1.Ulusal Hidrolojide İzotop Teknikleri Sempozyumu

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
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
ii
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
99
Berrin AKAN
NİĞDE MİSLİ OVASINDA İZOTOP TEKNİKLERİ KULLANILARAK
YERALTISUYU KARAKTERİSTİKLERİNİN BELİRLENMESİ
Nihal BAŞARAN , Uğur SÜRAL
109
SU BÜTÇESİ ELEMANLARININ BULUNMASINDA İZOTOP YÖNTEMİ
Vehbi ÖZAYDIN
125
iii
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
255
A. Özlem ATİLLA
iv
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
v
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
99
Berrin AKAN
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
vi
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
255
A. Özlem ATİLLA
vii
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
viii
İZOTOPLARIN HİDROLOJİDE KULLANILMASI
USING OF ISOTOPES IN HYDROLOGY
Candan ÇİFTER1, Mesut SAYIN2
1
Kimya Yük.Müh. DSİ Genel Müdürlüğü,TAKK Dairesi Başkanlığı, [email protected]
Fizik Yük. Müh. DSİ Genel Müdürlüğü, TAKK Dairesi Başkanlığı, [email protected]
2
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
1
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.
2
TABLO 1. İzotop hidrolojisinde kullanılan bazı elementlerin kararlı izotopları
Element
Hidrojen
Oksijen
Karbon
Azot
Kükürt
Klorür
Doğada bulunma oranı
%
99,985
0,015
99,759
Sembol
1
2
H
H;D
16
O
0,037
17
0,204
18
98,892
12
1,108
99,635
0,365
95
0,75
4,21
0,02
75,7
24,3
13
O
O
C
C
N
15
N
32
S
33
S
34
S
36
S
35
Cl
37
Cl
14
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 H216O, 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).
3
Şekil 1. Kütle spektrometresinin çalışma prensibi
İzotopik içerikler aşağıdaki δ notasyonu ile verilir.
⎡R
δ (o / oo) = ⎢
⎣
numune
R
−R
s tan dart
s tan dart
δ değeri bağıl bir değerdir. Yani δ değeri, numunenin
⎤
⎥ × 1000
⎦
18
O/16O veya 2H/1H oranı bir standardın
18 16
O/ O 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 2 δ , δ 2H veya δ D, oksijen-18 izotopu için δ 18O veya 18 δ 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-SO42-,
δ18O-SO42-, 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
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)
9
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
başlatılmıştır.
çalışmalar
‘’ 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
10
yeraltısuyunun genel akım yönleri saptanmış, akarsular ve yağışın yeraltısuyuna etkisi
incelenmiştir.
‘’ Research on Karst Waters in Yukarı Çürüksu Plain Using Isotope Techniques’’
ÖNHON ve arkadaşları- 1987
E.
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.
11
‘’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.
12
‘’ 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,
13
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
14
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:[email protected]
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
15
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
16
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,
37
Cl), 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.
17
Çizelge 1. İzotopların hidrolojide kullanım alanları
δ13C
δ15N
δ18O
Hidrolojik Süreç
δD
Beslenme ve Akım hesabı
Yüzey - Yeraltı suları ilişkisi
Ortalama yeraltısuyu hızı
5 yıldan genç sistemler
5 - 30 yaş arası sistemler
Yeraltısuyunun kökeni
30 yıldan genç yerel
sistemler
Bölgesel sistemler
Beslenme Bölgesi ya da Köken
suyun belirlenmesi
Yerel sistemler
Bölgesel sistemler
Akiferler arası sızma
Karstik Sistemler
Çatlaklı Kayaçlar
Yeraltısuyu Akım ve Depolama
Özelliklerinin Belirlenmesi
Dispersivite çalışmaları
Yeraltısuyu ve Yüzey suyu akım
bileşenlerinin belirlenmesi
Çözülü maddelerin kökeni
Jeokimyasal reaksiyon modeli
Yeraltısuyu Yaşının Belirlenmesi
5 yıldan genç sistemler
5 - 50 yıl
50 - 1000 yıl
1000-40000 yıl
60000-1200000 yıl
X
X
X
X
X
X
δ87Sr
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
3
H
14
C
36
Cl
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
39
Ar
85
Kr
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
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,
18
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, paleobeslenme 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).
85
Kr 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.
85
Kr, 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.
85
Kr 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.
19
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
36
Cl 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.
37
Cl 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
20
gözlenecektir. Su – kayaç etkileşimi sırasında bir mineralden kazanılan stronsiyum, mineral ile aynı
87
Sr/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
15
N 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).
