bilgi verilecektir (Erduran, 1997).

• Viziyen yaşlı dolomitik kireçtaşları İnceleme alanının güneyinde doğu-batı yönünde uzanım gösteren sparitik ve dolomitik dokudaki kireçtaşları iyi derecede karstlaşmış durumdadır.Tektonik hatlara ve dokusal özelliklere bağlı olarak karstlaşmanın geliştiği viziyen kireçtaşlarından, ortalama verdileri 50 l/s olan kaynak boşalımları belirlenmiştir. Birim yüzeyinde önemli karstik yapılar gelişmiştir. Kokaksu Formasyonunda paleokarstlaşma oldukça önemlidir. Viziyen sonunda başlayan karasallaşma süreci ile oluşan paleokarstik çukurluklarda boksit oluşumlarının gözlenmesi bunun göstergesidir.

• Barremiyen yaşlı alt seviyeleri dolomitik kireçtaşları Dolomitik ve kumlu kireçtaşı şeklinde arazide gözlenen bu birim Karbonifer yaşlı kömürlü birimlerle sınır oluşturması açısından oldukça önemlidir. Arazide orta derecede karstlaşmış olarak gözlemlenen bu birimin yüzeyde boşalımı gözlenmez. Galerilere gelen suyun büyük bir bölümü de bu birim içerisinden gelmektedir. Sondaj kuyularından alınan jeofizik loglarında Barremiyen kireçtaşlarından Karbonifer'e giriş zonlarında önemli boşluk ve çatlak anomalileri elde edilmiştir.

• Apsiyen yaşlı kireçtaşları Yer yer masif görünümlü yer yer de tabakalı olarak gözlenen birim havzada bulunan kireçtaşları

263

arasında en yoğun karslaşmayı göstermektedir. Bunun en önemli nedeni kireçtaşlarının oldukça saf bir dokuya sahip olmasıdır. Kızılelma mağarası-Cumayanı karst kaynağı sistemi bu birimde gelişmiş en önemli karstik yapıdır. Yukarda bahsedilen bu üç birim dışında, bu çalışmanın amacı açısından bir öneme sahip olmayan alüvyonda hidrojeolojik açıdan geçirimli sayılabilecek birimlerdendir. Su Kimyası Çalışmaları İnceleme alanında karstik akiferlerin hidrojeokimyasal karekterlerinin incelenmesi amacıyla su noktalarının tümünde yerinde ölçüm yapılmış, analiz için örnekler alınmış, suların fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlenmiştir (Çizelge 1). Örneklerde oluşabilecek kimyasal reaksiyonların durdurulabilmesi amacıyla Standart Methods'da belirtilen koruyucu maddeler kullanılmıştır (APHA-AWWA-WPCF, 1981). İnceleme alanında bulunan suların kalsiyum-magnezyumlu, karbonat-bikarbonatlı tipik karst suları oldukları görülür. Karstik kireçtaşlarından boşalan suların büyük çoğunluğunun kalsiyum-magnezyum karbonatlı olması doğaldır. Gelik-260 ve Çatalağzı-360 kotlarından alınan örneklerdeki magnezyum içeriğinin farklı değerlerde olması derinlik ile ilgilidir. Bunun yanısıra Apsiyen yaşlı kireçtaşlarından çıkan sularda oldukça düşük magnezyum değeri görülmektedir. Çizelge 1. İnceleme alanında 1994 yılı yağışlı dönem alınan su örneklerindeki laboratuvar analizleri (değerler mg/l cinsindendir)

Lokasyon No Ca++ Mg++ Na++ K+ HCO3

- CO3-- SO4

-- Cl-

2 65 8 3 0,5 195 9 9 8 6 80 5 6 0,8 214 9 20 10 7 63 3 6 0,8 177 9 14 15 8 110 6 13 207 9 38 22

15 85 5 8 0,6 244 9 11 11 24 68 8 5 0,6 195 9 9 9 27 56 3 5 0,8 159 9 9 9 32 350 100 9 2 176 9 1200 10 33 98 20 4 0,8 195 9 125 9

51a 95 36 85 2,4 305 9 50 166 51b 92 35 82 2,5 299 9 114 147

52 78 26 30 2,4 281 9 120 10 53 2 1 550 2,3 1318 30 4 1,4

Karstik Taban Akifer (KTA) Viziyen yaşlı karstik karbonatlı kayaçların oluşturduğu KTA'yı boşaltan başlıca kaynaklar Büyük mağara dere ve Kokaksu kaynağıdır. Kaynak başında yapılan sıcaklık ölçümlerinde değerin 15.3 0C dolayında olduğu ve yıl içinde fazla bir değişim göstermediği saptanmıştır. Küçük hazneli akiferleri

264

boşaltan kaynak sularının sıcaklık değerlerinin yağışın hızla iletilmesinden dolayı daha düzensiz bir değişim gösterdikleri bilinmektedir. Çözünmüş madde miktarının bir göstergesi olan elektriksel iletkenlik değeri ortalama 400 µs/cm olarak ölçülmüştür. Yağışlı dönemlerde yağışın katkısıyla 370 µs/cm'ye kadar düşen elektriksel iletgenlik değeri kurak dönem sonlarında en yüksek değeri 410 µs/cm’ye ulaşmaktadır. Bu durum kurak dönemlerde yağışın kesilmesi, öte yandan buharlaşmanın artmasıyla ilgilidir. Beslenme alanında sodyum ve potasyum kaynağı olabilecek litolojiler olmadığından sudaki sodyum ve potasyum içeriği oldukça düşüktür. Karstik Alt Akifer (KAA) Paleozoyik kömürlü birimlerinin hemen üzerinde yer alan ve galerilere gelebilecek potansiyel su miktarı açısından büyük önemi olan Barremiyen yaşlı karstik kireçtaşlarının yüzeyden boşalımı gözlenmemektedir. Gelik-260 ve Çatalağzı -360 lokasyonlarında yapılan ölçümlerde kurak ve yağışlı dönemlerde, Gelik-260 için 140C, Çatalağzı-360 için 200C dolayında değişmeyen sıcaklık değerlerinin saptanması, aynı birim içersinden çıkan her iki boşalımın nisbeten büyük bir akiferi temsil ettiğinin göstergesidir. Yine her iki lokasyonda yapılan elektriksel iletgenlik ölçümlerinde Gelik -260 için 830 µs/cm, Çatalağzı için 1200 µs/cm yağışlı ve kurak dönemlerde değişmeyen değerler aldığı görülmüştür. Karstik Üst Akifer (KÜA) Apsiyen yaşlı karstik kireçtaşlarını boşaltan Cumayanı karst kaynağının çıkışında yapılan ölçümlerde, kurak ve yağışlı dönemlerdeki sıcaklık değerinin 80C ile 140C arasında değişim göstermesi birimin nispeten daha küçük hazneli akiferden beslendiğini doğrulamaktadır. Elektriksel iletgenlik 210-360 µs/cm arasında degişmektedir. Kaynağın doğal olarak kalsiyum ve magnezyum içeriği yüksektir. 5. ÇEVRESEL İZOTOP ANALİZLERİ Hidrodinamik yapının aydınlatılması amacıyla yüzey ve yer altında belirlenen 15 lokasyondan izotop örneği alınmıştır.Yağışlı ve kurak dönem alınan su örneklerinde tirityum, oksijen-18 ve döteryum analizleri yapılmıştır. Analizler DSİ nin Ankara Esenboğa'da bulunan izotop labratuarlarında gerçekleştirilmiştir. Çalışma sahasından alınan su örneklerinde izotop değerleri Çizelge 2’de verilmiştir. Duraylı izotoplardan döteryum ve oksijen-18 den suların olası beslenme yüksekliklerinin saptanmasında, tirityum'dan ise bağıl yaş ve geçiş sürelerinin belirlenmesi amacıyla yararlanılmıştır. Yağışlardan alınan su örneklerinde duraylı izotoplardan oksijen-18 ve döteryum içerikleri arasında dünya yağışlarını temsil eden ilişkinin δD = 8 x δ18O + 10 olduğu bilinmektedir (Yurtsever, 1978). Zonguldak ve dolayında gerçekleşen yağışların duraylı izotop içerikleri ile Dünya Meteorik Doğru (DMD) arasındaki ilişki şekil 3 ve şekil 4 de gösterilmiştir. Duraylı izotop içeriklerinin bağıl

265

konumları kurak dönem için δD = 8 x δ18O + 5 doğrusu üzerine düştüklerini göstermektedir. Yağışlı dönem izotop içeriklerinin bağıl konumları ise DMD üzerinde yer almaktadır. Çizelge 2. İnceleme Alanındaki Su Noktalarından Alınan Örneklerdeki İzotop Analizi Sonuçları

KURAK DÖNEM

Lokasyon No Lokasyon Adı Oksijen-18 Döteryum Trityum

1 Alman Pınarı 660m -10,48 -79,2 14,4 2 Büyük Mağara Pınarı 320m -10,26 -74,18 17,2 3 Aydındere 248m -10,15 -74,72 20,6 6 Cumayanı Mağara P 32m -8,9 -71,33 17,1 7 Cumayanı Pınarı 20 m -9,09 -68,33 17,6

15 Kurtköy Kuyu Ağzı -9,72 -73,53 16,9 18 Yukarı Dere 120m -9,29 -69,89 20,4 32 Kokasu Ilıca 50m -10,15 -76,1 2,4 33 Kokaksu 50m -10,09 -73,35 12,4 40 Kılıçmahalle 110m -9,52 -69,12 17,9 51 Çatalağzı -360 -8,76 -74,26 15,6

51B Çatalağzı sıfır pas -360m -9,64 -72,68 15,5 52 Gelik -260m -11,45 -73,51 17,9 53 Yeni Gelik Kuyu -620m -12,44 -88,73 1,8

HG2 Kuyu 300m -8,54 -71,51 15 YAĞIŞLI DÖNEM

Lokasyon No Lokasyon Adı Oksijen-18 Döteryum Trityum

1 Alman Pınarı 660m -10,25 -75,09 14,2 2 Büyük Mağara Pınarı 320m -10,02 -71,54 15,2 3 Aydındere 248m -9,97 -69,65 13,2 6 Cumayanı Mağara P 32m -10,15 -71,71 11,4 7 Cumayanı Pınarı 20 m -9,84 -68,21 14

15 Kurtköy Kuyu Ağzı -9,63 -62,01 18,8 18 Yukarı Dere 120m -7,36 -54 17 32 Kokasu Ilıca 50m -9,62 -65,64 1,7 33 Kokaksu 50m -10 -68,19 9,7 40 Kılıçmahalle 110m -9,14 -68,39 12,8 51 Çatalağzı -360 -8,81 -61,8 10,6

51B Çatalağzı sıfır pas -360m -7,72 -55,83 11 52 Gelik -260m -9,76 -63,45 13,6

HG3 Kuyu 199m -10,46 -70,81 10,1 Yağış(Zonguldak) 136m -56,18 12,5

266

Şekil 3. Kurak Dönem δ18O-δD İlişkisi

Duraylı izotoplardan döteryu ş rejimleri için zaman içinde eğişmez. Bu nedenle, örneklerdeki döteryum fazlası değerleri kullanılarak farklı yağış rejimlerinin

-102

-92-82

-72

-62-52

-42-32

-22

-12-2

8

-16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0OKSİJEN - 18

DÖ

TER

YU

M (%

o)

1 32 2

3 6 7

15 18 33

40 51 51B

52 53 HG2

Meteoric Water Line (dD=8*d18O + 10)

-102-92-82-72-62-52-42-32-22-12-2

-16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0δOKSİJEN - 18

δDÖ

TER

YU

M (%

o)

18 1 23 6 715 33 5152 53 HG232 40 51BHG3 Meteoric Water Line (dD=8*d18O + 10)

Şekil 4. Yağışlı Dönem δ18O-δD İlişkisi

m ve oksijen-18 arasındaki ilişki belli yağıdetkisi belirlenebilir. Döteryum fazlası, Df =δD-8xδ18O eşitliği kullanılarak hesaplanmıştır. Çizelge 3’de Eylül-Ekim 1994 ve Nisan 1995 döteryum fazlası değerleri verilmiştir. Döteryum fazlasının yüksek değerler aldığı noktalarda denizel kökenli yağışların görülmesine karşılık düşük değerler

267

Çizelge 3. İnceleme Alanındaki Döteryum Fazlası Değerleri

Eylül – Ekim Df Nisan 1995 Df

daha çok karasal kökenli yağışları temsil etmektedir(Kehinde,1993). Ortalama değerler ise her iki kökenli yağışlardan beslenme ile ilgili olduğunu göstermektedir.

1994 1 4,6 1 6,91 2 7,9 2 8,62 3 6,48 3 10,11 6 -0,13 6 9,49 7 4,39 7 10,51 15 4,23 15 15,03 18 4,43 18 5,12 32 5,1 32 11,32 33 7,37 33 11,81 40 7,04 40 4,73 51 -4,81 51 8,68

51B -4,44 51B 5,93 52 18,09 52 14,87 53 10,79 H G3 12,87

HG2 3,19 Y 10,7 AĞIŞ

ksijen-18 ve döteryum içerikleri alındığında inceleme alanında bulunan suların ortalama beslenme

ekil 5 ve Şekil 6’da Döteryum-Trityum ilişkisi görülmektedir. Bölgesel yeraltısuyu sistemi

Oyüksekliklerinin 400-500 metre arasında değiştiği söylenebilir. Dolayısı ile bu yükseltiler karstik kapalı havzaların bulunduğu alanlardır. Şgözönüne alındığında 32 ve 53 numaralı lokasyonlardan alınan örnekler dışında kalan sular sığ dolaşımdan gelen sulardır. 32 ve 53 nolu örneklerdeki sular ise derin dolaşımdan gelen sulardır.

-4-20246810121416182022

-95-90-85-80-75-70-65-60-55-50

δDÖTERYUM (‰)

δTRİT

YUM

(TU

)

32 1 2 3 6 7 15 18 33 40 51 51B 52 53 HG2

Şekil 5. Kurak Dönem δD- T İlişkisi

268

Şekil 6. Yağışlı Dönem δD- T İlişkisi

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

-80-75-70-65-60-55-50

δDÖTERYUM (‰)

δTRİT

YUM

(TU

)

18 1 2 3 6 7 15 33 51 52 53 HG2 32 40 51B HG3 Yağış Boyalı Dere SK-13

269

TARTIŞMA VE SONUÇ

Çalışma alanında Paleozoyik’ten Kuvaterner’e kadar değişen yaşlarda litolojik birimler mevcuttur. Bunlardan Paleozoyik yaşlı kömürlü birimler, Üst Barremiyen-Alt Apsiyen yaşlı İncüvez Formasyonu ve Üst Kretase yaşlı Fliş geçirimsiz, Paleozoyik yaşlı dolomitik kireçtaşları, Barremiyen-Apsiyen yaşlı kireçtaşları ile Kuvaterner Alüvyon geçirimli özelliktedir. Viziyen yaşlı dolomitik kireçtaşları ile Apsiyen yaşlı kireçtaşları ileri derecede karstlaşmış, Barremiyen kireçtaşları ise orta derecede karslaşmış durumdadır. İzotop analizleri ile bölgede bulunan sular bölgesel yer altı suyu sistemide göz önüne alınarak sığ ve derin dolaşım olarak ayırtlanmıştır. Sığ dolaşıma giren sular doğal olarak güncel sulardır. Buna göre 32 ve 53 nolu lokasyonlardaki sular havzanın derin dolaşımına giren sularıdır. Aydındere 1 ve Gelik yeraltı lokasyonlarının izotopik kompozisyonları benzerlik göstermektedir. Cumayanı mağara kaynağı ile Cumayanı kaynağının izotopik kompozisyonları da aynı şekilde benzerlik göstermektedir. Dolayısıyla bu noktaların hidrojeolojik olarak aynı sisteme dahil oldukları görülmektedir. Diğer noktaların izotopik kompozisyonları arasında belirgin bir benzerlik saptanamamıştır. Bölgesel meteorik su hattının belirlenmesi amacıyla değişik peryotlarda izotop örnekleri alınmalıdır. Bu olay bölgede bundan sonra yapılacak izotop çalışmalarında sağlıklı yorum yapma açısından oldukça gereklidir.

KAYNAKLAR

Aydın, M., 1990, Zonguldak Ulus Sahaları MTA ve TPAO Kuyularından Geçen Jeolojik Kesitler, TPAO, Ankara APHA-AWWA-WPCF, 1981, Standart Methods For The Examination Of Water And Wastewater (15th ED.): American Public Healt Association, Washington, USA, 1134 p. Erduran, B., 1997, Zonguldak – Bağlık – İnağzı – Göbü – Kazköy Kömür Sahalarının Karst Hidrojeolojisi İncelemesi, Yük. Müh. Tezi, H.Ü., Müh. Fak., Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara (yayınlanmamış) Kehinde, M.O., 1993, Preliminary Isotopic Studies In The Bida Basin, Central Nigeria, Environmental Geology, Volume 22, Washington, USA, 212 – 217 p. Öktü, G., Erduran, B., Kır, N., Alkılıç, Ç., Köklü, Z., Nazik, L., Bircan, A., Törk, K., Mengi, H., Özel, E., Tunçperçinel, S., Tuncay, İ. ,Erdoğan, R., 1996, Zonguldak – Bağlık – İnağzı – Göbü – Kazköy Kömür Sahalarının Hidrojeoloji Etüdü Final Raporu, MTA, Ankara (Yayınlanmamış)

270

Özler, İ., Yaver, Y., Kır, N., Canca, N., Tongal, O., Bakan, Z., 1992, Değirmenağzı ile Göbü Arasında Kalan Alanın Jeolojisi ve Kömür Varlığı, MTA, Derleme No:9599, Ankara (Yayınlanmamış) Şengör, A.M.C., Yılmaz, Y., Ketin, İ., 1981, Remnants Of A Pre-late Jurassic Ocean In Northern Turkey: Fragments Of Permian-Triassic Paleo-Thetys, Geological Society Of American Bulletin, Part I, Volume 99, 599 – 609 p. Yergök, A.F., Akman, Ü., İplikçi, E., Karabalık, N., Keskin, İ., Mengi, H., Umut, M., Armağan, F., Erdoğan, K., Kaymakçı, H., Çetinkaya, A., 1987, Batı Karadeniz Bölgesinin Jeolojisi I, MTA, Derleme No:8273, Ankara (Yayınlanmamış) . Yergök, A.F., Akman, Ü., Tekin, F. Karabalık, N., Arbaş, A., Akat, U., Armağan, F., Erdoğan, K., Kaymakçı, H., 1987, Batı Karadeniz Bölgesinin Jeolojisi II, MTA, Derleme No:8848, Ankara (Yayınlanmamış) Yurtsever, Y., 1978, Environmental Isotopes As A Tool In Hydrogeological Investigations Of Southern Karst Regions Of Turkey, Proceedings Of A International Seminar On Karst Hydrogeology, Antalya, Turkey

271

OVACIK OVASINDA (SİLİFKE-İÇEL) DÜŞEY ELEKTRİK SONDAJ YÖNTEMİYLE TATLI SU VE OLASI TUZLU SU GİRİŞİMİNİN

İNCELENMESİ

INVESTIGATION OF FRESH WATER AND PROBABLE SALTY WATER INTERFERENCE BY USING VERTICAL ELECTRICAL SOUNDING AROUND

OVACIK PLAIN (SİLİFKE-İÇEL)

Öğr. Gör. Hatice KARAKILÇIK ve Doç.Dr. Ulvi Can ÜNLÜGENÇ

Ç.Ü. Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü, 01330, Balcalı/ADANA (hkilcik@mail.cu.edu.tr), (ulvican@mail.cu.edu.tr)

ÖZET Bu çalışma Silifke Ovacık ovasında yaklaşık 2.2km2’lik bir alanda yeraltısuyu yönünden önemli formasyonları ortaya çıkarmak, sınırlarını tayin etmek ve inceleme alanının denize yakın olması nedeniyle tuzlu su girişimli bölgeleri saptamak amacıyla yapılmıştır. İnceleme alanında jeofizik yöntemlerden Düşey Elektrik Sondaj yöntemi kullanılmıştır. Çalışma alanının 1/25.000 ölçekli topografik haritası üzerinde 3 tanesi DSİ sondaj kuyusu yakınında olmak üzere, toplam 20 noktada DES (Düşey Elektrik Sondaj) noktaları belirlenerek araziye uygulanmıştır. İnceleme alanında, 20 DES noktasındaki Schlumberger elektrot açılımını kullanarak ölçümler alınmıştır. Bu çalışmada AB/2 genelde 200 m seçilmiştir. Bu yöntemle alınan ölçümlerden, 20 DES noktası için görünür özdirenç değerleri hesaplanarak arazi eğrileri çizilmiştir. Bu eğriler değerlendirilirken hem yardımcı nokta abaklarını hemde ZOHDY (1989) bilgisayar programını kullanarak tabakaların kalınlıkları ve gerçek özdirenç değerleri bulunmuştur. İnceleme alanında 20 DES noktasında 9 profil için jeoelektrik yapı kesitleri çıkarılmıştır. Bu kesitlerde üstte alüvyon, şist ve kireçtaşı birimlerinin ayırımları yapılarak derinlikleri ve kalınlıkları saptanmıştır. İnceleme alanındaki keson kuyular, çakıllı kumlu seviyeler içinde açılmıştır. Alüvyonların fazla su içermesinde tabanındaki karstik kireçtaşlarının önemli katkısı bulunmaktadır. İnceleme alanının denize yakın olması ve ovada kurulan sulama kooperatiflerine ait su sondaj kuyuları tarafından yapılan aşırı pompaj nedeniyle, olası tuzlu su girişimli seviyelerin varlığını belirlemek amaçıyla (AB/2) 10, 50, 100, 160 metreler için görünür özdirenç kat haritaları hazırlanmıştır. Görünür özdireç kat haritalarında en düşük özdirenç değerinin 50 ohm-m olduğu ve bulunan bu değerin Tuncel (1979), Yençilek (1979), Mülayim (1979) ve Aydın (1995) 'ın çalışmalarında tuzlu su girşimli seviyeler için buldukları 2-5 ohm-m değerinden çok yüksek olduğu belirlenmiştir. Hazırlanan görünür özdirenç kat haritalarına göre; inceleme alanında tuzlu su girişimli seviyelerin varlığı belirlenmemiştir. Önceki çalışmalar ve ovada daha önce açılmış olan su sondaj kuyularından alınan su numunesi örneklerinin "Elektrik İletkenleği" (EC) değeri de bu sonucu desteklemektedir. Anahtar Sözcükler: Rezistivite, Tuzluluk, Girişim, Yeraltısuyu Araştırması