21
25
NH4-NO3
Sentetik
Gübre
20
Denitrifikasyon
(kalan % NO3)
18
δ O‰ VSMOW
20%
15
Nitrifikasyon
10
80%
5
NH4-NO3
Gübre Toprak
Mineral
Organik
Madde
40%
60%
Dışkı, foseptik sızıntısı
0
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
15
δ N‰ AIR
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
129 127
I/ I 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
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) 103113
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
85
Kr 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
23
Weise, S. and Moser, H.,1987, "Groundwater dating with helium isotopes." In: Isotope Techniques
in Water Resource Development." IAEA, Vienna, pp. 105-126.
24
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
[email protected]
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
25
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,
26
•
•
2.2
Su kalitesi çalışmaları,
Üye ülkelerde teknik işbirliği projelerinin uygulanması.
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.
27
3.
Hidrolojide İzotoplar Uluslararası Ortak Program (JIIHP) Programı
Hidrolojide izotopların kullanımı, 2002-2007 yılları arasındaki IHP'nin altıncı dönemi (IHPVI)'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.
28
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,
29
•
•
•
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,
30
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:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
3.6
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.
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.
31
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:
•
•
•
•
•
4.
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.
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
32
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
IAEA
Izotop
Hidrolojisi
Programı
IAEA
JIIHP Sekreteryası
JIIHP
Programının
Yürütülmesi
33
IHP Hükümetlerarası Konseyi
IHP Sekreteryası
IHP-VI (2002-2007)
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
1
Fizik Yük.Müh. DSİ Genel Müd. TAKK Dai. Bşk. [email protected], [email protected]
Kimya Yük.Müh. DSİ Genel Müd. TAKK Dai. Bşk. [email protected]
3
Fizik Yük.Müh. DSİ Genel Müd. TAKK Dai. Bşk. [email protected]
2
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.
35
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
36
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)
Ön Yükselteç
Numune Sayacı
Kapı
Yükselteç
ve
Ayıraç
Yükselteç
ve
Ayıraç
α+β
β
α
Yüksek
Voltaj
Kaynağı
P-10
Gaz tankı
Şekil 2: Tennelec LB 1000 alfa/beta sayma sisteminin blok diyagramı
38
Sayıcı
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) .
+ + +
Radyasyon
-
-- --
C
- -
Anod + + e
Elekronik
Üniteler
+
R
Katod-
Yüksek voltaj
_
kay.
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.
39
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
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
III. Bölge Müdürlüğü
ESKIŞEHIR
IV.Bölge Müdürlüğü
KONYA
V. Bölge Müdürlüğü
ANKARA
VII. Bölge Müdürlüğü
SAMSUN
IX.Bölge Müdürlüğü
ELAZIĞ
X. Bölge Müdürlüğü
DIYARBAKIR
XI. Bölge Müdürlüğü
EDIRNE
XII. Bölge Müdürlüğü
KAYSERI
XIV. Bölge Müdürlüğü
İSTANBUL
XV.Bölge Müdürlüğü
ŞANLIURFA
XVIII. Bölge Müdürlüğü
ISPARTA
XXI. Bölge Müdürlüğü
AYDIN
I.Bölge Müdürlüğü
BURSA
İzmir, Manisa , Uşak
Eskişehir, Kütahya
Konya , Karaman, Aksaray, Niğde
Ankara, Bolu, Çankırı
Samsun
Elazığ , Malatya, Tunceli, Bingöl
Diyarbakır, Batman, Mardin, Şırnak
Edirne, Tekirdağ, Kırklareli
Kayseri, Nevşehir, Yozgat, Kırşehir
İstanbul
Şanlıurfa
Isparta, Afyon, Burdur
Aydın, Muğla, Denizli
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
41
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 α ( Bq / L) =
A ( Bq / L) =
β
1000( N net ± σ α )
60 ⋅ η 0 ⋅ F ⋅ V
1000⋅0,0146⋅ M k ⋅( N net ± σ β )
σ α = ±1,96
V⋅S KCl
N num B
+
t num
tB
Burada;
Nnet
B
Nnum
tnum
tB
σα
V
Mk
B
: Numunenin net sayma hızı (cpm)
: α kanalındaki boş sayımın (ortam saymasının) sayma hızı(cpm)
: Numunenin toplam sayma hızı (cpm)
: Numunenin sayma süresi (dakika)
: Boş sayım sayma süresi (dakika)
: α sayımları için standart hata (cpm)
: Sayılan su numunesinin hacmi (mL)
: 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)
: β sayımları için standart hata (cpm)
σβ
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.
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
İçme suyu için
uygun, herhangi
bir işleme gerek
yok
Doz≥0,1 mSv/yıl
Radyoaktiviteyi
azaltmak için
gerekli işlemler
yapılır
(uygun arıtma,
başka su ile
karıştırma v.b)
Şekil 7: İçme sularının radyoaktivite konsantrasyonlarının belirlenmesinde izlenen akış diyagramı
44
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
45
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 ([email protected])
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.
47
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, kripton85 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.
48
600
2500
500
2000
400
1500
300
1000
200
500
100
0
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
0
2000
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
49
başlıca CFC'lar olan CFC11, CFC12 ve
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
50
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 yükseltiortalama 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
51
sonucu olarak, yeraltısuyunun CFC yaşı gerçektekinden daha genç olarak belirlenmektedir. Yeraltısuyu gaz kompozisyonunun fazla hava etkisinden arındırılması mümkün olup, bu amaçla uygulanabilecek 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 sağlanmasından 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.
52
Özenli bir örnekleme yapılması durumunda cam ve bakır borulara alınan örneklerin kalitesi arasında 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
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.
54
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
55
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.
56
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
a
b
Osmangazi Üniversitesi, Jeoloji Müh. Bölümü, Eskişehir, 26480, [email protected]
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Jeoloji Müh. Bölümü, Ankara, 06531, [email protected]
c
Scripps Institution of Oceanography, University of California San Diego,
La Jolla, CA 92093-0244, USA, [email protected]
d
DSİ 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 NaHCO3 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.
57
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.
58
KARADENİZ
Bolu
0 100
km
o
o
30
29
o
31
ANKARA
KAF
DAF
BKK
BAGS
AKDENİZ
: Kuzey Anadolu Fayı
: Doğu Anadolu Fayı
: Bitlis Kenet Kuşağı
: Batı Anadolu Graben Sistemi
Graben
o
o
o
32
Doğrultu-atımlı fay
o
34
33
Bindirme
o
35
o
36
37
N
KARADENİZ
o
M = 7.4
17.08.99
42
M = 7.2
12.11.99
M = 5.9
06.06.00
o
Düzce
Adapazarı
BOLU
Akyazı
Gölyaka
Gölcük
Arifiye
YALOVA
Mudurnu
Iznik
Seben
Gemlik
Göynük
BURSA
Gebze
Kurşunlu
Izmit
41
Hamamözü
AMASYA
Orta
ÇANKIRI
ÇORUM
Gözlek
TOKAT
Reşadiye
o
40
Proje kapsamında örneklenen alanlar
KAFZ
17 Ağustos ve 12 Kasım depremlerinde ortaya çıkan yüzey kırık hattı
son depremlerin (M>5) merkez üsleri
M = 7.2
12.11.99
0
son depremlerin büyüklükleri ve tarihleri
50
km
Şekil 1. KAFZ boyunca örneklenen jeotermal sahaların tektonik konumunu gösterir harita.
59
100
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 37611545 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.
60
Çizelge 1. KAFZ sularının Mart-2002 dönemine ait kimyasal analiz sonuçları (mg/l)
Örnek Yeri
Gölyaka°
Yalova°
Yalova°
Bolu• ( P )
Mudurnu• ( A )
Mudurnu°
Mudurnu°
Seben°
Seben• ( P )
Seben• ( P )
Seben°
Hamamözü• ( A )
Gözlek• ( A )
Reşadiye°
Reşadiye°
Kurşunlu• ( A )
Kurşunlu°
Kurşunlu°
Örnek No.
1
2a
2b
3
4a
4c
4d
5a
5b
5c
5d
6
7
8a
8b
9a
9b
9c
*T (°C)
42,3
60,1
41,6
38,3
19,6
11,3
70,1
55,8
35,0
13,1
41,3
38,4
41,3
12,5
55,9
12,6
9,0
PH
Na
K
6,47 450 18
7,91 280
6
300
6
6,96 52
18
6,26 30
9
6,89 23
6
7,25 24
4
6,73 530 40
6,84 520 39
7,25 500 38
7,32 100
6
7,83 49
8
7,93 78
6
6,44 760 49
7,76 20
3
7,20 3500 260
6,46 1200 120
8,17
8
1
Mg
135
1,94
0,49
112
24,3
21,9
31,6
0,49
7,29
14,6
40,1
16
4,86
85,1
19,4
19,4
8,74
8
.
°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.