272

ABSTRACT This research was carried out within an area of approximately 2.2 square km around Silifke Ovacık plain, in order to explore the important ground water formations, to find out its boundaries, and also to explore the salty water interference fields, as the investigated area is quite close to the Mediterranean sea. Vertical electrical sounding technique (VES) that is one of the measuring techniques in geophysics was used in the study area. 20 VES points, three of which near the DSI sounding wells, were plotted on the 1/25000 scale topographical map and were applied to the investigated area. At these 20 VES points, all the measurement was done by using Schlumberger electrode spacing. In general AB/2 was selected to be 200 m in this study. From these measurements apparent resistivity values have been calculated for 20 VES points and then area curves have been drawn. The thickness of the layers and real resistivity values have been established from these evaluated area curves by using both supporter point auxiliary and Zohdy (1989)’s computer software. At the 20 VES points, geoelectrical structure sections have been prepared for 9 profiles in the investigated area. In these sections contacts between alluvium, schist and limestone units from top to the bottom have been marked and also their depth and thickness have been calculated. The ordinary wells were dug at the levels of gravely sands within the investigation field. The underlying karstic limestones present an important support to the alluviums from the point of underground water supplies. Because of the nearness of the investigation area to the sea and the over pumping of the sounding wells belonging to the cooperatives in the plain, we have investigated the possibility of salty water interferences to the field and therefore, apparent resistivity layers for (AB/2) 10, 50, 100, 160 meters were prepared. The smallest apparent resistivity value of these maps was found to be 50 ohm/m. that is much higher than the value of 2-5 ohm/m, which stand for salty water interference, that was reported in Tuncel (1979), Yençilek (1979), Mülayim (1979), Aydın (1995) studies. According to prepared apparent resistivity layer maps, there is no presence of salty water interference in the investigated area. The previous works and the electrical conductivity (EC) measurement on the water samples got from the sounding wells in the plain support our results. Key words: Resistivity, Salinity, Interference, Underground water Investigation

273

1. GİRİŞ

İnceleme alanı, Doğu Akdeniz bölgesi Mersin ili Silifke İlçesi’nin 40 km batısında yer alan Ovacık Ovasıdır. Kuzeyinde Yapal Mahallesi ile Işıklı Köyü, doğusunda Kargı Mahallesi, Devedamı Mahellesi, Dibekli Mahallesi, güneyinde Ovacık Körfezini kapsamaktadır. Bu bölgede, Ovacık beldesinde yüzeyleyen kayaçlar içerisinde su içeren litolojik seviyelerin saptanması için, Düşey Elektrik Sondaj (DES) yöntemiyle ölçümler yapılmıştır. Ovacık Ovası güneydoğudan ortalama yükseltisi 580 m olan Adadağı ile sınırlanmıştır. Ovanın kuzey ve batı sınırlarında Toros dağları yükselmeye başlar. Ovanın kuzey yamaçları az engebelidir. Adadağı inceleme alanının güneydoğu kesiminde ortalama 30 m’lik bir yükselti ile Ovacık ovasının güney sınırında aniden yükselim kazanır. İnceleme alanında sürekli olarak akan bir drenaj ağı bulunmamakla beraber, hemen bütün dereler taşkın yatağı konumundadırlar. Yaz aylarında sulu bir dereye pek rastlanmaz. Denizaltı kaynaklarının varlığı, Ovacık ovasındaki bu fay zonu ile ilgili olmamakla beraber Ada dağı karstik sisteminden beslenmektedir. Bu çalışmanın amacı, yaklaşık 2,2 km2 'lik bir alanda Düşey Elektrik Sondaj yöntemiyle yer altı suyu olanaklarını araştırmak, jeolojik yapının aydınlatılmasını sağlamak ve ovanın kıyıya yakın oluşu sebebiyle tatlı su tuzlu su girişimli bölgelerin bulunmasını sağlamayı amaçlamıştır. Daha önce çalışma alanı civarlarında genel amaçlı jeolojik incelemeler yapılmasına rağmen, kıyıya yakın olan alan içerisinde tatlı-tuzlu su girişimi hakkında detay incelemeler yapılmamıştır. Bu kapsamda, Ovacık ovasında deniz suyunun kara tarafına doğru tuzlu su girişiminin tespitini yapabilmek ve aynı zamanda ovada yaygın olarak yüzeyleyen alüvyonun sürekliliği, kalınlığı ve litolojisini saptamak, verilerin yorumlanması ve bunun sonucunda en uygun su kuyu yerlerinin belirlenmesi bu çalışmanın amacını oluşturmaktadır. 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Çalışma alanı civarındaki ilk jeolojik incelemelerde Günay (1968), Ovacık ovasının yer altı suyu olanaklarını saptamak amacıyla jeoloji ve hidrojeoloji araştırmaları yapmış ve özellikle denizaltı kaynakları üzerinde durmuştur. Alüvyon akiferlerinden yararlanılarak yapılacak yer altı suyu sulaması ile Ovacık ovasının tamamının sulanamayacağı, özgür bir beslenme alanı olan denizaltı kaynaklarından yararlanılması gerektiği sonucuna varılmıştır. Daha sonra bölgede; Yençilek (1979), Silifke-Hacı İshaklı köyünün güney kıyılarındaki kaynaklardan denize boşalan yer altı suyunun ekonomik amaçlarla kullanılmasını sağlamak amacıyla jeofizik etüdler yaparak, deniz suyunun karstik boşluklar ve çatlaklarla çalışma alanına ulaştığı ve uzaklık ile tuzlu seviyelerinin derinliklerini belirlemiştir. Yine aynı yıllarda Mülayim (1979), İçel-Erdemli-Alata Ziraat okulu civarında denize yakınlık nedeni ile yörede açılacak su sondaj kuyularında tuzlanmayı önlemek amacıyla mevcut durumdaki tuzlu seviyeleri ortaya çıkarmak için jeofizik çalışması yaparak 2 ohm-m ve daha küçük özdirenç değerlerinin olduğu bölgeleri tuzlu seviyeler olarak belirlemiş ve su sondaj yerlerini ve derinlikleri tuzlu seviyeler gözönünde tutarak saptamıştır. Çalışma konusuna paralellik sunması nedeniyle Tuncel (1979)’in, Hatay-İskenderun-Uluçınar ovasında yapmış olduğu jeofizik etüd raporu örnek olarak alınmıştır. Burada, Tuncel kıyı akiferi özelliğindeki ovada açılacak su sondaj kuyularına ışık tutmak için alüvyonda kumlu-çakıllı seviyelerin saptanması, konglomeranın üst topografyasının belirlenmesi ve denizden gelmesi muhtemel tuzluluğun araştırmasını yapıp sonuçta tuzlusu girişimli seviyeleri 5 ohm-m özdirençli ve altında değeri olan

274

yerler olarak belirlemiştir. Aynı şekilde, Aydın (1995), Hatay-Dörtyol-Erzin ovası sahil kesiminde yaklaşık 15 km2' lik bir alanda DES yöntemini uygulamıştır. Burada inceleme alanının denize yakın olması ve ovada kurulan sulama kooperatifleri ve şahıs su sondaj kuyularından yapılan pompaj gözönünde bulundurularak denizsuyunun muhtemel girişiminden kaynaklanacak bölgeleri saptamak amacıyla görünür özdirenç kat haritaları hazırlamış ve bunun sonucunda ovada tuzlusu girişimli seviylerin bulunmadığını belirtmiştir. 3. İnceleme Alanının Genel Jeolojisi İnceleme alanı ve yakın civarında Paleozoyik Zamanı içerisinde Kambriyen (Є), Ordovisiyen (O), Silüriyen (S), ve Devoniyen (D) yaşlı sedimanter kayaçlar; Mesozoyik Zamanını temsilen Jura-Üst Kretase yaşlı karbonatlar ve dolomitik kireçtaşları oluşturmaktadır. Bu temel kayalarını uyumsuzlukla üzerleyen Kuvaterner yaşlı Yamaç molozu (Qy), travertenler (Qtv) ve alüvyonlar (Qal) bulunmaktadır (Şekil 1). Başlıca sedimanter kökenli kayaçlardan oluşan Paleozoyik ve Mesozoyik yaşlı temel kayaların arazideki uzanımları genellikle NE-SW yönlü olup, bu yaşlı kayaçlar Ovacık Ovası civarlarında kalınlığı pek fazla olmayan Kuvaterner yaşlı örtü birimleri tarafından açısal uyumsuzlukla üzerlenmektedir. İnceleme alanındaki yaşlı temelin kırıntılı ve karbonatlı çökelleri Akdeniz kıyısına sınır paralel kuşaklar şeklinde yüzlekler sunmaktadır. Başlıca ince detritiklerden oluşan yaşlı temelin kayaçları genellikle ova çevresindeki yamaçlarda yüzeylemekte olup, Ova kesiminde Kuvaterner yaşlı yamaç molozu ve alüvyonun altında devam etmektedir. Ovanın güneyindeki yaşlı temel, Silüriyene ait kalkşist, bitümlü graptolitli koyu renkli şist ile kuvarsit ve koyu boz renkli grovaklardan oluşmaktadır.

Şekil 1: Ovacık civarını Jeolojik ve Jeofizik lokasyon haritası

275

276

Kuzey kesimlerde ise grovak, kuvarsit, kireçtaşı, killi kireçtaşı ve yumrulu kireçtaşından oluşmaktadır. Kuvaterner yaşlı (Örtü kayalar) kayaçlar inceleme alanı civarındaki en genç kayaçlar olup, temeldeki yaşlı kayaçlar üzerinde açısal uyumsuzlukla yer almaktadır. Kuvaterner yaşlı çökeller; tabandan tavana doğru Yamaç molozu, traverten ve alüvyon olmak üzere üç birime ayrılarak haritalanmıştır. Kuvaternerdeki en genç çökel birim olan alüvyon, Ovacık ovasının kuzey kesimlerde yaygın mostralar sunmaktadır. Başlıca kireçtaşı ve şist çakıllarından ibaret çakıltaşı, çakıllı kumtaşı, kumtaşı, silttaşı ve kiltaşı litolojilerinden oluşan birim yeraltısuyu bakımından en önemli litolojiyi oluşturmakta olup, ovadaki kalınlığı yaklaşık olarak 50 m'yi bulmaktadır. Ovanın kuzeydoğusundaki alüvyon birimi sahile yakın alanlara göre daha kaba malzemeden oluşurken, sahil bölgesi kısımlarında silt ve kumdan meydana gelmiştir. 3.1.Hidrojeoloji Ovacık inceleme alanında yeraltısuyu taşıyan oluşukların başlıcaları alüvyon ile karstik kireçtaşlarıdır. Ovayı kaplayan alüvyonun kalınlığı en çok 50 m' dir. İnceleme alanını kuzeyden ve güneyden çevreleyen kireçtaşları karstik özellikleri sebebiyle yeraltısuyu taşımaktadırlar. Kireçtaşlarının drenaj alanları diğer oluşuklara göre daha önemlidir. Kireçtaşları, sularını karstik kaynaklar yolu ile boşaltmaktadırlar ve alüvyonu pek az miktarda besledikleri anlaşılmıştır. İnceleme alanındaki diğer oluşuklar yeraltısuyu taşımazlar, yani akifer değil, akifüjdürler. Kireçtaşlarının denizaltı kaynakları dışında önemli verdisi olan kaynaklar görülmez. Başka oluşuklarda da kaynaklar bulunmaz. Besleme alanında akarsu yoktur. Ancak taşkın özelliği gösteren dereler görülür. D.S.İ ve yöre halkı tarafından açılmış çakma sondaj kuyuları ve sığ kuyular vardır. İnceleme alnında, denizaltı kaynakları dışında önemli sayılabilecek kaynaklar yoktur. Sadece Yapal Mahallesinde 5-6 lt/sn'lik bir kireçtaşı kaynağı; ayrıca Karğı ve Ovacık Işıklı Mahallelerinde herbiri yaklaşık olarak 3-5 lt/sn verdili iki kireçtaşı kaynağı bulunur. Bunların dışında verdileri önemsiz olan birkaç küçük karstik kaynak daha vardır. Ovacık kasabasının içmesuyu bu küçük karstik kaynaklardan sağlanmaktadır. Kasabanın 500-600 m kadar güneyinden getirilen karstik suyun verdisi yazın 1.5-2 lt/sn kadardır. Bu nedenle Ovacık kasabasının su ihtiyacı yeterince karşılanamamaktadır. Ovacık kasabasının 200 m güneyinde ve sahile 2 m mesafeden başlayarak N65E doğrultusu boyunca sıralanan 4-5 adet denizaltı kaynağı vardır. Sahile en yakın olan kaynağın derinliği 2.5-3 m 'dir. Diğerlerinin derinlikleri yer yer değişmektedir. Rezerv hesaplarından elde edilen sonuca göre bu kaynakların toplam verdisi en az 222 lt/sn' dir. Silifke-Ovacık ovasında D.S.İ ve şahıslar tarafından açılmış su sondaj kuyuları bulunmaktadır. Ovada bulunan en derin kuyu 161 m derinliğindeki 6625 numaralı D.S.İ su sondaj kuyusudur. Burada ilk 50 m 'ye kadar alüvyon, 50-161 metre arası şist geçilmiştir. Ovacık ovasında alüvyon içerisinde açılmış su kuyuları bulunmaktadır. Bunlar derinlikleri 6-15 m arasında olan çakma veya geniş ağızlı sığ kuyulardır. Bu kuyuları tamamı sularını alüvyon içindeki kumlu-çakıllı düzeylerden almaktadırlar. Yaz aylarında çakma kuyulardan santrifüj pompa ile su çekilerek sulama yapılmaktadır. İnceleme alanı içerisinde D.S.İ tarafından açılmış 6625, 42057, 10540 numaralı su sondaj kuyuları bulunmaktadır.

277

4. İnceleme alanında uygulanan Elektrik Sondaj (D.E.S) yöntemi Yeraltının yataya yakın bir çok tabakadan oluştuğu yerlerde rezistivitenin düşey değişiminin elde edilmesi için yapılan işlemdir. Elektrik sondajı yer yüzeyi üzerindeki tek bir noktadan aşağıya doğru derinlikle rezistivite değişimini ortaya koyar ve ilgili derinliklerdeki jeolojik bilgiyle korelasyonu (karşılıklı ilişkiyi) sağlayarak tabakaların kalınlıkları ve özdirenç değerleri bulunur Temel ilke akım elektrotları aralığını arttırmak suretiyle akımın sürekli bir şekilde daha derine işlemesini temin etmektir. Verilen bir yerde birçok noktalarda yeraltı tabakalarının kalınlıklarını ve gerçek özdirençlerini bulduktan sonra yeraltındaki tabakaların arasındaki sınırları bir kesitte gösterilir. Ayrıca verilen bir sınırın yeraltı haritası çizilir. Bu yöntem yer altı suyu içeren tabakaların aranmasında çok kullanılır. Düşey elektrik sondaj noktalarında ölçüm düzeni olarak Schlumberger elektrod açılımı kullanılmıştır. Schlumberger diziliminde elektrotlar O (P1 ile P2'nin ortası) noktasına göre simetriktirler. (Ergin ,1982). Ölçümler, ρa=−πr2/Δr(ΔV/I), bağıntısına göre her DES noktası için hesaplanarak görünür özdirenç değerleri elde edilmiştir. ΔV ve I'yı ölçmek ve elektrot dizilişini bilmek suretiyle ρ rezistivitesini elde ederiz. Homojen ve izotrop bir yer üzerinde bu rezistivite de herhangi bir akım ve elektrot tertibi için sabit olacaktır. Yani akım sabit tutulup ve elektrotlar civarda hareket ettirilirse ΔV potansiyeli her bir tertip için (ΔVρ/I) oranı sabitliğinin korunmasını sağlayacaktır. İnceleme alanında A1A2 uzaklığı arazinin elverdiği ölçüde maksimum 450 m alınmıştır. Gerçekte, bu teknikleri kullanılabilir hale getiren özellikler farklı kayaç ve minerallerin elektrik iletkenliğini geçirmedeki büyük değişmelerdir. (Öztürk,1986). Yüzeye yakın kayaçlardaki iletim hemen hemen tamamıyla kayaçlar da ki gözenek boşluklarını dolduran su içinden olur. Su taşıyan kayaçlarda iletim suyun miktarına, suyun tuzluluğuna ve kayaç içindeki dağılım şekline bağlıdır. Su taşıyan kayaçlarda rezistivite ve litoloji veya jeolojik yaş arasında doğrudan bir ilişki vardır. Çünkü bu iki faktörde bir kayacın porozitesi veya su depolama kapasitesini ve daha az ölçüde kayaç içinde içerilen suyun tuzluluğunu kontrol etmede işe yarar. Çoğu kayaçlar kırık ve çatlaklarla dolu olduğu için elektriksel anlamda homojen ve izotrop olamazlar. Özellikle, şeyl ve çoğu kez kireçtaşı ve şiştler özellikle tabakalanma düzlemlerine göre belirli bir anizotrop karaktere sahiptirler. İnceleme alanında da alüvyonun altında şist ve kireçtaşı yer almaktadır. İnceleme alanında kıyıya dik ve paralel olmak üzere, kuzeydoğu-güneybatı yönünde 5 profil, kuzeybatı-güneydoğu yönünde 4 profil olmak üzere toplam 9 profilde jeoelektrik yapı kesitleri çıkarılmıştır. A, B, C, D, E, profillerinde noktalar arası uzaklık 500m, F, G, H, J profillerinde ise 250m' dir. A, B, C, D, E profilleri denize dik, F, G, H, J profilleri ise denize paralel alınmıştır. İnceleme alanında DES ölçüleri için Kanada yapımı MCPHAR rezistivite aleti kullanılmıştır. İnceleme alanında DES ile elde dilen ölçü değerleri hem bilgisayar yardımı ile hem de çakıştırma yöntemi ile Tagg iki tabaka abağı ve Ebert üç tabaka yardımcı abakları kullanılarak değerlendirilmiştir. Bu çalışmada ayrıca araziden elde edilen ρa değerleri Zohdy (1989)' nin bilgisayar programıyla da değerlendirilerek yine aynı tabaka parametreleri bulunmuştur. Programda, arazide 20 DES noktasında Schlumberger elektrot açılımına göre elde edilen görünür özdirenç (ρa) değerleri ve (AB/2) yarı açılım uzaklığına karşılık gelen değerler kullanılır. Özdirenç ölçme noktalarından elde edilen özdirenç değerleri, bilindiği gibi jeolojik yapının içerdiği suyun kondüktivitesine ve efektif tane çapına bağlıdır. Eğer yapının taşıdığı suyun özdirenci sabit kalacak

278

olursa; ölçülen özdirenç değişiklikleri ile değerlendirilen kesitler jeolojik yapıya tam bir uyumluluk gösterirler. Özdirencin değerinin düşmesi, yapının tane çapının küçüldüğünü gösterir. Bunun tersi olarak özdirenç değerinin büyümesi ise tane çapının büyümesi ile izah edilir. Gözenekliğin, özdirenç ve malzeme durumları ile olan ilişkisi; gözeneklilik özdirenç ile ters orantılıdır. Yani gözenekliği büyük olan yapının özdirenç değeri küçük ve dolayısıyla ince elemanlı, gözenekli küçük olan yapıların özdirenç değeri büyük, buna bağlı olarak ta yapıyı meydana getiren elemanların irileştiği anlaşılır. 5. Tuzlu Su Girişimli Bölgelerin Varlığının Araştırılması Yer altı sularından yaralanmanın çoğalmasına paralel olarak deniz kıyılarına yakın bölgelerde tuzlu suyun, tatlı su akiferleri içine girmesi (intrüzyon) problemi de yaygınlaşmaktadır. Başlangıçta tatlı su tuzlu su ilişkisi iyi incelenmeden, kıyı bölgelerinde açılan ya da fazla su çekilen kuyularda zamanla su kalitesi bozulmakta ve kuyular terk edilmektedir. Bu tür tuzlanmaya, Türkiye genelinde İstanbul’un batısında Bakırköy-Çekmece arasındaki yer altı suyu havzasında ve Kocaeli civarındaki Bostancı-İzmit arasındaki kıyı akiferlerindeki aşırı pompalama sonucunda deniz suyu karışması ile suları tuzlulaşan kuyuları örnek verebiliriz. Yer altı sularının tuzlanması aslında sadece deniz suyuna bağlanamayan geniş kapsamlı bir konudur. Tanım olarak çözünmüş katı madde miktarı 1000 mg/lt (ppm)' den fazla olan sular “Tuzlusu” olarak kabul edilir. Yeraltısuyunda bu miktarı aşan Na, K, Mg tuzlarının bulunması her zaman deniz suyu karışması nedeni ile açıklanamaz. Bugün denizlerden çok uzaklarda da tuzlu yer altı sularına rastlanmaktadır. Buralarda tuzluluğu doğuran diğer kaynaklardır. 5.1 Denize Yakın Akiferler’in Tuzlanması Normal koşullarda serbest ve basınçlı akiferdeki yeraltı su tablası genellikle topografyaya bağlı bir hidrolik eğimle denize ulaşmaktadır. Ancak, yeraltısuyunun hidrolik eğiminin bazı doğal olaylar ve insan eliyle bozulması, ya da yeterli beslenmenin olmaması halinde deniz suyunun yeraltısularına doğru sokulduğu görülür. Bu olay deniz suyunun tatlı yeraltısuyuna girişimi (intrüzyonu) olarak isimlendirilmektedir. Denize yakın akiferlerde yeraltından fazla miktarda ve devamlı olarak su çekilmesi ile karadan denize doğru olan hidrolik eğim yön değiştirmekte, deniz suları akiferlere doğru kilometrelerce sokulmaktadır. Örneğin bugün Californiya’da aşırı pompalama ile yeraltı su seviyesi deniz seviyesinin altına düşürülmüş ve deniz 2-5 km kadar karalara sokularak akiferleri tuzlulaştırmıştır. İstanbul Bakırköy havzasında da aşırı pompalama sonucunda deniz suyunun yer yer içeriye girerek tatlı yeraltısularını tuzlulaştırdığı görülmektedir. Deniz suyu girmesi, denizsuyu ile yeraltısuyu arasında bir bağlantının var olduğu yerde gelişir veya daha belirgin olurlar. Mesela deniz seviyesinde açılmış kanallar intrüzyon veya deniz suyu girmesine neden olur. Kıyılarda yerleşim alanlarını çoğalması nedeniyle su talebi artmaktadır. Bu nedenle kıyı yerleşim alanlarındaki su araştırmaları önemlidir. Tuzlusu girmesi hakkındaki ilk raporlardan biri 1855'te Braitthwaite tarafından yayınlanmıştır. Raporda Londra ve Liverpool’daki kuyulardan pompalanan suyun gittikçe tuzlandığını belirtilmiştir. Bir kıyı akiferinde su çekmeyi azaltmakla girmeye sebep olan aşırı pompalama ortadan kaldırılır. Bu yer altı suyu seviyelerinin deniz seviyesi üstüne yükselmesine ve denize doğru bir gradyan oluşmasına imkan verir. Bir havzanın pompalama programını yeniden tertipleme iyi sonuç verir. Eğer pompalar havzanın iç kesimi yanında çoksa bazı hallerde daha dikçe eğimler havzaya olan iç akımı arttırır. Kuyu