61
Ca
164
151
150
344
168
128
108
58
52
56
106
35,2
17,2
280
40
7,20
7,20
66
HCO3
1835
47,6
45,1
817
767
535
415
1201
1193
1205
332
234
251
1805
180
6976
2659
241
Cl
197
101
96,9
6,75
1,43
5,04
7,92
80,1
70,8
79,8
12,2
36,4
13,5
786
2,02
776
207
21,6
SO4
1
875
925
625
30
50
72
138
170
173
400
15
5
40
55
7
7
7
TDS
2800,2
1462,7
1523,5
1974,6
1029,8
769,3
662,1
2047,3
2051,8
2065,8
996,0
393,8
375,8
3804,9
319,9
11545,2
4208,5
353,1
YDH
4,88
-4,30
-4,58
4,54
-4,77
1,81
3,53
4,25
3,30
2,13
-3,68
2,32
2,14
0,48
3,41
‡
8,2
‡
6,4
-4,21
MART 2002
Ca + Mg
SO4 + Cl
Efteni-1
Yalova-2a
Yalova-2b
Bolu-3
Mudurnu-4a
Mudurnu-4c
Mudurnu-4d
Seben-5a
Seben-5b
Seben-5c
Seben-5d
Hamamözü-6
Gözlek-7
Reşadiye-8a
Reşadiye-8b
Kurşunlu-9a
Kurşunlu-9b
Kurşunlu-9c
Ca + Mg
HCO3 + CO3
Na + K
Mg
SO4
Cl
Ca
Şekil 2. KAFZ suları için Piper diyagramı.
Batı kesiminde yer alan Yalova alanı için, yakın civarındaki Bursa ili yağış sularının izotop
bileşimleri (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.
62
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.
No:1 Efteni-Gölyaka
No:2a Yalova-Termal
No:2b Yalova-Termal
No:3 Bolu
No:4a Mudurnu-Babas
No:4c Mudurnu-Babas
No:4d Mudurnu-Babas
No:5a Seben
No:5b Seben
No:5c Seben
No:5d Seben
No:6 Hamamözü
No:7 Amasya-Gözlek
No:8a Reşadiye
No:8b Reşadiye
No:9a Kurşunlu
No:9b Kurşunlu
No:9c Kurşunlu
δ18O
(o/oo)
-11.06
-11.34
-11.41
-11.90
-11.77
-10.98
-10.48
-12.37
-11.81
-11.56
-8.72
-12.43
-13.25
-12.89
-12.71
-8.52
-11.26
-10.37
63
δD
( /oo)
-83.12
-74.95
-79.86
-88.83
-83.29
-86.70
-80.70
-92.32
-92.36
-89.57
-69.34
-87.17
-95.49
-93.30
-86.09
-88.47
-86.25
-76.93
o
T
(TU)
0.00 ± 1.65
8.90 ± 1.90
9.90 ± 2.00
9.75 ± 1.90
6.00 ± 1.80
16.80 ± 2.10
14.00 ± 2.05
0.00 ± 1.60
1.80 ± 1.70
0.90 ± 1.65
8.40 ± 1.80
2.10 ± 1.65
2.10 ± 1.65
3.05 ± 1.70
9.20 ± 1.80
0.35 ± 1.70
7.25 ± 1.80
15.70 ± 2.00
Efteni- Gölyaka 1
Yalova- Termal 2a
0
Yalova- Termal 2b
SD
Bolu 3
K
M
Mudurnu-Babas 4a
Mudurnu- Babas 4c
Mudurnu-Babas 4d
-50
Seben 5a
δD ‰
Seben 5b
Seben 5c
Seben 5d
Kurşunlu 9a
-100
Kurşunlu 9b
Kurşunlu 9c
Hamamözü 6
Amasya- Gözlek 7
Reşadiye 8a
-150
-20
-15
-10
-5
18
δ
0
5
10
Reşadiye 8b
KMSD
O‰
Şekil 3a. KAFZ suları için δ18 O-δD diyagramı (Küresel Meteorik Su Doğrusu, KMSD (Craig, 1961), referans alınarak tüm
örnekler birarada gösterilmiştir).
64
Batı
Orta batı
0
0
-50
Efteni- Gölyaka 1
KM
SD
KM
SD
Yalova- Termal 2a
Yalova- Termal 2b
Bolu 3
Mudurnu-Babas 4a
BMSD
BMSD
-100
Mudurnu- Babas 4c
δD ‰
δD ‰
-50
Mudurnu-Babas 4d
Seben 5a
-100
KMSD
Seben 5b
Seben 5c
Seben 5d
-150
-20
-15
-10
-5
0
5
KMSD
-150
-20
10
-15
-10
-5
δ
δ 18 O‰
Orta
18
0
5
10
O‰
Doğu
0
-50
-50
δD ‰
δD ‰
Kurşunlu 9a
Kurşunlu 9b
Kurşunlu 9c
KMSD
-100
KM
SD
KM
SD
0
Hamamözü 6
Amasya- Gözlek 7
YMSD
Reşadiye 8a
Reşadiye 8b
-100
YMSD
KMSD
-150
-20
-15
-10
-5
0
5
-150
-20
10
δ 18 O‰
-15
-10
-5
0
5
10
δ 18 O‰
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) ).
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.
20
Sıcak su
Soğuk su
Trityum (TU)
15
10
5
0
Yalova
Gölyaka
Mudurnu
Bolu
Seben
Kurşunlu Hamamözü Gözlek
Reşadiye
Lokalite (Batıdan Doğuya)
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
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.
67
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: [email protected]
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 11001400 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
69
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 CaHCO3 (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
70
uyumsuzlukla gelen ve çakıltaşı, kumtaşı, kiltaşı, kireçtaşından oluşan Tosunlar Formasyonu
başlıca, Kızıldere'nin doğusundaki Tosunlar köyünde tipik yayılım gösterir (Şimşek, 1984).
Yerleşim Merkezi
Yol
Ana Fay
BÜYÜK MENDERES GRABENİ JEOTERMAL SAHALARI
Nehir
Yerleşim
Jeotermal Kaynak
Jeotermal E.S.
Germencik Jeotermal
Sahası
Kızıldere Jeotermal
Sahası
BOZDAĞ HORSTU
Kuşadası
Germencik
AYDIN
Köşk
KOÇARLI HORSTU
ğı
üşda
Güm rstu
Ho
Nazilli Kuyucak
Atça
Tekkehamam
Sarayköy
BA
BA
DA
Ğ
Gölemezli
Karahayıt
Pamukkale
HO
RS
T
DENİZLİ
U
Şekil 1 Çalışma alanının yerbulduru haritası (Şimşek vd. 2000).
HİDROJEOKİMYA
Fiziksel Karakteristikler
Çalışma alanındaki soğuk yeraltı sularının sıcaklıkları 10-17 oC, elektriksel iletkenlik değerleri 150500 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 3035 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
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
72
suları ile reaksiyonu sonucunda oluşmaktadır. Tekkehamam termal sularının bir kısmı bu tipe aittir.
% SO4+Cl
50
E
D
40
KK
HH
K
G
% Ca+Mg
%Na+K
E
E
30
EE A AAA
A
E
K
K
G
K
20
H
B
F
10
F
F
F
F
0
C C
0
10
B
B
B
B
B
B
B
B
B
F
F
F
20
30
% HCO3
40
50
(A) Alkali bikarbonat (Na+K-HCO3): 90<TDS<130 meq/l. Yüksek metamorfizmaya uğramış gnayslardan gelen Kızıldere
jeotermal suları ve bazı Tekkehamam sıcaksu kaynakları.
(B) Toprak alkali bikarbonat (Ca+Mg-HCO3): TDS<130 meq/l. Paleozoyik gnayslar ve Tersiyer sedimanter kayaçlardan sığ
dolaşımlı soğuk yeraltısuları.
(C) Toprak alkali sülfat (Ca+Mg-SO4): TDS<110 meq/l. Pliyosen yaşlı Kolonkaya formasyonundaki jipsler ile etkileşimde olan
sığ dolaşımlı yeraltısuları.
(D) Alkali sülfat (Na+K-SO4): TDS<70 meq/l. Tekkehamam sıcaksu kaynakları bu tiptir. H2S gazının meteorik sularla treaksiyonu
sonucu ile oluşur. Sahanın marjininde yeralmaktadır.
(E) Alkali bikarbonat sülfat (Na+K-HCO3-SO4): 80<TDS<120 meq/l. Jeotermal gazların (özellikle CO2 )meteorik sularla teması
sonucu oluşurlar. Jeotermal sahaların marjininde bulunurlar. Tekkehamam’da bulunan bazı jeotermalsular bu tiptedir.
(F) Toprak alkalisülfatlı bikarbonat (Ca+Mg-SO4+HCO3): 30<TDS<80Karahayıt-Pamukkale sıcak suları bu tiptir.
(G) Alkali-toprak alkali sülfatlı (Na+K, Ca+Mg-SO4): 140<TDS<220. Kızıldere jetermal sahasının yakınlarında
görülür. Buharın ayrışımı ile sönümlenen Kızıldere (A) tipi akışkan bu özelliği taşımaktadır.
(H) Alkali-toprak alkali bikarbonatlı (Na+K, Ca+Mg-HCO3): 60<TDS<120 meq/l. Kamara ve Yenice sıcaksu kaynakları.
(K) Alkali toprak alkali sülfat bikarbonat (Na+K,Ca+Mg-SO4,HCO3): 25<TDS<120 meq/l. Demirtaş, Ortakçı, Kokarhamam
ve Gölemezli. Bu kaynaklarda Kızıldere (A) tipi akışkanın katkısı görülmektedir.