279

yakınında da azaltılan pompalama su seviyesini yükselterek deniz suyunun girmesini engeller (Altınlı,1966). İnceleme alanının güneyini Akdeniz sahili çevirmektedir. Ovacık ovası 2 km uzunluğundaki doğal bir kum plajına sahiptir. Yeraltısuyu bu sahil boyunca denizsuyu ile kontak halindedir. İnceleme alanında alüvyon akiferinin beslenmesi genellikle ovanın kuzeydoğusundandır. Ayrıca bir miktar da kuzeyden beslenme olmaktadır. Boşalma alanı güneybatıdaki sahildir. Ovanın kuzeyindeki kireçtaşları kendi alanlarına düşen yağışlardan beslenmektedirler. Alüvyonal akifer, yağışlarla doğrudan doğruya ilgilidir. Yeraltısuyu kullanımındaki artış, tatlı su-tuzlu su arasında var olan hassas dengenin bozulmasına neden olabilmektedir. Bu tepki yer altı suyu seviyelerinde düşüş ve su kalitesinde azalma olarak kendini göstermektedir. Yer altı suyunun olması gerekenden daha büyük boyutlardaki çekimi deniz suyunun akifere doğru yürümesine sebep olmakta ve su kalitesi düşmektedir. Ovacık kasabasının 200 m güneyinde ve sahile 2 m mesafeden başlayarak N65E doğrultusu boyunca sıralanan 4-5 adet denizaltı kaynağı bulunmaktadır. Sahile en yakın olan kaynağın derinliği 2.5-3 m 'dir. Diğerlerinin derinlikleri yer yer değişmektedir. Rezerv hesaplarından elde edilen sonuca göre bu kaynakların toplam verdisi en az 222 lt/sn' dir (Yençilek,1979). İnceleme alanında tuzlusu girişimli bölgelerin varlığını ve derinliğini jeofizik olarak belirlemek amacıyla inceleme alanında 20 DES noktası için görünür özdirenç değerleri baz alınarak AB/2 (yarı açılım uzaklığı)'nin 10, 50, 100, 160 için kat haritaları hazırlanmıştır (Şekil 2,3 ,4 ,5). Haritalara baktığımızda görünür özdirenç değerlerinin çok yüksek olduğu görülür. Görünür özdirenç kat haritalarında en düşük özdirenç değerinin 50 ohm-m olduğu ve bulunan bu değerin Tuncel (1979), Yençilek (1979), Mülayim (1979), Aydın (1995) çalışmalarında tuzlusu girişimli seviyeler için buldukları, 2-5 ohm-m değerinde çok yüksek olduğu görülür. Bu değerler deniz suyunun yeraltısuyuna girişimi (intrüzyonu) için oldukça yüksektir. Girişimin olabilmesi için bu değerlerin çok daha düşük olması gerekirdi. Bu nedenle diyebiliriz ki, inceleme alanında deniz suyunun yeraltısuyuna girişim olayı yoktur. Haritaların hazırlanmasında "Surfer" programı kullanılmıştır. Bu programda görünür özdirenç değerleri Buna göre inceleme alanında ki alüvyon akifer, kireçtaşlarından beslenmektedir. Alüvyon içinde suya yeni tuzlar katacak nitelikte, kolay eriyebilen maddeler bulunmamaktadır. Kireçtaşlarından gelen sular uzun süre alüvyon içinde kalmadıkları için hiçbir değişikliğe uğramamışlardır.

Şekil 2: AB/2 =10 m için görünür özdirenç kat haritası (ohm-m).

280

Şekil 3: AB/2 =50 m için görünür özdirenç kat haritası

281

282

Şekil 4: AB/2 =100 m için görünür özdirenç kat haritası (ohm-m).

Şekil 5: AB/2 =160 m için görünür özdirenç kat haritası (ohm-m).

283

284

6.SONUÇLAR -İnceleme alanında alüvyon içinde killi çakıl, az çakıllı kil ve çakıl birimleri ayırt edilmiştir. Alüvyonun altında şist ve onunda altında kireçtaşı birimi saptanmış ve bu birimlerin birbirleriyle olan sınırları ve derinlikleri hesaplanmıştır. -İnceleme alanındaki Pliyo-Kuvaterner yaşlı çökellerin çakıllı, kumlu seviyeleri iyi akifer özelliğindedir. Sahada keson kuyular genel olarak bu birim içerisinde açılmıştır. -Örtü konumundaki alüvyonların fazla su içermesine, temellerinde bulunan karstik kireçtaşlarının yeraltı boşalımları önemli katkı sağlamaktadır. -İnceleme alanında yapılan bu etüd sonucunda sulu tarımın ve seracılığın daha da geliştirilmesiyle ihtiyaç duyulacak sulama suyunun sağlanması için kaynakların geliştirilmesi ve bu alanda sondaj yapılması önerilir. -İnceleme alnında D.S.İ tarafından açılmış olan 6625 no' lu su sondaj kuyusundan alınan numuneler sonucunda, sulama sularının sınıflandırılması Wilcox diyağramına göre çok iyi- iyi sular sınıfına, A.B.D. tuzluluk laboratuvarı diyagramına göre ise C2S1 sular sınıfına girmektedir. Orta tuzlu sular (EC 250-750 mikromho/cm arası) orta akaçlama özelliğindeki tabakalarda tuzluluk tehlikesi olmadan tüm bitkiler sulanabilir. -İnceleme alanında özel şahıslar tarafından açılmış olan kuyular C3S1 sınıfındandır. Tuzlu sular akaçlaması kötü olan arazilerde sulamada kullanılmaz. Zemindeki tuz miktarının gözlenmesi gerekebilir. Bu özellikteki sular kullanılacaksa, tuza dayanıklı bitkiler seçilmelidir. -İnceleme alanının sahile yakın olması sebebiyle ovada olması muhtemel tuzlusu girişimli bölgeleri ortaya çıkarmak gayesiyle AB/2=10, 50, 100, 160 m için görünür özdirenç kat haritaları çıkarılmıştır. Görünür özdirenç kat haritalarında en düşük özdirenç değerinin 50 ohm-m olduğu ve bulunan bu değerin Tuncel (1979), Yençilek (1979), Mülayim (1979), Aydın (1995) çalışmalarında tuzlusu girişimli seviyeler için buldukları, 2-5 ohm-m değerinde çok yüksek olduğu görülür. -Görünür özdirenç kat haritalarına göre de inceleme alanında tuzlu su girişimli seviyelerin varlığı görülmemiştir. Önceki çalışmalar ve ovada daha önce açılmış olan su sondaj kuyularından alınan su numune örneklerinin "Elektrik Geçirgenlik" (EC) değerlerinin de bu sonucu desteklediği görülmektedir. KAYNAKLAR: ALTINLI, İ.E., (1966), Yeraltısuyu Jeolojisi Ders Notları AYDIN, K., (1995),Düşey Elektrik Sondaj Yöntemi İle Hatay-Dörtyol-Erzin Ovası Sahil Kesiminde Yeraltısuyu Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi. DİZİOĞLU, M.Y., KEÇELİ,A.D., (1981),Elektrik Ve Elektromagnetik Prospeksiyon Yöntemleri. İstanbul Üniversitesi Yayınlarından; Sayı 2817,No:157. ERGİN, K., (1981) Uygulamalı Jeofizik. İTÜ Mühendislik fakültesi Yayını.

285

ERGUVANLI, K., YÜZER, E., (1987) Yeraltısuları Jeolojisi (Hidrojeoloji). İ.T.Ü Maden Fakültesi . Yayın No:23. Nisan 1987. GÜNAY, G., (1968) Silifke Ovacık Ovası Rezerv raporu. rapor No:1904/3 D.S.İ Jeoteknik Hizmetler Ve Yeraltısuları Dairesi Başkanlığı Ankara. GÜVEN, C., (1900), Jeoelektriksel Arazi Ölçülerinin Kıymetlendirme Teknikleri, Nümerik Tablo Ve Model Eğrilerinin Meydana Getirilişi. MÜLAYİM, H., (1979) İçel-Erdemli Ziraat Okulu Jeofizik İnceleme Raporu. Arşiv No:43 Adana. ÖZTÜRK, K., (1986) Elektrik Ve Elektromagnetik Prospeksiyon Yöntemleri. İstanbul Üniversitesi Yayını. TUNCEL, E., (1979) Hatay-İskenderun-Uluçınar Ovası Jeofizik Rezistivite Etüd Raporu. D.S.İ Yayını. Arşiv No.37 Adana. TÜRKMEN, G., ERTÜRK, A., TÜRKMAN, M., (1974) Dörtyol-Erzin ovası Hidrojeolojik Etüd Raporu. D.S.İ Arşiv No.42. YENÇİLEK, R., (1979) Ovacık Denizaltı Kaynakları Jeofizik İnceleme Raporu. D.S.İ Yayını. Arşiv No.35. ZOHDY. A.A.R., (1969) The Use Of Schlumberger And Equatorial Soundings In Groundwater Investigations Near El Paso, Texas. Vol.34, No.5, P.713-728. ZOHDY. A.A.R., (1989) A New Method For The Automatic Interpretation Of Schlumberger And Wenner Sounding Curves. Geophysics Vol.54, No.2, P.77.

287

KARIŞIM SULARINDA KÖKENSEL KATKILARIN BELİRLENMESİ

ESTIMATION OF THE CONTRIBUTION OF THE WATER SOURCES IN THE MIXED WATERS

Türker KURTTAŞ

Hacettepe Üniversitesi, Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve

Araştırma Merkezi, 06532 Beytepe – Ankara E.Posta: kurttas@hacettepe.edu.tr

ÖZET Hidrojeoloji çalışmalarında farklı kökenli suların ayırtlanması, çoğu zaman basit hidrojeokimyasal değerlendirmeler yeterli olmaktadır. Bu çalışmada hidrojeokimyasal verilerin karışım mekanizmalarının anlaşılmasında nasıl kullanılabileceği açıklanmıştır. Hidrojeoloji çalışmalarında karışım miktarları fiziksel yada kimyasal açıdan reaktif olmayan bileşenler kullanılarak hesaplanmaktadır. Karışım miktarı hesaplamalarında hidrojeokimyasal olarak karışımı sağlayan uç bileşenlerin miktarlarının bilinmesi gerekmektedir. Karışım sularının oranlarını belirlemek için hidrojeokimyasal verilerin eksik olduğu yada daha pratik ve çabuk çözümler gerektiğinde kullanılabilecek bir diğer parametre suyun Elektriksel iletkenliğidir. Geleneksel yöntemlerin hidrojeolojik yapıyı tanımlamakta yetersiz olduğu durumlarda izotop teknikleri yaygın olarak kullanılmaktadır. 18O ve D konservatif izotoplar olarak akifer içindeki hidrojeokimyasal süreçlerden etkilenmezler ve akiferin beslenme miktarı, beslenme bölgesinin ayırtlanması, yeraltısuyu-yüzey suyu ilişkileri, karışımın belirlenmesi ve çatlaklı kayaçlardaki beslenme-boşalım ilişkilerini açıklamakta kullanılmaktadır. Kararlı izotop verileri kullanılarak karışımı sağlayan suların kökeni; tuzların çözünmesi, buharlaşma ile izotopça zenginleşme veya tatlı su-tuzlu su veya tatlı su-deniz suyu karışımı kolaylıkla ayırt edilebilir. ABSTRACT In many cases simple hydrogeochemical evaluations are sufficient to distinguish different source of the waters in the hydrogeological studies. In this study how hydrochemical data can be used to understand mixing mechanism is explained. Mixing ratios determined by using physically or chemically nonreactive component in hydrogeological studies. For mixing quantity calculations, quantity of the end members that cause to mixing, need to be known. Electrical conductivity is another parameter may be used when lack of hydrochemical data is present or more practical and fast solution is required. Isotope techniques are widely used to describe the hydrogeological conditions, where the conventional methods is not sufficient to understand. Since 18O ve D are conservative isotopes and do not effected by the hydrochemical processes in the aquifer, they are used to explain recharge

288

quantities of the aquifer, determination of the recharge areas, groundwater-surface water relations, determinatiıon of mixing quantities and understanding of recharge-discharge relations in the fractured aquifers. By using stable isotope data, sources of the mixing portions, dissolution of salts, evaporation and isotopic enrichment or fresh water-salt water/fresh water- sea water mixing can be identified easily.

GİRİŞ

Hidrojeoloji çalışmalarında farklı kökenli suların ayırtlanması, var olan kaynakların ekonomik olarak kullanılması ve aşırı çekim sonucunda veya doğal koşulların etkisi ile niteliğini kaybetmiş/kaybetmekte olan suların kullanılması açısından önem taşımaktadır. Bu kapsamda kıyı akiferlerinde deniz suyu girişimi mekanizmasının anlaşılması, ve karışım miktarlarının belirlenmesi, tatlı suyun kirlenmeden işletilmesine olanak sağlaması açısından önemlidir. Çoğu zaman basit hidrojeokimyasal ilişkiler bu mekanizmayı anlamamıza olanak vermektedir. Geleneksel hidrojeolojik yöntemlerin uygulanmasının yeterli olmadığı durumlarda ise özellikle suyu oluşturan elementlerin izotopları çok faydalı olmaktadır. Hidrojeoloji çalışmalarında yararlanılan doğal izotoplar özellikle, "Duraylı İzotoplar" dediğimiz ağır su elemanı olan ve suların yapısında bulunan hidrojenin izotopu Döteryum (D) ile Oksijenin izotopu 18O ve hidrojenin radyoaktif izotopu Trityum 3H dur. Suyun doğal bileşenleri olmaları nedeniyle iyi bir izleyicidirler. Akiferlerde gelişen hidrojeokimyasal süreçlerin çoğundan etkilenmezler. Buna karşın suyun etkilendiği fiziksel/kimyasal süreçler hakkında değerli ipuçları verirler (Kurttaş, 2000). Bu çalışmada karışım mekanizması ve özelde de bunun bir biçimi olan deniz suyu etkisi incelenecektir. Kuşkusuz her çalışma alanı kendine özgü hidrojeolojik koşullara sahiptir ve genel yaklaşımların uygulanabilirliği mümkün olmayabilir. Örneğin, jeolojik devirlerde akifer içinde hapsedilen su ile mevsimsel yağışların etkisi altında olan bir akiferdeki yeraltısuyunun koşulları aynı olmayacaktır. Bu nedenle hidrojeolojik problemlere birebir çözüm önermek yerine genel olarak hidrojeokimyasal ve izotop tekniklerinin karışım problemlerini anlamakta nasıl kullanılabileceğine değinilecektir. Okuyucunun kendi problemine yönelik çözümleri çalıştığı alandaki hidrojeolojik koşulları dikkate alarak değerlendirmesi sağlıklı bir çözüm açısından gerekli görülmektedir. KARIŞIM MEKANİZMALARININ TANIMLANMASI

Yeraltısuyunun tuzlanması jeolojik devirler boyunca kayaçların içinde hapsedilen deniz suyu karışımı, evaporitlerle temas sonucu çözülme, sulama suyunun karışımı, buharlaşma ve kıyı akiferlerinde deniz suyu girişimi gibi nedenlerdir. Nedeni ne olursa olsun tuzlanma mekanizmaları çoğu zaman basit hidrojeokimyasal değerlendirmeler ile anlaşılabilmektedir. Kıyı akiferlerinde doğal koşulların etkili olduğu alanlarda tatlı suyun basıncının tuzlu suyun basıncından büyük olduğu durumlarda tatlı su-tuzlu su bir ara yüz boyunca dengede bulunmakta ve tatlı su karadan denize doğru hareket etmektedir. Yoğunlukları farklı olan suların karışımı bu yüzey boyunca yalnızca moleküler diffizyon ile gerçekleşmektedir (Delleur, 1999). Kıyı akiferlerindeki aşırı çekim hidrodinamik dengeyi deniz suyu lehine bozmakta ve deniz suyu karaya doğru hareket etmekte ve akiferin içine doğru ilerlemektedir. Aynı şekilde tuzlu su kütlesinin üzerinde işletilmekte olan bir akiferde aşırı çekim nedeni ile tatlı su-tuzlu su sınırındaki basınç yüksekliği değişmekte ve tuzlu su yukarı doğru hareket etmekte ve kirliliğe neden olmaktadır. Klasik anlamda kıyı

akiferlerinde deniz suyu girişimi Ghyben-Herzberg eşitliğine dayalı bir karışım dinamiği ile ele alınmaktadır (Delleur, 1999). Bu çalışmada bu eşitliğe ilişkin yöntemlere değinilmeyecek, bunun yerine hidrojeokimyasal verilerin karışım mekanizmalarının anlaşılmasında nasıl kullanılabileceği açıklanacaktır. Doğal suların fiziksel özellikleri ve major iyon içerikleri, suları kendi içinde gruplandırmakta ve karışım miktarlarını değerlendirmekte kullanılabilir. Bunun yanında Cl-/SO4, Mg+2/Ca+2, Cl-

/Na++K+ veya HCO3/SO4 ve doygunluk indisi hesaplamaları tuz/karışım konsantrasyonu ve kökeni hakkında yeterli bilgiyi sağlayabilir. Bir iyon açısından çözünürlük sınırına ulaşmış su örneğinde tuzun kökenini belirlemek çoğu zaman mümkün olmamakla beraber, seyreltik çözeltilerde de tuz konsantrasyonunun buharlaşmadan mı, katı tuzlardan mı (sulama suyunun buharlaşması gibi) olduğunu belirlemek kolay olmaktadır. Hidrojeolojik çalışmalarda su noktalarının arasındaki ilişkilerin açıklanması akifer içindeki dolaşım mekanizmaları ve yeraltısuyunun beslenim-boşalım ilişkilerini anlamaya yardımcı olmaktadır. Yeraltısularının deniz suyu tarafından tuzlanmasına örnek olarak ve karışım oranlarını hesaplamak üzere Çizelge 1’de Gökova Körfezi ve civarındaki su noktalarına ait ölçüm ve analiz sonuçları verilmiştir. Herhangi iki değişik kimyasal bileşime sahip suyun belirli oranda karışması sonucunda oluşan sonuç suyun kompozisyonunun belirlenmesi bu çalışmanın amaçlarından birini oluşturmaktadır. Çizelge 1. Gökova Körfezi su noktalarına ait hidrojeokimyasal veriler (Kurttaş, 1997) Kod Örnek Adı Tipi T pH EC(25 oC) TDS Cl CO3 HCO3 SO4 Ca Mg Na K

°C μS/cm mg/l meq/l meq/l meq/l meq/l meq/l meq/l meq/l meq/lGK-13 Bağyaka Köyü Kaynak 11.5 8.15 317 314.74 0.61 1.00 1.994 0.56 2.02 1.01 0.33 0.12 -0.01GK-12 Yeniköy Kaynak 14.4 7.60 403 364.07 0.90 1.80 3.316 0.42 3.98 0.39 0.34 0.17 0.04GK-11 Algı Köyü Kaynak 14.9 7.25 535 422.91 0.63 1.60 4.031 0.55 4.88 0.44 0.37 0.18 0.00GK-16-C Kuyu - III Kuyu 16.6 7.87 554 465.15 1.25 - 3.420 1.94 3.17 2.79 0.38 0.33 0.10GK-15 Akçapınar Köyü Kaynak 16.5 7.36 629 510.91 0.90 2.00 5.348 0.34 3.13 2.66 0.68 0.35 0.04GK-16-B Kuyu - II Kuyu 16.6 7.74 658 484.85 1.11 - 3.453 2.19 3.52 2.88 0.55 0.30 0.08GK-16-A Kuyu - I Kuyu 16.2 7.75 865 552.20 1.92 1.00 3.222 2.64 3.91 3.04 1.12 0.35 0.22GK-5 Belediye Kuyuları Kuyu 15.6 7.64 1443 904.68 8.32 0.20 4.165 1.55 5.13 2.75 5.56 0.40 1.30GK-4 Halil'in Yeri Rest. Kaynak 14.9 7.52 1719 1010.94 10.12 0.20 4.070 1.82 5.17 2.96 6.38 0.74 1.61GK-1 Azmak(duvar dibi) Kaynak 15.8 7.36 1973 1459.57 13.74 1.00 3.674 5.09 8.41 5.46 9.62 1.07 2.22GK-2 Azmak-Kümes Kaynak 15.7 7.40 2355 1704.64 17.84 1.80 3.718 5.69 8.75 6.54 11.12 1.30 2.92GK-3 Cennet Restaurant Kaynak 15.8 7.45 2753 2073.21 23.02 1.00 4.630 5.90 10.39 7.53 15.03 1.01 3.80GK-8 Çınaraltı Kaynak 15.6 7.40 5522 3440.56 52.80 2.40 4.005 3.69 8.24 16.12 30.94 1.53 8.85GK-7 Deniz Rest.-2 Kaynak 15.6 7.33 5658 4009.77 59.40 1.60 3.855 5.36 12.46 13.65 38.85 2.37 9.97GK-10-B Ören (Acısu) II Kaynak 17.2 7.22 8431 6072.46 86.50 0.98 4.666 8.94 17.71 16.76 60.50 8.38 14.41GK-9 Akbük Limanı Kaynak 17.3 7.17 8483 5762.24 88.04 2.20 4.648 6.84 17.63 18.75 57.48 2.89 14.83GK-6 Deniz Rest.-1 Kaynak 16.0 7.31 10447 5081.61 72.86 1.40 3.729 11.26 14.12 18.28 48.13 2.81 12.26GK-10-A Ören (Acısu) I Kaynak 17.1 7.26 10846 6709.45 96.75 2.20 4.949 11.42 31.31 21.39 57.52 5.18 15.41GK-14 Gökova Körfezi Deniz Suyu 22.3 7.94 37650 25237.64 427.49 1.40 3.016 30.49 36.68 96.24 246.63 21.66 72.43GK-17 Marmaris (Deniz) Deniz suyu 20.9 8.21 45980 48706.51 813.31 - 2.847 45.29 18.58 187.56 632.38 8.50 -GK-18 Ören (Deniz) Deniz suyu 25.1 8.09 >50000 35732.53 590.00 - 2.843 38.35 23.45 78.56 476.08 11.00 100.00

Deniz Suyu

Katkısı

Anyonlar KatyonlarArazi Ölçümleri

Çizelgedeki veriler sıcaklık, EC ve Cl içeriklerine göre tekrar sıralanmışlardır. Örnekleme ve analiz çalışmalarından sonra sonuçların bu türde bir sıralanmaya tutulması bile çoğu zaman sular arasındaki olası ilişkileri incelemekte kullanılabilir. Çizelgede yeraltısuyunun sıcaklıkları ile iyon içerikleri ve Toplam Çözünmüş Katı (TDS) içerikleri arasında yaklaşık doğrusal bir ilişki olduğu görülmektedir. Bölgenin hidrojeolojik koşullarını ve kavramsal modeli de dikkate alınarak, yeraltısularının genel olarak GK11, GK-12 ve GK-13 nolu örnekler ile GK-17 ve GK-18 nolu örneklerin karışımını temsil ettiğini söylenebilir. Yine bu çizelgeye bağlı olarak çizilen TDS-Na ve TDS-Cl grafiklerinde (Şekil 1) bu durum açık bir şekilde görülmektedir.