Şekil 2. İnceleme alanında bulunan termal ve soğuk suların LL kare diyagramı.
E tipi: Tekkehamam sıcak su alanında rastlanan bu termal su tipi 80 meq/l ile 120 meq/l arasında
iyon içermektedir. Na-K-HCO3-SO4 tipe ait olan bu sular H2S ve CO2 gazlarının meteorik sular
içinde çözünmesi sonucunda oluşmuştur.
F tipi: Karahayıt ve Pamukkale termal suları temsil etmektedir. Ca-Mg-SO4-HCO3 özelliğe sahip
olan bu termal su tipi, 30-80 meq/l arasında toplam iyon içermektedir. Asidik karakterlidir.
G tipi: Na-K-Ca-Mg-SO4 karakteristiği taşıyan bu termal sular Kızıldere sahasının güney batısında
yer almakta ve sahanın aktif sınırlarını belirlemektedir. 140 –220 meq/l arasında iyon içermektedir.
Sıcaklığı düşük olmakla beraber, toplam mineralizasyon yönünden oldukça zengindir.
H tipi: Yenice ve Kamara bölgelerinin soğuk suları bu tipe aittir. Na-K-Ca-Mg-SO4-HCO3 özellik
taşıyan bu suların, toplam iyon içerikleri 90 meq/l den fazladır.
73
ppm Na
K tipi: Alkali, toprak alkali, sülfatlı ve bikarbonatlı özellikler taşıyan (Na-K-Ca-Mg-SO4-HCO3) bu
su tipi Kızldere sahasını güneybatı, kuzey doğu yönlerden çevreleyen Demirtaş, OrtakçıKokarhamam ve Gölemezli sahalarında bulunmaktadır. 25-120 meq/l arasında toplam iyon
içermektedir.
} Kızıldere
1200
Tekkehamam
1000
Demirtaş
800
Tekkehamam
Gölemezli MTA Derin Sdj.
600
Kamara
Gölemezli
400
Ortakçı
200
Yenice
Yenice
Karahayıt
Bölmekaya
0
0
100
200
Pamukkale
300
400
500
ppm Ca
Şekil 3. Na-Ca içeriğne göre çalışma alanındaki termal su kaynaklarının birbiri ile ilişkisi.
Şekil 3’de Kaynakların Na-Ca iyonlarının gösterildiği grafik, Kızıldere, Tekkehamam Demirtaş,
Gölemezli ve Kamera sıcak su alanlarının jeokimyasal olarak birbirleri ile ilişkili olduklarını ortaya
74
koymaktadır. A tipi Kızıldere suyu değişik oranlarda söz konusu bölge sularıyla karışım teşkil etmiş
gözükmektedir. Karışım sularında kalsiyum iyonu artarken sodyum iyonu azalmaktadır.
İnceleme alanında yapılan analizlerde bulunan Bor değerlerine karşı Na değerleri grafiğe
geçirilmiştir. 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.
30
25
Kızıldere
Tekkehamam
20
ppm Bor
Demirtaş
15
Tekkehamam
Gölemezli MTA Sdj.
10
Gölemezli
5
Pamukkale
Yenice
Kamara
Karahayıt
0
Ortakçı
0
200
400
600
800
ppm Na
1000
1200
Şekil 4 Bor konsantrasyonuna karşı Na konsantrasyonu
75
1400
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
20
(Gat ve Carmi, 1970)
-10
2
δ H (‰ VSMOW)
40
-8
-6
-4
-2
(Craig, 1961) -20
8
9
1 2 3
4 5 6
7
0
-40
7
-60
δ O (‰ VSMOW)
18
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
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).
Şekil 5. Kızıldere sahasında yeralan soğuk ve jeotermal suların δ18O-δ2H grafiği.
76
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
δ2H fazlası Kaynak
δ2H fazlası Kaynak
δ2H fazlası
Kaynak
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
o
C 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.
77
Çizelge 2. Pamukkale-Gölemezli yöresindeki soğuk suların δ2H izotopu fazlası değerleri
δ2H fazlası Kaynak
δ2H fazlası Kaynak
δ2H fazlası Kaynak
δ2H fazlası
Kaynak
Ören
9.30
Güzelpınar
15.30
Sakızcılar
12.67 Uzunpınar
17.50
Karasu
11.60
Pınarbası
16.50
Gürpınar
14.62 Sepetpınarı
18.70
30
20
δ2H (‰ VSMOW)
10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
(Gat ve Carmi, 1970)
0
-10
-20
(Craig, 1961)
-30
(Önhon vd., 1988)
-40
-50
-60
-70
δ O (‰ VSMOW)
18
Çukurbağ
Kamara
Gölemezli K.
Pamotel
Gölemezli S.
Pamukkale
Büyük Menderes
Karahayıt
Soğuk sular
Şekil 6. Pamukkale- Karahayıt dolayında yeralan sıcak ve soğuk suların δ18O-δ2H grafiği.
δ2H-Yükseklik Değişimi
Atmosferik su buharının izotopik oranı deniz seviyesinden yükseldikçe ağır izotoplar açısından
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
18
etkili olan topoğrafyaya bağlı olarak yağış suyunun δ O değeri her 100 m'lik kot artışına karşın ‰
0.15-0.5 arasında azalma göstermektedir. Bu ilişkiden hareketle, belirli bir alanda değişik kotlara
18
düşen yağışların δ O 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.
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).
2
δH
-48
-49
-50
-51
-52
δ H = -0.0074h - 41.74
r = 0.78
2
-53
-54
-55
-56
800
1000
1200
1400
Yükseklik (m)
Tekkehamam O.G.K
Kılınç Çeşme
Karlık Tepe G.
Gökbel
1600
1800
Karlık Tepe K.
Geleyli
2
Şekil 7. Kızıldere jeotermal sahası çevresindeki soğuksulara ait δ H-yükseklik grafiği.
Çizelge 3. Kızıldere jeotermal termal sularının ortalama beslenme alanı yükseklikleri.
Adı
BeslenmeYüksekliği (m) Adı
BeslenmeYüksekliği (m)
İnaltı
1900
KD-21
1650
Babacık
1350
KD-6
1830
KD-14
1560
R1
1300
KD-15
1550
R1
1500
Pamukkale-Gölemezli Jeotermal alanındaki sıcaksuların beslenme yüksekliği hesaplamaları için
Yenice 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
79
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.
-55
δ2H = -0.0292h -22.965
r = 0.61
-60
2
δ H (‰ VSMOW)
-50
-65
950
1000
Pınarbaşı
1050
1100
1150
Yükseklik (m)
Sepetpınarı
Gürpınar
Uzunpınar
Karasu
1200
1250
1300
Güzelpınar
Sakızcılar
Şekil 8. Pamukkale-Gölemezli jeotermal sahası çevresindeki soğuksulara ait δ2H-yükseklik grafiği.
Çizelge 4. Pamukkale-Gölemezli termal alanındaki termal suların ortalama beslenme alanı
yükseklikleri.
Ortalama Beslenme Adı
Ortalama Beslenme
Adı
Yüksekliği (m)
Yüksekliği (m)
Çukurbağ
1160
Kırmızı Su
1090
Gölemezli S.
1370
Pam Otel
1070
Gölemezli K.
1350
Pamukkale
1220
Kamara
1250
Trityum
Hidrojen atomunun 1 proton ve 2 nötronlu izotopu olan trityum radyoaktif bir izotop olup;
yarılanma ömrü 12.43 yıldır. Trityum izotopu çekirdekten elektron (β ışını) salınması ile yarılanır.
Elektronların enerjisi düşük olup; doğal düzeydeki trityum derişimi insanlar için sağlık riski
oluşturmaz. Duraylı izotoplardakinden farklı olarak trityum izotop miktarı bir derişim birimi olan
3
TU (tritium unit: trityum birimi) ile ifade edilir. 1 TU, 1018 hidrojen atomundan birisinin H
olduğunu ifade etmektedir. Atmosferik nemdeki trityumun doğal ve antropojenik olmak üzere
başlıca iki kaynağı vardır. Doğal trityum izotopu atmosferin üst tabakasında (stratosfer) kozmik
15
12
3
kökenli nötronların δ N izotopuna çarparak onu δ C ve δ H 'a ayrıştırması ile oluşmaktadır.
Doğal yoldan atmosfere yayılan trityumun yağış suyundaki eşdeğeri 10TU 'dir.
80
Atmosferdeki trityumun bir bölümü antropojenik kaynaklı olup; özellikle 1950'li yıllarda başlayan
ve 1963 yılında uluslararası antlaşmalar ile yasaklanan atmosfere açık yerüstü termonükleer bomba
denemeleri 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 yeraltısuyunu
besleyen yağışın trityum içeriğinin biliinmesi durumunda, yeraltısuyunun ağırlıklı ortalama yaşının
belirlenmesi ve/veya farklı yeraltısularının karışımına ilişkin öngörülerde bulunulması mümkün
olmaktadır (Tezcan, 1992).