289

290

Şekil 1. Gökova kaynaklarına ait TDS-Na ve TDS-Cl grafikleri (GK-14, GK-17 ve GK-18 örneklerinin Na ve Cl değerleri üçe bölünmüştür) Benzer şekilde Çizelge 1’deki diğer iyonlara karşı TDS grafikleri çizildiğinde de benzer eğilimi gösteren grafikler elde edilmiştir. Hidrojeokimyasal analizlere ait grafikler yukarıdaki örnekte olduğu gibi doğrusal bir ilişkiyi göstermiyorsa muhtemel nedenleri; örneğin değişik kompozisyonlara sahip ve birbirleri ile ilişkili olamayan kaynakları olduğu yada veri kalitesinin bozukluğu gibi nedenlerdir. Şekil 1’de yeraltısularının bünyelerindeki deniz suyu/tuz miktarı ile doğru orantılı olarak karışım doğrusu üzerinde yer aldığı görülmektedir. Beslenme bölgesinden boşalım noktasına doğru ilerledikçe suların iyon içeriklerinin artmakta olduğu, ancak artış oranlarının yaklaşık sabit olduğu görülmektedir. Bu grafiklerden itibaren karışım oranları hesaplamasında karışımı sağlayan iki uç bileşenin kimyasal kompozisyonlarını belirlemek gerekmektedir. Örneğin yukarıdaki çalışmada hidrojeolojik koşulları da dikkate aldığımızda bölgedeki suların kimyasal bileşimini sağlayan uç bileşenlerin GK-11, GK-12 ve GK-13 nolu sular ile GK-17 ve GK-18 nolu deniz suyu olduğu söylenebilir. Uç suların nitelikleri belirlendikten sonra karışım miktarları aşağıda tarif edilen biçimde belirlenebilirler. Yeraltısuyunun deniz suyu katkısı ile tuzlanması esas olarak tatlı yeraltısuyu (tuzlanmamış) ile deniz suyunun karışması (mixing) olayıdır. Hidrojeoloji çalışmalarında karışım miktarları fiziksel yada kimyasal açıdan reaktif olmayan bileşenler (örneğin Cl, 18O) kullanılarak hesaplanmaktadır. Bu karışımı sağlayan bileşenlerin belirlenmesi hidrojeokimyasal olarak iki uç bileşenin karışımı sonucunda oluşan sonuç sudaki uç bileşenlerin hacimsel oranları kullanılarak aşağıdaki eşitlikle belirlenebilir: Cuç1*Vuç1 + Cuç2*Vuç2 = Csonuç*Vsonuç (1) Burada Cuç1 ve Cuç2 : Uç suların içerdiği kimyasal veya fiziksel bir bileşenin (örneğin Cl veya 18O)

derişimini Vuç1 ve Vuç2 : Uç su hacimlerinin sonuç su hacmine (Vsonuç) oranı (örn. %50 yada 0.5) Csonuç : Sonuç sudaki fiziksel veya kimyasal bileşenin derişimini Vsonuç : Sonuç su hacmini belirtmektedir.

0

50

100

150

200

250

300

0 5000 10000 15000 20000

TDS (mg/l)

Cl (

meq

/l)

Deniz suyu

Karışım sularıTatlı su

0

50

100

150

200

250

0 5000 10000 15000 20000

TDS (mg/l)

Na

(meq

/l)

Deniz suyu

Tatlı suKarışım suları

Örneğin 20mg/l Cl içeren 250 ml su ile (uç1), 80 mg/l Cl içeren 750 ml suyun (uç2) karışımı sonucunda, sonuç suyun Cl içeriği Cuç1*Vuç1 + Cuç2*Vuç2 = Csonuç*Vsonuç 20 mg/l * 0.25 l + 80 mg Cl/l * 0.75 l = 65 mg Cl/l 1 olarak belirlenir. Eşitlik (1) kütle dengesi ilkesine dayalı olduğundan, A ve B kütlelerinin karışımı sonucunda herhangi bir nedenle (fiziksel ve/veya kimyasal etki sonucu) toplam kütlenin değişmemesi gereklidir. Hidrojeokimyasal açıdan bu tür karışımlar korunumlu karışımlar olarak adlandırılır. Genel bir tanım oluşturmak amacı ile A ve B kimyasal bileşimine sahip iki uç üyenin karışımı sonucunda oluşan suyu S (sonuç) olarak tanımladığımızda (1) nolu eşitlik aşağıdaki şekle dönüşür; CA*VA + CB*VB = CS*VS (2) Bu eşitlikte VS = VA + VB (3) Hacimsel ilişki yerine konulup yeniden düzenlenirse CA*VA + CB*VB = CS* (VA + VB) (4) CA*VA + CB*VB = CS* VA + CS* VB (5) CA*VA - CS* VA = CS* VB - CB*VB (6) VA * (CA-CS) = VB * (CS - CB) (7) VV

C CC C

A

B

S B

A S=

−−

(8)

elde edilir. Burada A tatlı su, B deniz suyu ve C ise A ve B sularının karışımıdır. (8) nolu eşitlik deniz suyunun karışımını hesaplamak için yeniden düzenlendiğinde, VV

C CC C

B

S

S

B A=

−−

A (9)

ilişkisi elde edilir. Sonuç olarak elde edilen eşitlik deniz suyu katkı oranları yada genel anlamda karışım miktarlarının hesaplanmasında kullanılabilir. Bu eşitlik daha açık bir şekilde şöyle ifade edilebilir;

Uç bileşenin katkısı (%)TatlıDeniz

TatlıÖrnek

ClClClCl

=−− (10)

291

292

Yukarıdaki eşitlikteki tüm derişimler mmol/l cinsindedir. Deniz suyunun Cl içeriği ancak jeolojik zaman boyutunda değişim göstermektedir. Deniz suyu için kullanılabilecek bazı değerler için Appelo and Postma (1992), Hollanda kıyısındaki Atlantik okyanusu için 566 mmol/l, Hem (1989) ortalama okyanus suyu için 535 mmol/l değerini önermektedir. Kurttaş (1997) çalışmasında ise bu değer GK-18 Ören deniz suyu örneğine ait 590mmol/l olarak kullanılmıştır. Pratikte karışım hesaplarında bileşenlerin hacimsel toplamının 1 birim hacim olduğu kabulü ve çoğu zaman analiz sonuçlarının mg/l veya meq/l olarak ifade edildiği dikkate alınırsa, herhangi bir uç bileşenin katkı oranı hesaplamalarında aşağıdaki formül yaygın olarak kullanılmaktadır; Cörnek = Cuç1 x + Cuç2 (1-x) (11) Burada, Cörnek : örneğin iyon içeriği (herhangi bir iyon olabilir Na, Cl, SO4 gibi) Cuç1 : ortalama birinci uç bileşenin iyon içeriği (örneğin tatlı su) meq/l Cuç2 : ortalama ikinci uç bileşenin iyon içeriği (örneğin tuzlu su) meq/l x : karışım oranı Bazı iyonların akış yolu boyunca çeşitli kimyasal reaksiyonlara girebileceğini düşünerek, hesaplamalar akiferdeki hidrojeokimyasal olaylardan etkilenmeyen iyonlar ile yapılır ve Cl iyonu sağlıklı sonuç verir. Çizelge 1’ de Cl değerlerini kullanarak GK-8 nolu örneğin deniz suyu katkı oranını hesaplandığında (11) nolu eşitlik ClGK-8 = ClOrt(GK11,GK-12,GK-13) x + Cl(GK-17) (1-x) (12) olacaktır. Değerleri yerine koyup eşitlik çözüldüğünde 52.8=ort (0.61, 0.90, 0.63)x + 590.00 52.8= 0.71x+701.66(1-x) x=91.15 bulunur Yukarıdaki hesaplamalara göre GK-8 nolu örneğin kimyasal kompozisyonunda % 91.15 oranında tatlı su ve % 8.85 oranında deniz suyu katkısı olduğu anlaşılmaktadır. Karışım oranları hesaplamalarının daha gerçekçi olmasını sağlamak üzere, aralarında benzer ilişkilerin belirlendiği, bütün iyonlar için hesaplamalar yapılmalı ve ortalaması kullanılmalıdır. Çizelge 1 ‘de dikkat çekici bir diğer unsur ise deniz suyunun GK-14 Gökova Körfezi örneğinde % 25 in üzerinde tatlı su tarafından seyreltilmiş olmasıdır. Bu durum özellikle yüksek debili karstik akiferlerin boşaldığı kıyı akiferlerinde rastlanılabilecek bir durumdur. Öte yandan, temsil edici tatlı su Cl içeriğinin gerçekçi bir biçimde belirlenmesi, deniz suyu katkı oranlarının doğru hesaplanması açısından önemlidir. Bu değer çalışma alanındaki yağışların Cl içeriği olabildiği gibi aşağıdaki nedenlere bağlı olarak ilksel Cl içeriğine sahip olan yeraltısuları da olabilir. Bu tür sular genellikle yüksek kotlarda yüzeye çıkan ve akiferin kısa dolaşımı sonucunda

kirlenmeye yada değişik kökenli suların karışımına maruz kalmadan sistemin ilksel kimyasal yapısını tanımlayan kaynaklardan elde edilmektedir. Sahile yakın havzalarda tatlı sulardaki Cl içeriğinin değiştirebilecek başlıca kaynakları şunlardır;

• Deniz suyu saçılmasından (sea spray) dolayı yağış suyuna geçen Cl

• özellikle deniz suyu saçılması sırasında su damlacıklarının buharlaşması sonucunda oluşan Cl ‘ce zengin toz partiküllerinin (aerosol) rüzgarla kara üstüne taşınarak yağması (dry fall out) ve toprak yüzeyi üzerinde biriken bu tuzların (toz) yağış suyu ile eritilerek yeraltısuyuna katılması

• Ayrıca Cl içeren minerallerin (örneğin, NaCl, KCl gibi evaporitler, kloroapatit gibi volkanik kökenli mineraller) çözünmesi ve magmadan itibaren oluşabilecek (Cl2) gaz kaçışları

• Deniz suyu

Akifer sistemlerinin çoğunluğunda, yeraltısuyundaki Cl ’ün başlıca kaynağı “dry fall-out” ve “sea-spray” den etkilenen beslenim ve gözeneklerdeki fosil deniz suyudur. Akiferlerin yüzeye yakın bölümlerinde yıkanma (flushing) daha yoğun olduğundan, fosil su oranı hızla azalmakta; bu nedenle, fosil sudan kaynaklanan Cl artışı ancak uzun süre yeraltında kalmış, büyük dolaşım uzunluğuna (bir kaç 100 km) sahip akiferlerde ortaya çıkmaktadır. Yüzeyden sızan sularda ilk birkaç metrelik derinlik boyunca buharlaşmadan dolayı tüm diğer iyonlarla birlikte Cl iyonu da derişim açısından zenginleşmektedir. Bu durum, özellikle geniş dağlık alanlara yayılan havzalarda efektif yağışın (veya gerçek ETp ‘nin) gerçekçi biçimde belirlenmesi amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır (Kurttaş, 1997). Karışım sularının oranlarını belirlemek için hidrojeokimyasal verilerin eksik olduğu yada daha pratik ve çabuk çözümler gerektiğinde kullanılabilecek bir diğer parametre suyun Elektriksel iletkenliğidir. Bunun için yine Appello and Postma (1992) tarafından önerilen aşağıdaki eşitlik kullanılabilir.

Karışım (%)KTuzlu

TatlıTuzlu

ECECECEC

=−

−

(13) Burada, ECTuzlu : Tuzlu suyunun EC değeri (μS/cm) ECTatlı : Deniz suyundan etkilenmemiş tatlı yeraltısuyunun EC değeri (μS/cm) ECK : Örneğin (karışım suyunun) EC değeri (μS/cm) Karışım miktarları belirlenirken yada suların sınıflandırılması aşamalarında çizilen kompozisyon grafikleri aynı zamanda karışım sularının uç üyelerinin kimyaları hakkında da fikir verebilirler. Örneğin Şekil 2 de uç üyelerinin kimyasal kompozisyonlarına bağlı olarak çizilen üç olası kompozisyon grafiği gösterilmiştir.

293

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.80

0 20 40 6

TDS(c)

SO4 (

meq

/l)

002468

1012141618

0 20 40 60

TDS(a)

SO4 (

meq

/l)

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

0 20 40 60

TDS(b)

SO4 (

meq

/l)

Şekil 2.Üç değişik uç bileşeni tanımlayan karışım grafikleri (Mazor, 1991’den değiştirilerek) Şekil 2 de (a) grafiğinde karışım doğrusunu orijine doğru uzattığımızda yaklaşık sıfır “o” noktasını kesmektedir. Bu durum karışımı sağlayan uç bileşenlerden tatlı olanının SO4 içeriğinin ihmal edilecek derecede az olduğunu göstermektedir. (b) örneğinde ise tatlı su uç bileşeninin SO4 dışında bir başka iyonca zengin olduğunu göstermektedir. (c) örneğinde ise uç bileşenlerinin her ikisinin de önemli miktarda SO4 içerdiğini göstermektedir (Mazor, 1991). Kompozisyon grafikleri kimi zaman ikiden fazla suyun karışımını gösterebilirler. Örneğin Şekil 3 de bu tür karışım sularına örnek olacak varsayımsal üç uç bileşenli kompozisyon grafiği görülmektedir.

0

2

4

6

8

10

12

0 20 40

TDS(c)

Cl (m

eq/l)

60

1

2

3

02468

1012141618

0 20 40 60

TDS(a)

Na (m

eq/l)

1 2

3

0

2

4

6

8

10

12

0 20 40 60

TDS(b)

Mg

(meq

/l)

1 2

3

Şekil 3. Üç uç bileşenli kompozisyon grafiği (Mazor, 1991’den değiştirilerek)

Şekilde 3’te üç farklı kimyasal kompozisyona sahip uç suların değişik oranlarda karışması sonucunda elde edilen suların Na, Mg ve Cl değerlerine karşı TDS grafikleri verilmiştir. Bunlardan 1 numaralı uç bileşen, düşük TDS ve yüksek Na ve düşük Mg ve Cl değerlerine, 2 nolu örnek, orta değerde TDS ve düşük Na ve yüksek Mg ve Cl içeriğine ve diğer 3 nolu bileşen yüksek TDS yüksek Na ve düşük Mg ve Cl sahip sulardır (Mazor, 1991). Diğer örnekler bu üç uç bileşenin katkısı oranında grafikteki yerlerini almaktadır. Hidrojeokimyasal örneklemelerden itibaren genel olarak suların karışımı ve özel olarak ta deniz suyu girişimi ile ilgili nicel ve nitel bilgiler elde edilebilmektedir. Gereksinim duyulan bilgilerin detayı arttıkça yeni tekniklerin kullanılması kaçınılmaz olacaktır. Örneklerin gruplandırılması yada

294

295

öbeklenmesi, karışım miktarlarının hesaplanması ve kaynak gruplarının beslenme kaynaklarının/bölgelerinin ayırtlanması çoğu zaman basit kimyasal özellikler incelenerek elde edilebilmektedir. Bu analizlerin yeterli olmadığı veya desteklenmesi gerektiğinde izotop teknikleri kullanmak yararlı olmaktadır. KARIŞIM MEKANİZMALARININ AÇIKLANMASINDA İZOTOPLARIN KULLANIMI

Geleneksel yöntemlerin yetersiz olduğu durumlarda hidrojeolojik yapıyı tanımlamaya yönelik olarak izotop teknikleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Karışım mekanizmaları ile ilgili olarak karşılaşılan hidrojeolojik problemin çözümünde hidrojeolojik veriler, hidrojeokimyasal veriler ve bütünleyici olarak ta izotop teknikleri kullanılmaktadır. İzotoplar genel olarak aşağıdaki amaçlara yönelik olarak kullanılmaktadır (Fontes, 1980). Yeraltısuyunun kökeni; Düşük sıcaklık akiferlerinde 18O ve D konservatif oldukları için akifer içindeki hidrojeokimyasal süreçlerden etkilenmezler ve bunun sonucunda akiferin beslenme miktarı, beslenme bölgesinin ayırtlanması, yeraltısuyu-yüzey suyu ilişkileri, karışımın belirlenmesi ve çatlaklı kayaçlardaki beslenme-boşalım ilişkilerini açıklamakta kullanılmaktadır. Geçiş veya dolaşım zamanı; radyoaktif izotoplar kullanılarak, örneğin, trityum suyun bir parçası olduğundan kayaçlar ile etkileşimi söz konusu olmamasından ötürü kullanılabilir. Bunun dışında hidrokimyasal veriler ve 13C verileri kullanılarak radyokarbonlar ile de hesaplanabilir. Kararlı izotoplar hiçbir sınırlama olmaksızın, her ölçekteki çalışmalarda (lizimetrelerden büyük akiferlere kadar) kullanılmaktadır. Zaman ölçüsü dikkate alındığında, trityum kısa süreli dolaşımlarda, 14C ise serbest ve basınçlı akiferlerde kullanılmaktadır. Radyokarbon hesaplamalarında 14C düzeltmesi yapılması gerekmekte ve bu hesaplamalarda bazı belirsizliklere yol açmaktadır. Bu sorunlar 39Ar ve 32Si izotoplarının kullanımının ekonomik/uygun hale geldiğinde aşılmış olacaktır (Fontes, 1980). Yeraltısuyu çalışmalarında kullanılacak izotoplar kullanım amacı ve eldeki olanaklara göre belirlenmektedir. Genel olarak O ve H izotopları kolay ve ekonomik olması nedeniyle tercih edilmektedir. Bunun yanında Helyum (3He), Kripton (85Kr), Klor (36Cl), Azot (15N), S (34S), Sr (87Sr) izotopları çalışmanın amacına göre (yeraltısuyu yaşının belirlenmesi, kirletici kaynağının özelliklerinin belirlenmesi vb.) kullanılmaktadır. Tuzlu su problemleri ile ilgili olarak yararlanılan ve kullanılan izotoplar ise başlıca; 37Cl (37Cl/35Cl), 6Li (6Li/7Li),11B (11B/10B) , 81B r(81Br/79Br) dir. Günümüzde Li, B ve Br izotopları tuzlanmanın kaynağının belirlenmesinde kullanılan başlıca izotoplar olmakla beraber, örnekleme ve analiz tekniklerinin pratik ve ekonomik hale getirilmesi durumunda kullanılacak tekniklerdir. Ülkemizde alt yapısı hazır ve örnekleme/analiz açısından fazlaca problemli olmayan Oksijen, hidrojen ve karbon izotoplarının karışım mekanizmalarında kullanımı bu çalışmanın esasını oluşturmaktadır. Oksijen 18 (18O) - Döteryum (2H) Yeraltısuyu çalışmalarında kullanılan iki önemli çevresel izotop Oksijen 18 (18O) ve Döteryum (D) dur. Hidrolojik çevrim içindeki miktarı ortam koşullarına bağlı olarak değişebilir ve miktarı da bunun bir yansıması olarak gözlenir.

Herhangi bir su örneğinin duraylı izotop içeriği mutlak değer olarak değil, ağır olan izotopun hafif olan izotopa oranının, belirlenmiş bir standarttan farkı olarak kütle spektrometresi ile ölçülür ve ifa-de edilir. Bu amaçla kullanılan standart, Ortalama-Standart-Okyanus-Suyu'nun kararlı izotop içeri-ğini temsil etmek üzere hazırlanmış olan "SMOW" dur. Bu standarttan fark olarak ölçülen kararlı izotop içeriği "binde ‰" olarak ifade edilir ve delta (δ) değeri olarak gösterilir. Buna göre bir örne-ğin 18O ve D içeriği

δ1818 16 18 16

18 16 1000OO O O O

O Oörnek SMOW

SMOW

=−( / ) ( / )

( / )* (14)

δDD H D H

D Hörnek SMOW

SMOW=

−( / ) ( / )( / )

*1000 (15)

olarak ifade edilir. Hidrolojik çevrim içinde suyun anılan iki kararlı izotop içeriği gerek yerel ve ge-rekse zaman boyunca değişimler gösterir. Hidrojen ve Oksijen izotoplarının oranları ile jeolojik çevrimdeki üç tür su ayırt edilebilmektedir; Kayaçların içinde oluşumu sırasında hapsedilen deniz suyu; bu durumda yeraltısuyunun beklenenden daha az negatif hatta pozitif D ve 18O değerleri göstermesi söz konusudur,Yağış sularından itibaren oluşan yeraltısuyu ; doğada yaygın olarak rastlanan bu durumda beslenme bölgesindeki yağış rejimine ve bölgedeki sıcaklığa bağlı olarak (buharlaşma etkisi), negatif δD ve δ

18O değerleri gözlenir, Yüksek sıcaklıklarda silikatlı kayaçlarda izotopik eşdeğerliğe sahip magmatik ve metamorfik su ; bu durumda izotopik açıdan özellikle D açısından zenginleşme söz konusu olabileceğinden muhtemelen pozitif δD ve δ18O değerleri gözlenir (Gill, 1996). Ağır izotopların atmosfer içindeki miktarını denetleyen önemli parametreler enlem, kara etkisi, mevsimsel, miktar, yerel sıcaklık, yüksekliktir (Fritz, 1980; Rozanski et al.,1992). Şekil 4’te hidrojeolojide sık kullanılan şematik δD-δ18O grafiği ve bu grafik üzerinde olası karışım sularının bulunabileceği ortamlar gösterilmiştir. Ortalama deniz suyunun teorik olarak her iki ekseninde “0” olduğu noktada bulunması gerekmekle beraber buharlaşma etkisine bağlı olarak pozitif δD ve δ18O değerler gösterebilir. Şekilde gösterilen Dünya Meteorik Doğrusunu (DMD) tanımlayan eşitlik şöyledir; δ2H=8δ18O+d (16) Bu eşitlikteki d değeri ya da Şekil 4 te Dünya Meteorik Doğrusunun (küresel meteorik doğru) y eksenini kestiği nokta “Döteryum Fazlası” olarak tanımlanır ve yağışa kaynak oluşturan deniz suyunun buharlaşma miktarının bir göstergesidir. DMD’sunun d değeri 10 dur ve okyanusların üzerindeki atmosferdeki bağıl nemliliğin fonksiyonudur. Bu özelliği ile paleoiklim çalışmalarında önemli bilgiler sağlamaktadır. d değeri buharlaşmanın fazla olduğu bölgelerde daha pozitif değerlere ulaşır ve jeolojik devirlerde hakim olan iklim koşullarına bağlı olduğu gibi dünya üzerinde yerel olarak da değişmektedir. Örneğin ülkemizin de içinde bulunduğu Doğu Akdeniz iklimi için bu değer +24 ‰dir (Gat, 1971). Bu nedenle izotop çalışmaları sırasında öncelikle yerel

296

meteorik doğrunun oluşturulması gerekmektedir. Çünkü bölgedeki tatlı suların kaynağı bu doğruyu oluşturan yağışlardan itibaren olacaktır. İzotoplara bağlı yapılacak yorumlar bu doğru sağlıklı bir şekilde oluşturulmaz ise yanlış olacaktır. Örneğin paleoiklim çalışmalarında farklı yağış rejimlerinden beslenen kaynaklar farklı d değerlerine bağlı doğrular üzerinde yer alacaklardır. Şekil 4’te önemli bir buharlaşmanın olmadığı yüzey ve yeraltısuları Dünya Meteorik Doğrusu (DMD) üzerinde bulunurlar. İlkbahar ve yaz yağışları ile alt kotlardaki yağışları temsil eden sular δD ve δ18O doğrusu üzerinde B noktası yönünde, sonbahar ve kış yağışları ile topoğrafik olarak üst yüksekliklerdeki yağışlar ise doğrunun A noktasına yakın yerleşirler. Şekil 4’te gösterilen buharlaşma etkisi altında olan sular eğimi DMD’ ndan (eğimi 8) daha düşük bir değere sahiptir ve genellikle 3 ile 8 arasında değişen doğrular üzerinde yer alırlar. (Coplen et. al., 2000). Buharlaşma doğrusunun eğimi nemlilik, sıcaklık, tuz konsantrasyonu gibi etkenlere bağlıdır (Gat, 1981) ve meteorik doğru ile olan kesişme noktası ise yüzey sularının buharlaşmadan önceki izotopik kompozisyonunu gösterir.

A

Dünya

Meteorik doğrusu

Yerel

Meteorik doğru

Pleistosende Dünya

Meteorik doğrusu

B

Paleo su

Karışım

Karışım

Karışım

YAS

YASDeniz Suyu

Buharlaşma

Şekil 4. Şematik δD-δ18O grafiği ve karışım oluşturan uç sular

297

İzotop teknikleri ile değişik kökenli suların karışımını ayırtlamak olasıdır. İzotop teknikleri karışım mekanizmalarının ve beslenimi değişik akifer ve akım sistemlerinden olan yeraltısularının yerel veya bölgesel ölçekte ayırtlanmasında kullanılabilir. Yeraltısuyunun karışımı bazen yapay yollardan kuyuların değişik seviyelerindeki suların karışımı şeklinde de gerçekleşebilir. Yeraltısuları karışım oranlarına bağlı olarak 18O-D grafiği üzerinde Şekil 5’teki gibi bir dizilim gösterebilirler.

A

10.8

0.60.4

0.2 0Meteorik doğru B

Şekil 5.İki farklı yeraltısuyunun karışımı (Clark Fritz, 1997 ‘den değiştirilerek)

Şekilde görüldüğü gibi A ve B izotopik kompozisyonlarına sahip iki uç bileşenden itibaren oluşan sular karışımın oranları ölçüsünde A-B doğrusu üzerinde yer almaktadır. Bu grafik karışımın nerede olduğunu değil fakat 18O ve D yumun konservatif olmasından dolayı karışım oranlarını yansıtmaktadır. Kararlı izotop verilerinden itibaren karışım oranları önceki bölümde izlenen yaklaşıma benzer şekilde hesaplanmaktadır. Karışım oranlarını tanımlayan formül ise; δörnek=x δA+ (1-x) δB (17) şeklindedir. Burada x yüzde olarak karışım oranıdır. Yukarıdaki model, iki fazlı bir karışımı göstermektedir. Hidrojeolojik çalışmalarda bazen bu karışım üç yada daha fazla bileşeni içerebilmektedir. Kararlı izotop verileri kullanılarak karışımı sağlayan suların kökeni de belirlenebilir (IHP, 2000). Şekil 6 ‘da tuzlanmanın kaynağının belirlenmesi amacı ile çizilen δ18O-Cl grafiği verilmiştir. Bu grafik yardımı ile tuzların çözünmesi, buharlaşma ile izotopça zenginleşme veya tatlı su-tuzlu su veya tatlı su-deniz suyu karışımı kolaylıkla ayırt edilebilir.

298

Dur

aylı

izot

op

Tuzluluk

Tatlı su

Karışım

Buh

arlaşm

a

Çözünme

Karışım suyuTuzlu su

Şekil 6. Değişik tuzlanma mekanizmalarının belirlenmesi amacıyla çizilmiş duraylı izotop-tuzluluk

grafiği (IHP, 2000) Birden fazla suyun karışımının söz konusu olduğu durumlarda ise örneklerin dizilimleri grafiksel olarak Şekil 7 deki gibi bir dağılım gösterebilirler.

-30

δ18O %o VSMOW

1.000.000

100.000

10.000

1.000

Cl (

mg/

l)-

100

10

1

-25 -20 -15

PaleoYAS

GüncelYAS

Tuzlu Su(Salamura)

-10

A

B

C

Şekil 7.Üç bileşenli karışım ilişkilerinin δ18O-Cl- grafiği (Dougles et.al, 2000)

299

Şekilden de görüleceği gibi çalışma alanındaki örnekler sınırları çizilmiş alanda karışım oranlarına göre yer alacaklardır. Burada önemli olan hidrojeolojik kavramsal model sonucunda, sistemde karışımı oluşturacak uç bileşenlerin belirlenmesidir. Yukarıdaki örnekte karışımı sağlayan A, B ve C uç bileşenlerinin katkı oranlarını hesaplamak için aşağıdaki yaklaşım kullanılabilir; CT=CA+CB+CC Burada, CT : Karışım suyunun kompozisyonu CA : A bileşeninin katkısı CB : B bileşeninin katkısı CC : C bileşeninin katkısı Burada CT değerini 1 olarak kabul edersek ve kütle dengesi eşitliğini Cl ve 18O için yazarsak CT δ18OT =CA δ18OA + CB δ18OB + CC δ18OC CTClT=CAClA + CBClB + CCClC İkinci eşitlik birinci eşitlikte yerine konulup düzenlendiğinde

CA

BCBCTTA OO

OOCOOCC 1818

18181818 )()(δδ

δδδδ−

−+−=

CA değerini Cl için yerine koyduğumuzda da,

AC

ABBATTC ClCl

ClClCClClCC

−−+−

=)()(

elde edilir. CT=1 olduğunda CB’nin çözümü mümkündür. Diğer bilinmeyenler ise CB değerinden itibaren hesaplanabilmektedir. Burada unutulmaması gereken nokta uç üyelerin belirlenmesidir, bu değerler belirlendikten sonra hesaplamalar kolaylıkla yapılmaktadır.Bu hesaplamaların yapıldığı örnek Dougles et.al (2000) de ayrıntıları ile açıklanmıştır. Karışım mekanizmalarının mevsimsel olarak değişiminin izlenemediği/belirlenemediği bölgesel sistemlerde ölçülen izotopik bileşim değişik noktalardan beslenen yeraltısularının ortalamasını gösterir. Örneğin Carillo-Rivera et al,, 1993 tarihli çalışmada değişik derinliklerde boyunca ve çevredeki kaynaklardan YAS örneklemesi yapmışlardır (Clark and Fritz, 1997). Çalışma alanında sulama amaçlı ve termoelektrik santralinde kullanılmak üzere aşırı derecede YAS çekimi üstteki sığ serbest akiferden derindeki (450m ye kadar) akiferden gerçekleşmiştir. Derindeki sıcak su akiferinin 18O içeriği tüm verilerin ortalaması içinde yer almakta ve sığ yeraltısuyu ile aynı kökenli olduğunu göstermektedir.

300

δ18O

%o

VSM

OW

Sıcaklık ( C)o

10 25-14

-10

- 6

45

Derin Kuyu Ortalaması(-9.8 %o)

Kaynak

Sığ KuyuDerin Kuyu

Şekil 8. Değişik derinliklerdeki yeraltısuyunu karışımını gösteren δ18O-sıcaklık grafiği (Clark and Fritz, 1997) Sonuç olarak izotop teknikleri karışım sularının tanımlanmasında kullanılan önemli bir yardımcı/bütünleyici bir araçtır. Hidrojeolojik çalışmalarda izotop tekniklerinin klasik yöntemlerin yetersiz kaldığı yada bütünleyicisi olarak kullanılması gerektiği unutulmamalıdır. Diğer bir deyişle yeraltısuyu/yüzey suyu çalışmasında yukarıda belirtilen sonuçların elde edilebilmesi için diğer bütün hidrojeolojik bilgiler bir arada kullanılmalı ve değerlendirilmelidir

KAYNAKLAR DİZİNİ

Bear, J. And G. Dagan, 1964, Some exact solutions of interface problems by means of the hodograph method, Jour. Geophysical Research, 69, 2, 1563-1572 Bear, J., 1979, Hydraulics of Groundwater, McGraw-Hill Inc., New York. Carrrillo-Rivera, JJ., Clark, ID and Fritz, P., 1992, Investigating recharge of shallow and paleo-groundwaters in the Villa de Reyes basin, SLP, Mexico with environmental isotopes, Applied Hydrogeology, 4:35-48 Coplen, T.B.,Herczeg, A.L. and C Barnes, 2000, Isotope Engineering, Using Stable Isotopes of the Water Molecule to Solve Practical Problems, Environmental Tracers in Subsurface Hydrology (editors. P.G. Cook and A. L. Herczeg), Kluwer Academic Publishers, Australia, 529p. Craig, H., 1961, Isotopic Variations in Meteoric Waters, Science, 133, 1702-170. Dagan, G., and J. Bear, 1968, Solving the problem of interface upconing in coastal aquifers by the method of small perturbations. Jour. Of Hydraulic Research, 6,1,15-44 Delleur, J.W., 1999, The Handbook of Groundwater Engineering, (ed. Delleur, J.W.) CRC Press, Dougles, M., Clark, I.D., Raven, K. And D. Bottomley, 2000, Groundater mixing dynamics at a Canadian Shield Mine, Journal of Hydrology, 235(2000)88-103

301

302

Fontes, J.,Ch., 1980, Environmental Isotopes in Groundwater Hydrology, , Handbook of Environmental Isotope Geochemistry (ed., Fritz, P. and Fontes, J. Ch.), Elsevier Scientific Publ., The Netherlands. Gat, J.R., 1971, Comments on the Stable Isotope Method in Regional Groundwater Investigations, , Water Resources Research, v.7, pp.980-993, Gat, J.R., 1981, Isotopic Fractination, In Stable Isotope Hydrology, Deuterium and Oxygen-18 in Water Cycle, Technical Report Series 210, IAEA, Vienna, pp.21-34Comments on the Stable Isotope Method in Regional Groundwater Investigations, , Water Resources Research, v.7, pp.980-993, IHP, 2000. Environmental Isotopes in the Hydrological Cycle, Principles and applications, IHP, no 39, vol IV, pp.196. Kurttaş, T., 1997. Gökova (Muğla) karst kaynaklarının çevresel izotop incelemesi. Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Ankara, 220s. (yayınlanmamış). Kurttaş,T., 2000, Çevresel İzotop Hidrolojisi, Jeoteknik ve Yeraltısuları Semineri, TC. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Devlet Su İşler Genel Müdürlüğü, 18-22 Eylül 2000, Gümüldür, İzmir, pp. 135-144 Mazor, E., 1991, Applied Chemical and Isotopic Groundwater Hydrology, Burns&Smith Ltd., Open University Press, Great Britain

303

ESKİ KADIN GÖLETİNDEKİ KAÇAKLARIN ÇEVRESEL İZOTOPLARLA İNCELENMESİ

INVESTIGATION OF LEAKAGES FROM ESKİ KADIN RESERVOIR BY

USING ENVIRONMENTAL ISOTOPES

Müfit ALİŞAN Daire Başkan Yardımcısı, DSİ TAKK Dairesi Başkanlığı

ÖZET Edirne ili dahilinde bulunan Eski Kadın Köyünde sulama amacı ile yapılmış olan Eski Kadın Göleti, yağışların normalin üzerinde olduğu sonbahar ve kış aylarında bile az su tutmaktadır. Gölet rezervuarı su tuttuktan sonra mansapta bazı kaynaklar ortaya çıkmıştır. Bu kaynakların, rezervuar suyu ile bağıntılarının olup olmadığını incelemek için oksijen-18 ve trityum teknikleri kullanılarak bir çalışma yapılmıştır. Çalışmanın sonucunda kaynak suyu ile rezervuar arasında yaz aylarında (temmuz) direkt bir ilişki olduğu söylenemediği, ilkbahar aylarında (nisan) ise kaynak ve rezervuar sularının ilişkisi olması mümkün olduğu ortaya çıkmıştır. ANAHTAR SÖZCÜKLER: Çevresel izotoplar, oksijen-18, trityum ABSTRACT Eski Kadın Reservoir, which is Located in western part of Turkey. Can not keep ist water ever winter as well as summer. After the reservoir was filled with water some springs appeared at the downstream of the reservoir.To investigate the interrelation between this springs and reservoir water. A study was made using O-18 and Trityum techniques. 9 wells were drilled at the downstream of the reservoir.From these wells,springs and reservoir,water samples were collected.Chemical analyses of this samples gave different results.There fore new samples were taken.Maxsimum level of the reservoir is 95.15 m and water level is 87.00 m .The sampling points are shown in this man. The wells of 1,2,3,4,5 have 3 m. deph .The depth of well 6 is 5 m. and wells 7 and 8 is 6 m.The depth of well 9 is 2.5 m. Samples were taken in spring and sammer.Tritium analyses were made in loww level tritium counting system .And O-18 anlyses were made in our stable isotope Laboratory. KEY WORDS: Environmental Isotopes, oxygen-18, tritium

1. GİRİŞ Edirne ili dahilinde bulunan Eski Kadın Köyünde sulama amacı ile yapılmış olan Eski Kadın Göleti, yağışların normalin üzerinde olduğu sonbahar ve kış aylarında bile az su tutmaktadır. Gölet rezervuarı su tuttuktan sonra mansapta bazı kaynaklar ortaya çıkmıştır (Kroki 1). Bu kaynakların, rezervuar suyu ile bağıntılarının olup olmadığını incelemek için oksijen-18 ve trityum teknikleri kullanılarak bir çalışma yapılmıştır. Barajın mansabında açılan 9 adet kuyu, kaynak ve rezervuardan alınan su numunelerinin kimyasal analizlerinin farklı sonuç vermesi üzerine daha sıhhatli bir çalışma yapılabilmesi için yeni numuneler alınması uygun görülmüştür. Gölet civarı yerinde incelenerek gerekli yerlerden numuneler alınmıştır. Göletin maksimum su kotu 95.15 m,minumum su kotu 87.00 m olup,numunelerin alındığı tarihte göletin rezervuar su kotunun 88.281 m olduğu saptanmıştır.Önceden el burgusu ile açılan kuyulardan, suyun boşaltılmasını takip eden çok kısa bir sürede tekrar su geldiği saptanmıştır. 9 nolu kuyu kaynağa çok yakın olması nedeniyle körelmiş olduğundan numune alınamamıştır.Göletin aksının orta kısmından membaya doğru 7-8 m mesafede ve gölet rezervuar zeminine yakın bir noktadan,sağ ve sol sahilden yaklaşık 4-5 m mesafeden rezervuar zeminininin hemen üstünden iki ayrı numune alınmıştır. 1,2,3,4,5 nolu kuyuların derinlikleri 3 er metre, 6 nolu kuyunun 5 m, 7,8 nolu kuyuların 6m, 9 nolu kuyunun ise 2.5 m dir. MEMBA

304

R GÖLET AKSI 8 7 5 4 3 2 1

Kroki 1 . Çalışma alanını gösteren kroki

B 6 9

Kaynak MANSAP

305

2. SORUNUN ÇÖZÜMÜNDE KULLANILAN İZOTOPLAR İLE İLGİLİ TEMEL BİLGİLER Çalışmada kullanılan izotoplar oksijen-18 ve trityumdur. Oksijen –18, oksijenin 18 kütle numaralı izotopudur. Trityum ise hidrojenin 3 kütle numaralı izotopudur. Bu iki izotopta suyun bünyesinde doğal olarak mevcuttur. Absorblanma sorunları olmadığından suyun yeraltında hareketleri esnasında konsantrasyonlarının değişmesi söz konusu değildir. Bu nedenle oksijen-18 ve trityum hidrolojide en uygun izleyicilerdir. 2.1. OKSİJEN-18 Hafif izotoplar ağır izotoplardan daha çabuk buharlaşır.Yoğunlaşma anında ise durum bunun tamamen tersidir. Doğal koşullar altında hızlı buharlaşan bir suyun O-18 değerleri artar. Baraj göllerinde biriken sular kısa sürede yenilenmiyor ise izotop özelliği bakımından göl sularına benzetilebilir. Dolayısı ile göletin suyunda buharlaşmanın çok olduğu mevsimde zamanla buharlaşarak kararlı izotoplar bakımından zenginleşecektir. Sudaki 16O / 18O oranlarının değişimi kütle spektrometresi ile ölçülmektedir. Suyun kararlı izotop değerleri δ ile gösterilir ve binde olarak ifade edilir. Buda standart karşılaştırma tabanı (SMOW) denilen ve standart ortalama okyanus suyuna indirgenen bir büyüklüktür. ( 18O / 16O )NUMUNE - ( 18O / 16O )STANDART δ18O = ------------------------------------------------------- X 103 o/oo ( 18O / 16O )STANDART Ölçümlerdeki duyarlık oksijen –18 için 0,1 %o dir. 2.2 -TRİTYUM Trityum radyoaktif bir izotoptur.Trityumun mevcut atomlarının sayısı radyoaktif parçalanmalardan dolayı 12,32 yıl sonra yarıya inmektedir.Sulardaki trityum konsantrasyonu (TU) Trityum birimi ile gösterilir. Her 10 hidrojen atomuna karşılık 1 trityum atomunun bulunması bir trityum birimi (1 TU) olarak ifade edilir. Trityum kozmik ışınlardan hasıl olan nötronların havanın azotu ile reaksiyonu ve termonükleer denemeler sonunda oluşur. Atmosferde bu iki nedenle meydana gelen trityum yağış vasıtası ile yeraltına geçer ve kapalı bir sistem içinde zamanla eksponansiyel olarak aktivitesi azalır. N =No e-λt

No= Başlangıç anında mevcut radyoaktif atomların sayısı N = t anında mevcut radyoaktif atomların sayısı λ = Parçalanma sabitidir.

306

Yağışın akifere geçiş süresi ve yeraltında bekleme süresine göre çeşitli akiferin trityum konsantrasyonları farklı olur. Bundan yararlanılarak eski sular ile yeni suları birbirinden ayırt etmek mümkün olmaktadır. Özellikle termonükleer denemelerin başlatıldığı 1952 yılından önçeki suları bu tarihten sonra beslenen sulardan ayırt etmek kolaydır. Zira termonükleer denemelerden önce atmosferde oluşan trityum konsantrasyonu 10 TU kadar iken 1963 yılında maksimum 8000 TU ya ulaşmış ve sonraki yıllarda azalarak 1981 yılında maksimum 100 TU ya kadar düşmüştür. Yağışların trityum konsantrasyonu aynı zamanda mevsimsel bir değişim göstermektedir. İlkbahar sonu ve yaz aylarındaki yağışların trityum değeri kış aylarına nazaran daha yüksektir. 3. NUMUNELERİN TOPLANMASI VE ANALİZİ Numuneler göletin mansabında açılan 9 adet kuyu, kaynak ve rezervuardan ilkbahar ve yaz aylarında alınmıştır. Numunelerin trityum analizleri alçak seviyeli trityum sayma sistemi ile yapılmıştır. Numunelerin oksijen-18 değerleri ise kütle spektrometresi ile ölçülmüştür. Trityum ve oksijen-18 analizleri DSİ TAKK Dairesi Başkanlığı İzotop Laboratuvarlarında yapılmıştır. Analiz sonuçları Çizelge-1 de verilmiştir.

ÇİZELGE –1 : Eski Kadın Göletine ait su numunelerinin izotop değerleri

NUMUNE

ADI

30.07.1980

TU

28.04.1981

TU

30.07.1980

O-18

28.04.1981

O-18

30.07.1980 oC

28.04.1981 oC

Kuyu No.1 35 36 -7.62±0.06 -7.25±0.07 19 14

Kuyu No.2 26 25 -7.92±0.04 -6.87±0.04 18 14.5

Kuyu No.3 23 28 -7.39±0.05 -7.21±0.06 20.5 14

Kuyu No4 39 32 -7.10±0.06 -7.57±0.04 20.5 16

Kuyu No.5 27 33 -6.85±0.06 -7.54±0.04 17.5 14.5

Kuyu No.6 40 33 -6.97±0.07 -7.24±0.04 20.5 14.5

Kuyu No.7 25 34 -6.90±0.06 -7.45±0.06 18 16.5

Kuyu No.8 23 30 -7.14±0.03 -7.44±0.05 17 15.5

Kaynak 33 27 -6.37±0.06 -8.50±0.07 20 9.5

Rezervuar 37 28 -5.00±0.05 -8.43±0.05 24.5 16

4. İZOTOP DEĞERLERİ VE BU DEĞERLERLE YAPILAN YORUMLAR KUYU SULARI: Göletin mansabındaki kuyuları, oksijen–18 değerlerine göre iki gurupta toplamak mümkündür. Çizelge-1 de görüleceği gibi baraj ekseninin mansabında, orta kısmında yer alan 1,2 ve 3 nolu kuyuların yaz aylarına (temmuz) ait oksijen–18 değerleri 4,5,6,7 ve 8 nolu kuyulardan biraz farklıdır. Bahar (nisan) aylarında ise ikinci gurup kuyulardan sadece 6 nolu kuyu hariç yine iki gurubun oksijen-18 değerleri birbirinden biraz farklıdır. 1. gurup kuyuların oksijen –18 değerleri yaz aylarında bahara nazaran azalma gösterirken bunun tersine 2. gurup kuyuların oksijen-18 değerleri yaz aylarında bahara nazaran artış göstermektedir ( Şekil 1).

Ayrıca bu iki guruba ait kuyularda suyun sıcaklığı Çizelge-1 de görüldüğü gibi birbirinden farklı olup, yaz aylarında artmakta, baharda ise azalmaktadır (Şekil 2).

-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10

LOKASYON NO

OK

SİJE

N-1

8 (%

o)

Tem.80 Nis.81

K R1 2 3 4 5 6 7 8

Şekil 1. Lokasyonların oksijen-18 değerlerinin bahar ve yaz aylarına göre değişimleri

307

K

R6 2

435

8

7

1

R

K

6

2 13

8 75

4

0

5

10

15

20

25

-9 -8 -7 -6 -5 -4OKSİJEN-18 (%o)

SICA

KLIK

(OC)

Nis.81 Tem.80

Şekil 2. Lokasyonların oksijen-18 ve sıcaklık değişimleri

REZERVUAR : Rezervuar suyunun oksijen-18, trityum değerleri ve su sıcaklığı yaz aylarında artmakta kış aylarında ise azalmaktadır. KAYNAK : Kaynak suyunun oksijen-18 ve trityum değerleri rezervuarda olduğu gibi yaz aylarında artmakta bahar aylarında azalmaktadır. Rezervuar suyunun oksijen –18 değerinin yaz aylarında büyük, ilkbahar aylarında küçük çıkması rezervuardan yaz aylarında daha fazla buharlaşma olduğunu göstermektedir. (Şekil.3).

Şekil 3. Lokasyonların oksijen-18 ve trityum ilişkisi

308

309

Trityum değeri yaz aylarında, ilkbahar aylarına nazaran daha büyüktür. Rezervuarı yazın besleyen yağışların trityum değerleri yaz aylarında maksimum değerini aldığı için rezervuarın trityum değerlerinin yaz aylarında büyük çıkması normaldir. Kaynak suyunun oksijen-18 ve trityum değerlerinin rezervuar suyunun oksijen–18 ve trityum değerlerinin mevsimsel değişimleri ile uyum sağlaması her ikisininde mevsimsel yağışların etkisinde kaldığını göstermektedir. Göletin hacmi küçük olduğundan rezervuar suyunun mevsimsel yağışların etkisinde kalması doğaldır.Yaz aylarında kaynak ve rezervuar suyunun oksijen-18 değerinin farklı olması, kaynağın rezervuar ile direkt bir ilişkisi olmadığı izlenimini bırakmakla beraber ,kaynak suyunun yaz aylarına ait oksijen-18 değerinin rezervuar ile yer altı suyunu temsil eden kuyuların oksijen-18 değerleri arasında çıkması, kaynağın yaz aylarında hem rezervuar hem de yeraltı suyundan etkilenebileceğini göstermektedir. İlkbahar aylarında ise kaynağın ve rezervuarın oksijen-18 ve trityum değerlerinin hemen hemen aynı olması kaynak ile rezervuarın ilişkili olabileceğini göstermektedir. Kaynakların ilkbahar yağışlarından sonra ortaya çıkmasıda bu fikri desteklemektedir. Göletin mansabındaki 4,5,6,7,8 nolu kuyuların oksijen-18 değerleride yaz aylarında büyük ,ilkbahar aylarında küçük çıkmakla beraber ,bu değerlerin rezervuar suyunun oksijen-18 değerinden farklı olması, bu kuyular ile rezervuar arasında direkt bir ilişki olmadığını göstermektedir. Ancak bu kuyularında rezervuarda olduğu gibi mevsimsel yağışların etkisi altında kaldığı söylenebilir. Bu kuyuların Trityum değerlerinin 23-40 TU aralarında olması, kuyuların temsil ettiği yer altı suyunun yaşlı olmadığını ve mevsimsel yağışlardan etkilendiğini gösterir. Oksijen-18 değerlerinin yaz aylarında ,ilkbahar aylarına nazaran daha büyük olmasıda bu fikri desteklemektedir. 1,2,3 nolu kuyularda ise diğerlerinin tersine yaz aylarında oksijen-18 değerleri daha küçük çıkmaktadır. Gölet mansabındaki bu kuyuların rezervuar ile direkt ilişkisi olmadığı söylenebilir. Ayrıca bunlardan 2 ve 3 nolu kuyuların trityum değerlerinin diğerlerine nazaran küçük çıkması bu kuyuların mevsimsel yağışlardan da fazla etkilenmediğini göstermektedir

5.SONUÇ Kaynak suyu ile rezervuar arasında yaz aylarında direkt bir ilişki olduğu söylenemez.İlkbahar aylarında ise kaynak ve rezervuar sularının ilişkisi olması mümkündür. YARARLANILAN KAYNAKLAR [1]. GÜLER,S. Alsancak Barajı Kaynak Sularının Çekerek Irmağı ile İlişkilerinin Trityum Analizi Yardımıyla Araştırılması, Yayın No İZ: 505, Ankara, 19?? [2]. MOZER,W.,D., Isotope Methods in Groundwater Hydrology ,1974

311

NEVŞEHİR MİNERALLİ SULARININ SU KİMYASI VE İZOTOP VERİLERİYLE KÖKEN DEĞERLENDİRMESİ, ORTA ANADOLU,

TÜRKİYE*

EVALUATİON OF NEVŞEHİR MİNERAL WATERS BY USİNG HYDROCHEMİCAL AND İSOTOPİC DATA, CENTRAL ANATOLİA, TURKEY

Mustafa AFŞİN & Murat KAVURMACI

Niğde Üniversitesi, Aksaray Mühendislik Fakültesi Jeoloji Mühendisliği Bölümü, 68100 AKSARAY e-posta:mafsin@superonline.com

ÖZET Nevşehir ve çevresinde çok sayıda mineralli kaynak yer almakta olup, bu çalışmada önemli olan Çorak, Karakaya ve Gümüşkent kaynakları ele alınmıştır. Söz konusu kaynaklar genelde faylara bağlı olarak yüzeye çıkmaktadırlar. Mineralli suların basınçlı karakterdeki akiferi temelde yer alan Bozçaldağ metamorfitlerine ait mermerlerdir. Karakaya soğuk suları Na-Ca-HCO3, Gümüşkent mineralli suları Ca-HCO3, Çorak ve Karakaya mineralli suları ise Na-Cl-HCO3 su kimyası fasiyeslerine sahiptirler. CO2’in baskın olduğu düşük sıcaklıklı mineralli sularda gaz-mineral-su etkileşiminden dolayı toplam mineralizasyon değerleri yüksektir. Meteorik kökenli olan sulardan Çorak ve Karakaya mineralli sularına daha yaşlı su katkısı olabilir. Karakaya soğuk su kaynağı sığ, yüksek miktarda CO2-gazı içeren mineralli sular ise derin dolaşımlıdır. Mineralli su alanlarındaki faylar boyunca yer alan eski travertenlerin yanısıra, bu suların aktığı yerlerde de yeni traverten çökelimleri devam etmektedir. Traverten çökeliminde kanaldaki su kalınlığının az olmasının yanısıra, türbülan akım, CO2 gazı kaybı, pH’nın yüksek olmasının da önemli rolü vardır. Anahtar kelimeler: CO2-gazı, mineralli kaynak, sığ ve derin dolaşım, su kimyası fasiyesi, traverten. ABSTRACT Many mineral waters are located in Nevşehir and its vicinity. Çorak, Karakaya and Gümüşkent mineral waters are investigated in this study. The springs generally emerge along faults in the study area. The marbles of the Bozçaldağ metamorphic basement rocks form the confined aquifer of the springs. The hydrochemical facies of the springs are Na-Ca-HCO3 of Karakaya cold springs, Ca-HCO3 of Gümüşkent mineral waters; and Na-Cl-HCO3 of Çorak and Karakaya mineral waters, respectively. Because of the gas-mineral-water interaction, total mineralizations are high in a CO2 dominated and low temperature mineral waters. The springs are of meteoric origin. Çorak and Karakaya mineral waters might be contributed by older waters. The Karakaya cold spring is shallow circulated, while the mineral waters which have high the free CO2-gas are deep circulated groundwaters. * Bu yazının hazırlanmasında “Afşin, M., 2002, CO2’ce zengin Çorak, Karakaya ve Gümüşkent (Nevşehir) mineralli sularının hidrojeokimyası. H.Ü. Yerbilimleri Bülteni, 26 (1-14)” başlıklı makaleden yararlanılmıştır.

312

In addition to the old travertines extending along faultlines, recent travertine depositions appear in places where mineral waters appear. The travertines in these regions are formed under certain conditions including low flow depth, turbulent flow, increasing pH values due to the loss of CO2. Key words: CO2 gas, mineral spring, shallow and deep circulation, hydrochemical facies, travertine. GİRİŞ Çorak, Karakaya ve Gümüşkent mineralli kaynakları Nevşehir ve çevresinde yer almaktadır (Şekil 1). Bu kaynak alanları ve çevresiyle ilgili olarak yapılan jeolojik ve hidrojeolojik çalışmalardan bazıları; Pasquare (1968), Seymen (1981), Aydın (1984), Atabey vd. (1987), Atabey vd. (1988), Atabey (1989), Göncüoğlu vd. (1991), Erzenoğlu (1995) ve Afşin (2002)’e aittir. Bu çalışmanın amacı, söz konusu mineralli suları su kimyası ve izotop verileri yardımıyla hidrojeokimyasal açıdan yorumlamaktır. Suların kökenlerinin değerlendirilmesinde karşılaştırma amacıyla kaynak alanları yakınında bulunan Karakaya soğuk ve Bayramhacılı sıcak ve mineralli sularından da örnekler alınarak bunların da su kimyası analizleri yapılmıştır. YÖNTEM Inceleme alanının ayrıntılı jeoloji haritası Atabey (1989) tarafından yapılmıştır (Şekil 2a, b ve c). Bu çalışmada ise, bölgede yüzeylenen kayaçlar daha çok hidrojeoloji özellikleri açısından incelenmiştir. Çalışma alanındaki kaynak sularından, yeraltısuyu seviyesinin en düşük (19.11.1997) ve en yüksek (28.06.1998) olduğu dönemlerde asitli (HNO3) ve asitsiz olarak çift kapaklı 1 litrelik plastik şişelere alınan su örnekleri H.Ü. Uluslararası Karst Su Kaynakları Uygulama ve Araştırma Merkezi Su Kimyası Laboratuvarı'nda; izotop örnekleme kurallarına uygun şekilde çift kapaklı 1 litrelik plastik şişelere alınan su örneklerinin izotop analizleri ise DSİ Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi İzotop Laboratuvarları'nda yapılmıştır. Su kimyası analizleri, APHA, AWWA ve WPCF (1989) standartlarına uygun şekilde yapılmıştır. İncelenen kaynakların debileri üçgen savak ve hacim/zaman yöntemleriyle ölçülmüştür. Kaynak başlarında yapılan ölçümlerde sıcaklık için termometre, pH için pH metre, serbest karbondioksit için CA-23 HACH-CO2 test kiti, laboratuvardaki oksijen-18 ve döteryum izotop analizlerinde kütle spektrometresi kullanılmış olup, doğal trityum ölçümlerinde ise sıvı sintilasyon tekniği uygulanmıştır. JEOLOJİ VE HİDROJEOLOJİ Kayaçların Jeolojik Özellikleri İnceleme alanının temelinde Kırşehir masifine ait Tamadağ ve Bozçaldağ metamorfitleri yer almakta-dır. Tamadağ metamorfiti Gümüşkent’in KB ve GD’sunda geniş bir alanda yüzeylenmektedir. Genelde fillat, serisit-klorit şist, kalkşist ve mermer ardalanmalı birim Pre-Mesozoyik yaşlı (Atabey, 1989) olup, granit, granodiyorit ve monzonitlerden oluşmuş Orta Anadolu Granitoyitleri (Göncüoğlu vd., 1991) tarafından kesilmiştir. Bu birimin üzerine iri kristalli, yer yer orta-kalın tabakalı masif mermerlerden oluşmuş, Pre-Mesozoyik yaşlı (Atabey, 1989)

Bozçaldağ metamorfitleri gelir. Gümüşkent kaynak-larının K-KB’sı ile Nevşehir’in K ve KD’sunda yer alan Orta Anadolu Granitoyitlerinin sokulum yaşı Üst Kretase öncesidir (Atabey, 1989). Genelde kumtaşı, kiltaşı ve tüfit ardalanmasından oluşmuş ve yer yer jipsli Tuzköy formasyonu, Gümüşkent’in G ve GD’sunda, Karadağ’ın çevresinde geniş bir alana yayılmış olan birim Miyosen-Pliyosen yaşlıdır (Atabey vd., 1988). Çakıltaşı, kumtaşı silttaşı ve çakıllı kumlu tüfitten oluşmuş Yüksekli formasyonu (Aydın, 1984) Gümüşkent ve çevresinde oldukça geniş bir alanda yüzeylenmektedir. Gümüşkent’in kuzeyinde metamorfik ve plütonik kayaçlarla tektonik dokanak

K40 12'00"

K37 47'00"

KENET-

0 75 km

Örtü Birimleri

Ankara

Ankara

Ters FaylarDoğrultu Atımlı Faylar

İAEKK

( İA E K K )

Sivas

Normal Faylar

Orta Anadolu Metamorfitleri

Orta Anadolu Ofiyolit leri

Orta Anadolu Granitoyitleri

Tuz Gölü

Ak Deniz

D33 02' 00" D37 17' 30"

Kayseri

Yozgat

Kırşehir

Aksaray

Kara Deniz

Gümüşkent

K arakaya AvanosB a l l ıc a

Kozoğlu

Bayramhac ı

Çorak

Sıcak ve Mineralli Kaynak Mineralli Kaynak

K U Ş A Ğ I

Niğde

Nevşehir

Soğuk Su Kaynağı

AÇIKLAMA

K

Şekil 1. İnceleme alanının yer bulduru haritası (Kuşcu 1997’den değiştirilerek alınmıştır).

halinde bulunan, alttaki Tuzköy formasyonu ile yer yer dereceli geçişli olan Yüksekli formasyo-nu Üst Miyosen-Pliyosen yaşlıdır (Atabey, 1989). İnceleme alanında geniş bir alanda yüzeylenen Ürgüp formasyonu (Pasquare 1968) ignimbiritik lahar, kum, kil, ignimbirit, tüf, tüfit, kumtaşı, tüflü çakıltaşı, marn, killi kireçtaşları ve bazalttan oluşmuş, alttaki birimlerle yer yer düşey ve yanal geçişli olup, olası yaşı Üst Miyosen-Pliyosen’dir (Atabey, 1989). İnceleme alanında yüzeylenen Kuvaterner yaşlı birimlerden en altta bulunan camsı ve pomzalı tüfler Pasquare (1968) tarafından Alacaşar tüfü olarak adlandırılmıştır. Tabanda Kavak tüfü ile İncesu ignimbiritleri üzerine uyumsuz olarak gelmiş bu birimi sırasıyla Kumtepe külü, gevşek tutturulmuş karbonat çimentolu çakıltaşı, kumtaşı ve silttaşından oluşmuş, yer yer çapraz tabakalı, tavanındaki bazaltlara göre olası yaşı Pleyistosen (Atabey, 1989) olan Kızılırmak çakıltaşı izler. İnceleme alanının değişik noktalarında yer alan travertenler faylara bağlı olarak açığa çıkmış mineralli su çökelleridir. Kızılırmak Nehri’nin aktığı alanda çakıltaşı, kumtaşı, silt ve kilden oluşmuş eski akarsu çökellerinin üzerine yamaç molozları ile Kızılırmak Nehri’nin getirdiği çakıl,

313

kum, silt ve kilden oluşmuş güncel alüvyon gelir.

5 6 9 112 3 4 7 8 10 12 13 14 15 16 17 18 19115

2120

Karadağ

+-

Karakayasoğuk su kaynağı

(1209 m)

Kayaharman bağları

K

km0 1(b)

Karakaya minerallikaynak alanı

Gümüşkentkaynak alanı

GÜMÜŞKENTOK

0 2km(a )

K

G ü m ü ş k e n t m in e r a l l ik a y n a k a la n ı

Çorakkaynakalanı

( b )(c)km0 1

İk ib in e v le r

C a m b u z b a ş ı1 2 8 0 m

K

Şekil 2. İnceleme alanlarının jeoloji haritaları: (a) Gümüşkent mineralli kaynak alanı, (b) Karakaya

mineralli kaynak alanı, (c) Çorak mineralli kaynak alanı (Atabey, 1989 ve Erzenoğlu 1995’den kısmen değiştirilerek alınmıştır.)

[KUVATERNER-1. Alüvyon, 2. Yamaç molozu, 3. Eski alüvyon, 4. Traverten, 5. Kızılırmak çakıltaşı, 6. Kumtepe külü, 7. Alacaşar tüfü. ÜST MİYOSEN-PLİYOSEN- Ürgüp Formasyonu (8. Kışladağ üyesi: Kireçtaşı, 9. Karadağ üyesi: Tüfit ve ignimbiritik lahar, 10. Tahar üyesi: Tüf ve ignimbiritik lahar, 11. Cemilköy üyesi: Pomzalı lahar, 12. Kavak üyesi: İgnimbirit, 13. Yüksekli formasyonu: Tüflü çakıl, kum, kumtaşı ve çakıltaşı; 14. Tuzköy formasyonu: Kumtaşı, kiltaşı, tüfit ve jips) ÜST KRETASE ÖNCESİ- 15. Orta Anadolu Granitoyidi (Ortaköy Granotoyidi): (Granit, granodiyorit, siyenit ve kuvars porfir). PRE-MESOZOYİK-16. Bozçaldağ metamorfiti: Mermer, 17. Tamadağ metamorfiti: (Fillat, serisit, klorit şist, kalkşist ve mermer). 18. Faylar: Normal, doğrultu atımlı, olasılı, 19. Tabaka doğrultu ve eğimi, 20. Soğuk su kaynağı, 21. Mineralli su kaynağı]

314

315

Kayaçların Hidrojelojik Özellikleri Kaynak alanlarının temelinde yer alan birimlerden Tamadağ metamorfitine ait şistler geçirimsiz, Boz-çaldağ metamorfitine ait mermerlerin çatlaklı, kırıklı ve karstik boşluklu bölümleri ise geçirimlidir. Granitoyitler içerisinde yer alan granitler genelde geçirimsiz olmakla beraber, bozunuma uğradığı ve birbi-rini kesen çatlakları içerdiği üst kuşaklarda geçirimlidir. İnceleme alanında yüzeylenen karasal, gölsel ve bataklık ortamlarında oluşmuş birimler arasında karbonat çimentolu veya gevşek tutturulmuş çakıltaşı, kumtaşı ve kireçtaşı seviyeleri pratik olarak geçirimli; siltli seviyeler ise yarı geçirimlidir. Volkanosedimanter birimlerden tüf, tüfit ve küller genelde geçirimsiz, ancak faylanmaya, çatlaklı ve kırıklı yapıya bağlı şekilde ikincil geçirimliliğin arttığı bölümlerde tüfitler geçirimli, akma yüzeylerine ve soğuma çatlaklarına sahip bazalt ve ignimbiritler açık çatlakların derinliği ile orantılı olarak düşey yön-de geçirimlidir. Kızılırmak çakıltaşında, çakıl, kum, kumtaşı ve karbonat çimentolu çakıltaşları geçi-rimli, siltler yarıgeçirimli, killi seviyeler ise geçirimsizdir. Kızılırmak Nehri’nin aktığı alanda çok ge-niş yayılım gösteren yamaç molozu ile eski ve yeni alüvyonun çakıl, kum ve gevşek tutturulmuş çakıltaşları ile kumtaşı seviyeleri geçirimli, killi seviyeler ise geçirimsizdir. HİDROJEOKİMYASAL DEĞERLENDİRME Bu bölümde, Gümüşkent mineralli suları ayrı, hidrojeokimyasal açıdan benzer özelliklere sahip olan Karakaya ve Çorak mineralli suları ise aynı başlık altında değerlendirilmiştir. Gümüşkent Mineralli Suları Gümüşkent mineralli su kaynakları (GMS) Gümüşkent’in 2.5 km KB’sında yer alır (Şekil 1 ve 2a). Bu kaynaklar Gümüşkent kaynak alanında Yüksekli formasyonu ile metamorfitlerin dokanağında, KB-GD yönünde uzanan Gümüşkent fayı boyunca açığa çıkmaktadır. Kaynakların sıcaklık, pH ve EC (elektriksel iletkenlik) değerleri sırasıyla 13-21°C, 6.63-7 pH birimi ve 2710-3400 µS/cm arasında değişmektedir (Çizelge 1). Ca-HCO3 su tipine sahip ve karbonat sertliği % 50’den fazla olan GMS’de Ca+2 ve HCO3

-, yüksek CO2 gazına ve akifer konumundaki mermerlere bağlıdır (Şekil 3). GMS’de Ca/Mg, Ca/Na ve Na/Cl oranlarının yüksek ve bdi değerlerinin düşük olması karbonatlı bir akifere işaret etmektedir (Şekil 4). Doygunluk analizlerine göre GMS, kalsit, dolomit ve aragonite aşırı doygun; jips, anhidrit ve haliti ise çözebilecek niteliktedir (Çizelge 2). Karakaya Soğuk, Karakaya ve Çorak Mineralli Suları Karakaya soğuk suları (KS) Karakaya mineralli suları (KMS) yakınında Çayağıl dere boyunca yer alan tüfitler arasındaki çatlaklardan boşalmaktadır (Şekil 2b). Debisi 0.2 l/s ve sıcaklığı 15°C olan kaynağın pH ve EC değerleri sırasıyla, 7.2-7.5 pH birimi, 859-1000 µS/cm arasında değişmektedir (Çizelge 1). Genel-de Na-Ca-HCO3 su tipine girmekte olan sularda Na+’un baskın katyon olmasının nedeni, soğuk suların dolaşım yolunda ilişkide bulunmuş olduğu tüfler ile killerdir (Şekil 3). Söz konusu soğuk sular doygunluk indisi (SI) hesaplamalarında göz önünde bulundurulan hiçbir minerale doygun olmayan yeraltısularıdır (Çizelge 2, Şekil 4). KMS Çayağıl derenin batısında KD-GB yönünde uzanan normal bir faya bağlı olarak noktada açığa çıkmaktadır (Şekil 2b). Bu suların toplam debi, sıcaklık pH ve EC değerleri sırasıyla 18.5-21.5°C, 6.6-6.8 pH birimi ve 11400-14650 μS/cm arasında değişmektedir (Çizelge 1). Çorak mineralli suları (ÇMS), Nevşehir kent merkezi yakınında yer alır (Şekil 2c). Bu sular yüzeyde net olarak gözlenemeyen, Alacaşar tüfleri içerisinde D-B yönünde uzanan olasılı bir fayla

ilişkili olarak açı-ğa çıkmaktadır. Toplam debisi 1.5 l/s olan ÇMS’nin sıcaklık, pH ve EC değerleri sırasıyla 1.5-2 l/s, 16.5-21°C, 6.5-6.9 pH birimi, EC değeri 11400-18000 μS/cm arasında değişmektedir (Çizelge 1).

Çizelge 1. İnceleme alanındaki suların kimyasal analiz sonuçları, bazı iyon oranları ve bdi değerleri Kaynak

316

x:meq/l; * (Örnekleme Tarihi): 14.11.1997, **:28.06.1998, ***: 30.06.1999; SAR: Sodyum adsorbsiyon oranı, T: Sıcaklık, EC: Özgül elektriksel iletkenlik, bdi (Baz değişim indisi)= Cl-(Na+K)/Cl;

ÇMS: Çorak mineralli su kaynağı, KS: Karakaya soğuk su kaynağı, KMS: Karakaya mineralli su kaynağı, GMS: Gümüşkent mineralli su kaynağı, BSMS: Bayramhacılılı sıcak ve mineralli su kaynağı.

adı

T (°C)

pH

EC (�S/cm)

xCa2+

xMg2+

xNa+

xK+

xCl-

xSO42-

xHCO3

- Ca/Mg

Ca/Na

Na/Cl

SO4/Cl

bdi

ÇMS* 18.5 6.8 13220 21.70 4.93 135.93 5.49 90 4.62 72.5 4.4 0.159 1.51 0.05 -0.57 ÇMS** 21 6.62 11400 20.45 3.7 134.19 1.4 85 5.75 69.9 5.52 0.150 1.58 0.07 -0.59 KS* 15 7.2 1003 3.59 0.74 6.13 0.40 2.2 1.87 6.4 4.85 0.58 2.79 0.85 -1.96 KS** 15 7.51 859 3.49 0.617 5.43 0.19 1.65 1.79 5.13 5.66 0.64 3.29 1.08 -2.40 KMS* 18 6.67 16500 28.69 5.34 157.03 6.77 115 5.82 76.5 5.37 0.18 1.36 0.05 -0.42 KMS **

17 6.5 13850 23.95 3.7 155.07 2.43 110 5.67 69.9 6.47 0.15 1.41 0.05 -0.43

GMS* 13 6.63 3200 34.93 6.37 1.78 0.44 0.25 0.104 42.9 5.48 19.6 7.12 0.4 -7.9 GMS** 21 6.39 2710 37.92 4.52 1.23 0.19 0.1 0.259 42.52 8.39 30.8 12.30 2.59 -13.2 BSMS **

43 6.39 1610 13.22 2.26 4.95 0.25 4.1 1.74 14.56 5.84 2.67 1.21 0.42 -0.26

Ca

0

10

20

30

40m

eq/L

Na

0

100

200

meq

/L

Cl

0

50

100

150

meq

/L

HCO30

20406080

100

*KS

**K

S

*GM

S

**G

MS

*ÇM

S

**Ç

MS

*KM

S

**K

MS

meq

/L

Şekil 3. İnceleme alanındaki sularda iyon değişimleri (kısaltmalar Çizelge 1’deki gibidir.)

317

KMS ve ÇMS’nin akiferinin temelde yer alan Bozçaldağ metamorfitlerine ait mermerler, KMS kaynak alanı yakınındaki Kışladağ üyesine ait kireçtaşları ile Orta Anadolu Granitoyitleri içerisindeki granitlerden de beslenime katkı olmaktadır. Kaynak alanları ve yakınındaki volkanosedimanter birimler basınçlı akiferin örtü kayası konumundadır. Karbonat olmayan alkalinitesi % 50’den fazla olan KMS ve ÇMS’de baskın iyonlar Na-Cl-HCO3’tür (Çizelge 1 ve Şekil 3). Na+, volkanik kayaçlardaki albitlerin çözünürlüğünün artmasına, siyenit, tüf, kil ve evaporitlerle temas sırasında, Na+’un yabancı iyon etkisi nedeniyle suların çözünürlüğünün yükselmesi sonucu Na+ ile Ca+2 arasında iyon değişiminin gerçekleşmesine; HCO3

- yüksek CO2 gazına ve karbonatlı kayaçlara bağlıdır. KMS ve ÇMS’de Ca/Mg oranları ile bdi değerlerinin yüksek ve Ca/Na oranlarının düşük olması karbonatlı bir akiferden gelen sulardaki baz değişiminin göstergesi olabilir (Şekil 4). Kalsit, dolomit ve aragonit minerallerine doygun; Çizelge 2. İnceleme alanındaki kaynak sularının mineral doygunluk değerleri (SI) ve izotop analiz

sonuçları. Kaynak adı ve izotop analiz numarası

SI Kalsit

SI Dolomit

SI Aragonit

SI Jips

SI Anhidrit

SI Halit

log pCO2

�8O (‰ V-SMOW)

�2H (‰ V-SMOW)

3H (±) (TU)

ÇMS* (1) 1.09 1.71 0.955 -1.28 -1.49 -3.76 -0.259 -9.71 -85.46 0±0.90 ÇMS** (5) 0.885 1.18 0.742 -1.19 -1.40 -3.78 -0.092 -10.22 -83.84 0.1±0.80

S* (2) 0.427 0.301 0.284 -1.70 -1.92 -6.55 -1.95 -10.05 -80.23 7.4±0.95 KS** (6) 0.279 -0.064 0.135 -1.70 -1.92 -6.72 -2.09 -9.04 -83.13 8±0.90 KMS* (3) 1.08 1.59 0.940 -1.11 -1.33 -3.60 -0.113 -10.51 -93.69 3.7±0.90 KMS ** (7) 0.815 0.977 0.671 -1.17 -1.38 -3.62 0.023 -10.17 -87.41 0±0.80 GMS* (4) 1.09 1.621 0.956 -2.47 -2.69 -8.11 -0.301 -10.5 -86.31 1.78±0.90 GMS** (10) 0.901 1.02 0.758 -2.04 -2.26 -8.67 -0.075 -10.53 -80.26 0.6±0.80 BSMS**(9) 0.126 -0.379 -0.018 -1.39 -1.61 -6.41 -0.492 -10.2 -78.35 0±0.80

* (Örnekleme Tarihi): 14.11.1997, **:28.06.1998, ***: 30.06.1999 (kısaltmalar Çizelge 1’deki gibidir).

0

5

10

15

20

25

30

35

*GM

S

**GM

S

*KS

**KS

*ÇM

S

**ÇM

S

*KM

S

**KM

S

Ca/M

g-Ca

/Na

-15

-10

-5

0

5

10

15

SO4/

Cl-N

a/Cl

-bdi

Ca/MgCa/NaSO4/ClbdiNa/Cl

Şekil 4. İnceleme alanındaki sularda Ca/Mg, Ca/Na, Na/Cl, SO4/Cl ve bdi değişimleri (kısaltmalar

Çizelge 1’deki gibidir).

318

319

jips, anhidrit ve haliti çözebilecek nitelikte olan mineralli sulardan KMS ve ÇMS’de Na/Cl oranlarının 1.5 dolayında olması Orta Kızılırmak Tersiyer Havzası’nın (Göncüoğlu vd., 1993) kapanması sırasında derinde kalmış daha yaşlı suların mineralli sulara karışma olasılığına da işaret edebilir (Çizelge 2). Traverten Çökeliminin İrdelenmesi Mineralli sularda traverten çökelimi için suyun Ca2+ ve HCO3

- iyonlarınca zengin ve sularda CO2

gazının ortaya çıkabileceği bir ortamın bulunması gereklidir. Ca2++2HCO3-→CaCO3(k)+CO2(g)+H2O

şeklindeki reaksiyonu kontrol eden iki faktör kısmi CO2 basıncı ve doygunluk indisidir. Sıcaklığın azalmasına bağlı olarak, CO2’in çözünürlüğü arttığı için CO2’in baskın olduğu bir sistemde su-kayaç etkileşimi düşük sıcaklıklarda açığa çıkar (Greber, 1994). Bu nedenle, CO2’in baskın, sıcaklığın düşük olduğu ÇMS ve KMS gaz, su ve mineraller arasında temas süresinin uzaması ve evaporitlerle ilişki sonucu yüksek mineralizasyona sahiptirler. Kaynak başında yapılan ölçümlere göre, serbest CO2 gazı değerleri GMS’de 515-650 mg/l, KMS’de 485-560 mg/l, ÇMS’de ise 360-560 mg/L arasında değişmektedir. Aynı havza içerisinde yer alan başka mineralli sularla ilgili çalışmalarda (Ercan vd., 1987 ve Nagao, vd., 1989) sulardaki yüksek CO2 gazının daha çok kabuk kökenli olarak yorumlanmıştır. Bu yorum inceleme alanındaki mineralli sularda bulunan CO2 gazının da aynı kökenli olabileceğini gösterebilir. GMS kaynak alanındaki traverten çökeliminin fiziksel ve kimyasal açıdan incelenmesi amacıyla, kaynağın çıkış noktasından sonra akmakta olduğu havuzun girişi, çıkışı ve suyun aktığı havuz dışındaki bölümde suların pH, sıcaklık ve serbest CO2 gazı değerleri ölçülmüştür (Çizelge 3, Şekil 5 ve 6).

Çizelge 3. Gümüşkent havuzunda yapılan fiziksel ölçümler

pH 6,4 6,8 7,1 7,6

CO2 (mg/L) 585 375 250 75

Sıcaklık (oC) 18 20 23 24

Uzaklık (m) 0 6.60 10,70 16,70

H a v u zg ir iş i

T r a v e r te n ç ö k e l im a la n ı

a )

CO2

Eşiknoktası

CO2

Travertençökelim

alanıHavuz

b)

(A) (B) (C)

K a y n a k

4.1 m6.6 m 6.0 m10.7 m

16.7 m

Şekil 5. Gümüşkent havuzunda traverten çökelim modeli a) Yandan görünüş, b) Üstten görünüş Suyun havuza giriş noktasından itibaren ilk 10,70 m boyunca havuzun eğiminin değişmemesi ve havuzdaki su kalınlığının sabit kalması sonucu laminer akım şartları aynı kalmakta ve CO2 gazı havuz boyunca sudan kolayca ayrılamamaktadır (Şekil 5 A-B arası). Havuzun çıkış noktası olan eşikten sonra eğimin arttığı ve suyun yelpaze şeklinde aktığı 10,70. m’den sonra eğimin arttığı bölümde havuz kenarından taşan sularda türbülan akım oluştuğu için sıvı iplikçikleri sıçrayarak akmaktadır. Bu alandaki sular atmosferle geniş bir temas yüzeyi oluşturduğu için, sıcaklık ve pH değerleri ile ters orantılı olarak, CO2 gaz kayıpları hızlı bir şekilde yükselmeye başlamıştır (Şekil 5 B). Kaynak sularının eşik noktası olan 10,70. ve 16,70. metrelerde CO2 gaz içeriğinin ve EC değerlerinin giderek azalması ve pH’nın yüksek değerlere ulaşması sonucu kalsite göre doygunluk artarak traverten çökelmiştir (Şekil 5 B-C ve Şekil 6). Gümüşkent ve Karakaya mineralli sularının boşaldığı Çayağıl dere boyunca geniş bir alanda çökelmiş eski travertenlerin yanısıra, kaynakların akım yolu boyunca yeni traverten oluşumları da sürmektedir (Şekil 7).

320

321

Şekil 6. Gümüşkent mineralli kaynak alanında traverten çökeliminin irdelenmesi: a) CO2-pH ve b) CO2-sıcaklık ilişkileri.

Uzaklık (m)5,5

6

6,5

7

5

8

1 2 3 4

pH (p

H bi

rimi)

0

100

200

300

400

500

600

700

CO

2 (m

g/L)

0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3 4

CO

2 (m

g/L)

0

5

10

15

20

25

30

Sıca

klık

(o C)

CO2 (mg/L)Sıcaklık (oC)

0 6,6 10,7 16,7

Uzaklık (m)

7,pHCO2 (mg/L)

(a)

10,76,6 16,7

Uzaklık (m)

0

(b)

322

Şekil 7. KMS (a, b ve c) ve GMS (d) kaynak alanlarındaki traverten çökelimleri

İZOTOP VERİLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ Bu bölümde, inceleme alanı ve çevresinde yer alan kaynaklardan alınan su örneklerinin oksijen-18 (18O), döteryum (2H) ve trityum (3H) içerikleri incelenerek, yeraltısuyu dolaşım sistemleri, akiferlerin beslenim-boşalım ve hidrojeoloji özellikleri aydınlatılmıştır (Çizelge 2). Kaynak alanları ve çevresindeki diğer suların dünya yağışlarını temsil eden meteorik su doğrusu (δ2H=8xδ18O+10) (Yurtsever ve Gat, 1981) ile ilişkisi δ2H-δ18O grafiğinde verilmiştir (Şekil 8a). Bu grafik üzerinde incelenen suların genelde meteorik su doğrusu yakınında yer almaları bunların meteorik sular olduklarını göstermektedir. Kaynak sularının beslenme yükseltileri ile akifer içinde kalış süreleri arasındaki ilişkiyi yansıtan δ18O-3H grafiğine göre beslenme alanı en yüksek Gümüşkent mineralli kaynağı (10), en düşük ise Karakaya soğuk su kaynağıdır (6) (Şekil 8b). Bağıl geçiş süreleri açısından Karakaya soğuk suları yüksek trityum (7.4-8 TU); mineralli sular ise düşük trityum (0-3.7 TU) değerlerine sahiptir. Kökeni meteorik olan suların yeraltında dolaşım yolu uzadıkça trityum izotopunun radyoaktif bozunmaya uğraması nedeniyle trityum değerleri düşmektedir. Bu nedenle, Karakaya soğuk suları genç, mineralli sular ise yaşlı yeraltısularıdır.

a

c

b

d

-10,8-10,6-10,4-10,2

-10-9,8-9,6-9,4-9,2

-9-8,8

0 2 4 6 8 13H (TU)

0

18O

(%o

V-S

MO

W)

(b)

6

3

5

Dolaş ım süresi

Besl

enm

e al

anı y

ükse

ltisi

84

7

10

9

1

2

-100

-80

-60

-40

-20

0

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0

δ18O (%o V-SMOW )

2 H (%

o V

-SM

OW

)

61

3745

108 29

Dünya meteoriksu doğrusu

(a)

Şekil 8. İnceleme alanındaki kaynak sularının (a) δ18O/ δ2H ve (b) δ18O/ 3H ilişkileri (numaralamalar

Çizelge 2‘deki gibidir.) TARTIŞMA VE SONUÇLAR İnceleme alanında yüzeylenen Paleozoyik’ten Kuvaterner’e kadar farklı yaştaki kayaçlar oransal olarak değişik hidrojeoloji özelliklerine sahiptirler. Temelde yer alan birimlerden Tamadağ metamorfi-tine ait şistler geçirimsiz; Bozçaldağ metamorfitine ait mermerlerin karstik boşluklu bölümleri ile bu birimleri kesen granitlerin çatlaklı üst zonları geçirimlidir. Karasal ve gölsel birimlerin çakıltaşı, kumtaşı ve kireçtaşı seviyeleri geçirimli; kiltaşı seviyeleri geçirimsiz; siltli seviyeleri ise yarı geçirimlidir. Volkanik kayaçlar genelde geçirimsiz; bazalt ve ignimbiritler açık çatlakların derinliğine bağlı olarak düşey yönde geçirimlidir. Kızılırmak formasyonuna ait çakıl, kum, kumtaşı ve karbonat çimentolu çakıltaşları geçirimli; kil içeren seviyeler ise geçirimsiz; yamaç molozu ile eski ve yeni alüvyon, killi seviyeleri dışında geçirimlidir. Faylara bağlı olarak açığa çıkmakta olan mineralli suların asıl akiferi Bozçaldağ metamorfitlerine ait mermerler, örtü kayası ise volkanosedimanter birimler olmakla birlikte kaynak alanları yakınında yüzeylenen kireçtaşları ile granitler de sulara katkıda bulunmaktadır. İzotop analiz sonuçlarına göre incelenen sular meteorik kökenli olan sulardan ÇMS ve KMS’de

323

324

meteorik su doğrusundan küçük ölçekte sapma gözlenmiştir. Bunun nedeni, suların içermiş oldukları yüksek miktardaki CO2 gazının yanısıra mineral-su etkileşimi sonucu suların δ18O değerlerinin artmasıdır. Çünkü CO2’in baskın olduğu düşük sıcaklığa sahip ortamlarda uzun süreli gaz-mineral-su etkileşimi nedeniyle evaporitlerle ilişkili KMS ve ÇMS yüksek mineralizasyona sahiptirler. 3H değerlerinin mineralli sularda çok düşük, soğuk sularda ise yüksek olması, mineralli suların beslenme alanlarından uzaklarda açığa çıkmış, akiferle temas süresi uzun, yavaş akışlı ve derin dolaşımlı; Karakaya soğuk sularının ise oransal olarak sığ ve kısa dolaşımlı genç yeraltısuları olduklarını göstermektedir. Yüksek değerlerde CO2 gazı içeren mineralli sular kalsit, dolomit ve aragonit minerallerine aşırı doy-gun; jips, halit ve anhidrit minerallerine doygun olmayıp bunları çözebilecek niteliktedir. KMS ve ÇMS’de Na+, Cl- ve EC değerlerinin Ca2 ve HCO3

- değerlerinden yüksek olmasının nedeni karbonatlı akiferden süreksizlikler boyunca yüzeye doğru yükselen mineralli suların çözünürlüğü yüksek olan evaporitlerle doygun hale geçemeyecek bir süre temas ettiklerinin göstergesidir. Ayrıca bu suların tuzlanmasının bir başka nedeni de Orta Kızılırmak Havzası’nın kapanması sırasında derinde kalmış daha yaşlı suların mineralli sulara karışma olasılığıdır. Mineralli sularda yeni traverten çökelimi, kaynakların akım yolu boyunca kanal eğiminin arttığı, akımın laminerden türbülana dönüştüğü, kanaldaki su kalınlığının azaldığı, pH değerlerinin yükselip CO2 gazının düştüğü noktalarda gerçekleşmektedir. KAYNAKLAR Afşin, M., 2002, CO2’ce zengin Çorak, Karakaya ve Gümüşkent (Nevşehir) mineralli sularının

hidrojeokimyası. H.Ü. Yerbilimleri Bülteni, 26, 1-14. APHA, AWWA, and WPCF, 1989. Standard methods for the determination of water and waste

water, 15 th Edition: American Public Health Association, Washington, USA, 1134 p. Atabey, E., 1989. MTA Genel Müdürlüğü 1/100.000 ölçekli açınsama nitelikli Türkiye Jeoloji

Haritaları Serisi, Kayseri-H 19 paftası. Atabey, E., Tarhan, N., Yusufoğlu, H. ve Canpolat, M., 1988. Hacıbektaş, Gülşehir, Kalaba (Nevşe-

hir)-Himmetdede (Kayseri) arasının jeolojisi. MTA Raporu, Derleme No. 8523 (yayımlan-mamış).

Atabey, E., Papak, İ., Tarhan, N., Akarsu, B. ve Taşkıran, A., 1987. Ortaköy (Niğde)-Tuzköy (Nevşe-hir)-Kesikköprü (Kırşehir) yöresinin jeolojisi. MTA Raporu, Derleme No. 8156 (yayımlanma-mış).

Aydın, N., 1984. Orta Anadolu Masifinin Gümüşkent batısı (Nevşehir) dolayında jeolojik ve petrografik incelemeler. A. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Ankara, 400 s., (yayımlanmamış).

Ercan, T., Köse, C., Akbaşlı, A. ve Yıldırım, T., 1987. Orta Anadolu’da Nevşehir-Niğde-Konya dolay-larındaki volkanik kökenli gaz çıkışları. Cumhuriyet Üniversitesi Yerbilimleri Dergisi, 4/1, 39-54.

Erzenoğlu, Z., 1995. Türkiye termal ve mineralli sular envanteri, Nevşehir. MTA Genel Müdürlüğü Enerji Hammadde Etüd ve Arama Dairesi Raporu, 20 s.

Göncüoğlu, M.C., Toprak, V., Kuşcu, İ., Erler, A., ve Olgun, E., 1991. Orta Anadolu Masifi’nin batı bölümünün jeolojisi, Bölüm 1: Güney Kesimi. TPAO Rapor No. 2909,134 s (yayımlanmamış).

325

Göncüoğlu, M.C., Erler, A., Toprak, V., Olgun, E., Yalınız, K., Kuşcu, İ., Köksal, S. ve Dirik, K., 1993. Orta Anadolu Masifinin orta bölümünün jeolojisi, Bölüm 3: Orta Kızılırmak Tersiyer baseninin jeolojik evrimi. TPAO Rapor No. 3313, 104 s (yayımlanmamış).

Greber, E., 1994. Deep circulation of CO2-rich palaeowaters in a seismically active zone (Kuzu-luk/Adapazarı, northwestern Turkey). Geothermics, 23 (2), 151-174.

Kuşcu, İ., 1997. The mineralogical and geochemical comparison of the Pb-Zn skarns in the Akdağ-madeni, Akçakışla and Keskin districts, Central Anatolia, Turkey. Ortadoğu Teknik Üniversi-tesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Ankara, 192 s (yayımlanmamış).

Nagao, K., Matsuda, J.I., Kıta, I. ve Ercan, T., 1989, Türkiye’deki Kuvaterner yaşlı volkanik alanlarda asal gaz ve karbon izotopik bileşimleri, Jeomorfoloji Dergisi, 17, 101-110, Ankara.

Pasquare, G.,1968. Geology of the Cenozoic volcanic area of Central Anatolia. Atti. Della. Accad. Naz. Dei Line., 40, 1077-1085.

Seymen, İ, 1981. Kaman (Kırşehir) dolayında Kırşehir Masifi’nin stratigrafisi ve metamorfizması. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 24, 7-14.

Yurtsever, Y., and Gat, J.R., 1981. Atmospheric waters in stable isotope hydrology: Deuterium and Oxygen-18 in the water cycle. J.R. Gat and R. Gonfiantini (eds.), Technical Report Series No: 210, IAEA, Vienna, 103-142.

327

CİHANBEYLİ JEOTERMAL SAHASININ HİDROJEOLOJİ İNCELEMESİ

HYDROGEOLOGICAL INVESTIGATION OF THE CİHANBEYLİ

GEOTHERMAL FIELD

Baki CANİK1, Mustafa AFŞİN2, Mehmet ÇELİK1

1Ankara Üni., Müh. Fakültesi, Jeoloji Müh. Böl., 06100 Tandoğan/Ankara

2Niğde Üniversitesi Aksaray Müh. Fak., Jeoloji Müh. Bölümü, Aksaray ÖZET Bu çalışmanın amacı, Cihanbeyli dolayında yer alan sıcak ve mineralli yeraltı sularının hidrokimyasal ve izotopik özelliklerinden yararlanarak Cihanbeyli jeotermal sahasının hidrojeoloji özelliklerini aydınlatmaktır. Bölgede Liyas yaşlı kireçtaşları ile Üst Miyosen yaşlı çakıltaşı, kumtaşı ve kireçtaşları akifer özelliğindedir. Bu birimlerin tabanındaki Üst Kretase ofiyolitik birimleri geçirimsiz taban özelliğinde, Üst Miyosen-Üst Pliyosen kil ve marnları da geçirimsiz tavan özelliğindedir. İnceleme alanındaki derin, sıcak ve mineralli sular kalsiyum ve sülfatlı; sığ, soğuk yeraltı suları magnezyum, kalsiyum ve bikarbonatlıdır. Oksijen-18/döteryum grafiği incelendiğinde, sıcak ve mineralli suların meteorik kökenli oldukları, yaklaşık dolaşım sürelerine sahip oldukları belirlenmiştir. Yeraltı sularının ısınmasında jeotermal gradyanla beraber andezitik volkanizmanın da etkili olduğu düşünülmektedir. ABSTRACT The aim of the study, to explain hydrogeological characteristics of the Cihanbeyli geothermal field, by hydrochemical and isotopic properties of thermal and mineral groundwaters. In the study area, limestone of Lias, conglomerate, sandstone and limestone of Upper Miocene are aquifers. Ophiolitic units of Upper Cretaceous are impervious base properties of the latter units. Also, clay and marls of Upper Miocene-Upper Pliocene are impervious units in upper of the aquifer. Deep thermal and mineral waters are of calcium and sulphate, shallow cold groundwaters are of magnesium, calcium and bicarbonate in the study area. According to oxygen-18/deuterium graphic, the thermal and mineral waters are of meteoric origin, its have proximately in similar travel times. It was thought that warming up of the groundwaters are affected by geothermal gradient and also andesitic volcanism.

328

GİRİŞ İnceleme alanı Cihanbeyli’ nin 15 km güneyinde ve Bolluk Gölü’ nün doğusunda yer almaktadır. Bu alan traverten konileri açısından görsel bir güzelliğe sahiptir. Aynı zamanda bölge, bu travertenlerin oluşumunda etkili olduğu düşünülen sıcak ve mineralli su potansiyeline sahiptir (Şekil 1). Cihanbeyli’ de 20 yıllık yağış ortalaması 293 mm, sıcaklık ortalaması 11,1 oC’ tır. İnceleme alanında hidrojeolojik çalışma olarak, Canik’ in (1988) çalışması yer almaktadır. Jeolojik rapor olarak hazırlanmış olan, Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü’ nün (1982) Tuz Gölü Projesi, Gündoğan ve Helvacı’ nın (1996) Bolluk Gölünde yaptıkları mineraloji ağırlıklı çalışmaları dikkat çekmektedir. Bu çalışma Tübitak projesi kapsamında hazırlanmış olup, burada projenin bu aşamasına kadar yapılan hidrokimyasal ve izotop analiz sonuçları yorumlanmıştır. Proje tamamlandıktan sonra bölgeyle ilgili kapsamlı bir değerlendirmenin ayrı bir çalışma olarak sunulabileceği planlanmıştır.

HİDROJEOLOJİK YERLEŞİM İnceleme alanının tabanında ofiyolitik melanj yer almaktadır. Bozdağ’ ın 1,5 km kuzeybatısında diyabaz, serpantinit, spilit ve boynuztaşı yaygın olarak bulunmaktadır. Bu birimler önceki çalışmalarda Üst Kretase olarak yaşlandırılmıştır. Bunların üzerine allokton olarak Bozdağ ve Tütün tepelerde yüzeylenen kireçtaşları gelmektedir. Gri ve beyaz renkli, tabakalanma sunmayan, kriptokristalen dokulu, bol çatlak ve kırıklı yapısı ile ikincil gözeneklilik ve geçirimliliği artmıştır. Bu birimler Liyas olarak bilinmektedir. Kireçtaşları üzerine genellikle yatay tabakalı çakıltaşı, kumtaşı, farklı özelliklerde kireçtaşları, marn, kil ve siltten oluşan göl çökelleri gelmektedir. Kireçtaşları tabakalı, yer yer dolomitik ve killidir. Kil ve marnlı seviyeler jips içermektedir. Göl çökelleri Üst Miyosen-Üst Pliyosen zaman aralığında çökelmişlerdir. Bölgedeki volkanik faaliyetler muhtemelen Pliyosen başına kadar devam etmiştir. Karadağ andezitik volkanı bunlardan biridir (Şekil 1 ve 2). Proje sahasındaki kireçtaşı ve çakıltaşlarının genellikle birincil ve ikincil gözenekliliğe sahip, sıcak ve mineralli suları içerdikleri düşünülmektedir. Bu birimler basınçlı akifer konumundadır. Kuyu başında yapılan ölçümlere gore, sıcak su kuyularından Selahattin Bayhan kuyusunun (S4) en yüksek sıcaklıkta (43 oC) olduğu belirlenmiştir. Diğer sıcak su kuyularındaki sular 40 oC’nin altında sıcaklıklara sahiptir (Çizelge 1 ve 2). Sıcak ve mineralli suların kaynak şeklinde yeryüzüne ulaştığı yerlerde traverten konileri oluşmuştur. Bölgedeki traverten konilerinin büyük bir çoğunluğu oluşumunu tamamlamış (fosil) olup, bunlardan bir kısmı bozulmuş ve yıpranmış, bir kısmı da halen oluşumuna devam etmektedir. Traverten konilerinin bir bölümünde gölcükler şeklinde su bulunmaktadır (Şekil 1).

BOZ DAĞ

68

66

64

62

60

93 95 97 99 01

YAPALI

1 km

GY2

SB(S4)

MAb(S7)

Çatal T.

Kara Dağ

VK(S3)

YA(S2)

HK(S1)

Tütün T.

Küçüktütün T.

YHK(Yapalı hamamı kaynağı)

KK2

KK5

KK4

KK7KK6

BG1

IK(Ilıca kaynağı)

KK3

KK8

K

MAk(S5)

Şekil 1. İnceleme alanı yer belirleme haritası

329

Karadağ

G 80 DK 80 BTütün tepe

?

00

1300

1000

0

m

Alüvyon

Andezit (Pliyosen)

Kristalen Kireçtaşı

Tektonik dokanak

Ofiyolit melanj

Açısal uyumsuzluk

Açısal uyumsuzluk

Kireçtaşı,kil-marn (jipsli),kireçtaşı (karstik)

250 500 7500 m(b)

(a)

Şekil 2a. Jeolojik enine kesitib. Genelleştirilmiş stratigrafik dikme kesiti

Jeotermal yeraltı suyu akımı

330

Çizelge 1. Yeraltı sularının hidrokimyasal özellikleri (Örnekleme tarihi: 21-10-2001)

Numune No. Parametreler

S1 (Hacı Karagöz)

S2 (Yusuf Aktaş)

S3 (Vakkas Koçuk)

S4 (Selahattin Bayhan)

S5 (Mehmet Akbulut)

S6 (Abdullah Yurtsever)

S7 (Molla Abay)

Sıcaklık, oC 39,1 39,2 33,5 42,4 14,8 28 39,5 PH 6,4 7,1 6,3 6,4 6,5 6,6 6,3 EC, μmho/cm (yerinde)

4510 4500 4460 4370 2420 4560 4230

EC, μmho/cm (laboratuvarda)

4960 4980 5020 4830 2610 4810 4440

TÇM, mg/l 3174 3187 3213 3091 1670 3078 2842 CO3 “ 0 0 0 0 0 0 0 HCO3 “ 631,3 475,8 603,9 558,1 311,1 558,1 472,7 Cl “ 546,7 560,9 543,1 511,2 257,4 518,3 461,5 SO4 “ 1699 1763 1665,3 1718,4 855,5 1710,6 1543,7 Na “ 310 288,2 309,6 161,2 123 306,4 286,8 K “ 21,8 22,6 21,2 21,7 16,0 21,1 20,0 Ca “ 665 639 630 693 300 652 545 Mg “ 169 190,3 176,3 210,9 112,5 156,9 155,0 B “ 1,55 1,27 1,24 1,28 <1,00 1,16 1,13 Br <0,2 <0,2 <0,2 <0,2 14,55 <0,2 <0,2 SiO2 “ 32,6 25,4 25,0 25,4 25,8 19,5 26,6 Fe “ 0,12 0,26 0,29 0,27 0,07 0,27 0,23 As “ <0,003 <0,003 <0,003 <0,003 <0,003 <0,003 <0,003 F “ 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Toplam sertlik (CaCO3) “

2357,5

2380

2300

2600

1212,5

2275

2000

Toplam Alkalinite (CaCO3) “

517,5 390,0 495,0 457,5 255,0 457,5 387,5

Kuyu derinliği Bilinmiyor 76 70 127 200 Bilinmiyor 135-140

331

Çizelge 2. Yeraltı sularının hidrokimyasal özellikleri (Örnekleme tarihi: 03-08-2002) Numune No. Parametreler

S2 (Yusuf Aktaş)

S3 (Vakkas Koçuk)

S4 (Selahattin Bayhan)

S6 (Abdullah Yurtsever)

S8 (Gölyayla kuyusu)

mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l HCO3

- 317,2 567,3 530,7 677,1 515,4 Cl- 244,9 582,2 489,9 489,9 78,1 SO4

2- 430,0 1292,0 1248,0 1280,0 140,0 Na+ 138,0 229,2 206,8 205,6 40,0 K+ 14,8 24,9 23,2 24,2 8,8 Ca2+ 210,0 620,0 640,0 658,0 104,0 Mg+ 51,1 133,8 85,1 110,6 76,6

Yeraltı Sularının Hidrokimyasal Özellikleri İnceleme alanında yer alan, derinlikleri en fazla 200 m (Mehmet Akbulut kuyusu) olan sondaj kuyularından 8 tanesi incelenmek üzere seçilmiş olup, incelemeler kuyu başında ve laboratuvarlarda yapılmıştır. En fazla 43 oC sıcaklığa sahip bu sular kalsiyum ve sülfat açısından zengindir. Elektriksel iletkenlikleri 2400-4500 μmho/cm arasında, toplam çözünmüş katı madde miktarı 1600-3250 mg/l arasında değişmektedir. Toplam CaCO3 sertlikleri en fazla 2600 mg/l dir (Çizelge 1). Schoeller diyagramına göre, sıcak yeraltı suları katyonlar bakımından rCa> rMg> r(Na+K), anyonlar bakımından rSO4>rCl>rHCO3 şeklinde bir dizilime sahiptir. Mg ve Na+K miktarları birbirine yakın değerlerdedir (Şekil 3). Soğuk yeraltı suyu örneği (S8), katyonları rMg> rCa> r(Na+K) şeklinde, anyonları ise rHCO3>rSO4>rCl şeklinde dizilime sahiptir. Sıcak yeraltı sularının anhidrit, jips, dolomit, kalsit ve kuvars minerallerine göre doygunluk durumları Wateqb bilgisayar programıyla (Plummer ve diğ., 1976) incelenmiştir (Çizelge 3). Bu sular anhidrit ve jipse doygun değil, kalsit, dolomit ve kuvars bakımından doyma sınırındadır. Hiç bir su aşırı doygun değildir. Yeraltı sularının bölgede geçirimsiz birimler içersinde yer alan jipslere doygun olmaması, su ile kayaç arasındaki temas süresinin ve temas alanının azlığından kaynaklanmaktadır.

1

10

100

mek/l

rCa rMg r(Na+K) rCl rSO4 rHCO3

AÇIKLAMA(03.08.2002)(21.10.2001)

S1S2S3S4 S7

S5S6

S3S4S6S8

S2

Şekil 3. Yeraltısularının Yarı Logaritmik Schoeller diyagramı

332

Çizelge 3. Sıcak yeraltı sularının minerallere doygunluğu Numune No.

S1 H. Karagöz

S2 Y. Aktaş

S3 V.Koçuk

S4 S.Bayhan

S5 M.Akbulut

S6 A.Yurtsever

S7 M.Abay

Anhidrit -0,162 -0,163 -0,226 -0,125 -0,772 -0,239 -0,238 Jips -0,072 -0,074 -0,091 -0,060 -0,436 -0,053 -0,152 Kalsit 0,229 0,854 0,093 0,307 -0,434 0,301 0,020 Dolomit 0,481 1,659 0,080 0,585 -1,055 0,389 -0,030 Kuvars 0,544 0,432 0,508 0,389 0,556 0,481 0,448

Yeraltı Sularının İzotopik Özellikleri

Sıcak yeraltı sularının izotopik özelliklerini araştırabilmek için iki dönem yapılan izotop analizlerinden yararlanılmıştır. İzotoplardan oksijen-18, döteryum ve trityum araştırılmış olup, örnekleme zamanları olarak su kuyularının ölçüm için uygun olduğu zamanlar seçilmiştir. Oksijen-18 ve döteryum izotop verilerine göre yeraltı suları dünya meteorik su doğrusunun (Craig, 1962) altında yer almaktadır (Şekil 4). Bu sular benzer özellikler göstermekte olup, meteorik kökenli oldukları belirlenmiştir. Sığ, soğuk yeraltı suyunun da aynı grup içinde yer alması bu görüşü kuvvetlendirmiştir. S2 numunesinde (3.8.2002 tarihli) buharlaşma etkisinin görülmesi, numune alma şartlarından kaynaklanmıştır. Sularda, oksijen-18 değerleri; –10,57 ile –11,18 (‰ SMOW) arasında değişirken, döteryum değerleri; –76,86 ile –83,90 (‰ SMOW) arasındadır. Bu suların trityum içeriği; 0,00-5,95 Trityum Birimi (T.U.) arasında değişmektedir (Çizelge 4).

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-12 -11 -10 -9 -8Oksijen-18 (binde)

Döt

eryu

m (b

inde

)

SB1HKVK1MA

MAKYA1AY1

GY2YA2VK2

SB2AY2

21.10.2001 3.8.2002

Dünya Meteorik su doğrusu

Şekil 4. Oksijen-18/döteryum grafiği

333

334

Çizelge 4. İnceleme alanındaki yeraltı sularının izotopik değerleri

Num. No.

Adı Örnekleme tarihi

Oksijen-18 (‰)

Döteryum (‰)

Trityum (T.U.)

S4 S.Bayhan 21-10-2001 -10,81 -76,86 0,95±2,00 S1 H.Karagöz “ -11,09 -83,90 5,95±2,20 S3 V. Koçuk “ -11,18 -81,71 0,75±2,00 S7 M. Abay “ -10,99 -80,85 3,60±2,20 S5 M. Akbulut “ -11,01 -82,62 2,00±1,70 S2 Y. Aktaş “ -10,57 -81,75 Ölçülmedi S6 A. Yurtsever “ -10,78 -80,68 Ölçülmedi S2 Y. Aktaş 03.08.2002 -9,09 -73,52 4,20±1,75 S3 V. Koçuk “ -10,99 -76,53 0,00±1,70 S4 S. Bayhan “ -10,88 -80,11 0,00±1,65 S6 A. Yurtsever “ -10,93 -80,62 0,00±1,65 S8 Gölyayla kuy. “ -10,49 -77,38 0,75±1,80

SONUÇLAR İnceleme alanındaki kireçtaşı ve çakıltaşlarının sıcak ve mineralli sular içeren akifer birimleri olduğu, bu birimlerin altında yer alan ofiyolitik melanj ve üzerindeki kil ve marnların geçirimsiz seviyeleri oluşturduğu belirlenmiştir. Sıcak ve mineralli sularda katyonlardan Ca+2, anyonlardan SO4

-2 baskın iyonlardır. Soğuk yeraltı suları ise Mg+, Ca+2 ve HCO3

- bakımından zengindir. Yeraltı suları kalsit, dolomit ve kuvarsa doygun, anhidrit ve jips minerallerine doygun değildir. Bölgedeki jeotermal sular izotopik bileşimleri açısından değerlendirildiğinde, meteorik kökenli oldukları ve yaklaşık olarak benzer dolaşım sürelerine sahip oldukları görülmüştür. Bu suların ısınma mekanizmasını jeotermal gradyan ve andezitik volkanizmanın oluşturabileceği anlaşılmıştır.

335

KATKI BELİRTME Bu çalışma, YDABÇAG-101Y026 nolu Tübitak projesi tarafından desteklenmiştir. Arazi çalışmaları sırasında yardımlarını esirgemeyen, Yapalı köyünden (Cihanbeyli-Konya) Sayın Yusuf Polat’ a teşekürü bir borç biliriz. KAYNAKLAR Canik, B., 1988. Bozdağ-Yapalı Toprakkale dolayındaki (Cihanbeyli) sıcak ve mineralli sular ve

oluşukları. Ulusal 1. Hidrojeoloji Simpozyumu, (Ed: Prof. Dr. Baki CANİK), Ank. Üni., Fen Fakültesi Jeoloji Müh. Bölümü, Bildiriler,111-123.

Craig, H., 1962. Isotopic variations in meteoric waters. Science, 133:1702-1703. Gündoğan, İ., Helvacı, C., 1996. Geology, hydrochemistry, mineralogy and economic potential of

the Bolluk Lake (Cihanbeyli-Konya) and adjacent area. Tr. J. of Earth Sciences, 5, 91-104. MTA, 1982. Tuz Gölü projesi jeoloji raporu. 2, Rapor No: 7188, Ankara Plummer, L.N., Jones, B.N. and Truesdall, A.H., 1976. Wateqf-A Fortran IV version of Wateq A

computer program for calculating chemical equilibria of natural water. U.S. Geological Survey Water Resources Investigation Report, 76-13, 61.