Çalışma alanında yeralan soğuksu kaynaklarının trityum izotopu içerikleri 4.4-17.4 TU arasında
değişmektedir. Bu değerlere göre soğuksu kaynaklarının güncel yağışlar ile beslendiğini söylemek
mümkündür. 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 Pamukkale termal kaynaklarının trityum izotpou içerikleri sırasıyla 2 TU ve 3.5 TU
şeklindedir. Clark ve Fritz (1997), kıtasal bölgelerde trityum izotopu içeriği 0.8-4 TU olan suların
güncel ve eski suların karışımı olduğunu belirtmiştir.
Çözünmüş SO4 İyonundaki δ18O ve δ34S İzotopları:
Yerkabuğunda kükürtün bulunuş şekli çözünmüş sülfat, çözünmüş sülfit, hidrojen sülfit, sülfat ve
süfit mineralleri şeklindedir. Organik kükürt hümik maddeler, kerojen ve hidrokarbon olarak
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 SO4
iyonundaki izotop analizleri için Mayıs-2000 tarihinde su örnekleri Clark ve Fritz (1997) tarafından
belirtilen 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.
81
50
SO4 (meq/l)
40
30
20
10
0
0
Kızıldere K.
Gölemezli K.
5
Kızıldere S.
Karahayıt
10
15
δ34S (‰ CDT)
Pamukkale
Pam Otel
20
Çukurbağ
Kamara
25
Gölemezli S.
Şekil 9. Pamukkale ve Kızıldere jeotermal alanlarında yeralan sıcak su kaynaklarının ve kuyularının
SO4-δ34S grafiği.
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
18
δ OSO4 (‰ VSMOW)
20
10
H2O = % 0
% 25
0
% 50
-10
% 75
-20
% 100
-30
-30
18
-20
-10
0
δ OH2O (‰ VSMOW)
Şekil 10. Kızıldere jeotermal alanında yeralan kuyulardaki suların δ18OH2O- δ18OSO4 grafiği (Van
Everdingen ve Krouse, 1985’den).
Şekil 9 ve Şekil 11’de görüleceği üzere, Şahintepesi termal suyunda δ34S izotopu açısından bir
hafifleme 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.
2CH2O + SO4 Ζ HCO3 + H2S
Bu reaksiyon sırasında δ32S tepkimeye daha kolay girer. Çünkü δ32S-O bağının kırılması δ34S-O
bağının 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
reaksiyonun hızı oldukça yüksek olup birkaç dakika içinde meydana
83
25
δ34S-H2S = -3.5 ‰ CDT (Cortecci vd., 2001)
20
δ18O (‰ VSMOW)
15
Alt
Paleozoyik
Atmosferik
SO4
10
Tersiyer
5
0
Karasal
SO4
-5
-10
-15
DevoniyenAlt Triyas
-5
Senozoyik
5
15
25
35
45
δ34S (‰ CDT)
Kızıldere K
Kızıldere S
Çukurbağ
Karahayıt
Pamotel
Gölemezli S.
Gölemezli K.
Kamara
Pamukkale
Şekil 10. Pamukkale çevresi ve Kızıldere jeotermal alanlarında yeralan sıcak su kaynaklarının ve
kuyularının SO4 iyonundaki δ34S-δ18O izotopları grafiği (Clark ve Fritz, 1997’den)
gelmektedir (Clark ve Fritz, 1997). Döteryum izotopu açısından zenginleşen kaynak suyu
yeryüzüne çıktığı alanda bir göl alanı yaratmış ve atmosfer ile uzun süre temas sağlayacak zamanı
bulmuştur. Böylece indirgenme ürünü olan H2S gazı tekrar oksidasyona uğrayarak SO4 iyonunu
oluşmuştur. 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
Büyük Menderes Grabeni’nin Kızıldere-Pamukkale arasında kalan bölgede yeralan termal suların
kökenleri meteoriktir. Büyük Menders nehrinden Kızıldere termal sularının yada Pamukkale–
Karahayıt-Gölemezli-Kamara termal sularının rezervuarlarına olabilecek bir beslenme katkısı izop
hidrolojisi 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 Kolonkaya
ve Sazak formasyonlarına karşılık gelmektedir. Beslenme alanlarına yağış olarak düşen sular, farklı
fay sistemlerinden süzülerek değişik hidrokimyasal özellikte sıcaksuları oluşturmaktadır (Şekil 3.).
84
Vengosh vd. (2002), termal suların 87Sr/86Sr izotopik içeriğine göre; Kızıldere jeotermal alanındaki
suların kaynağını Menderes Masifindeki şistler, Pamukkale ve Karahayıt termal sularının kaynağını
ise Sazak formasyonu ya da Kolonkoya formasyonu olabileceğini belirtmiştir.
Termal suların beslenme-boşalım zamanı arasında geçen süre için ancak eldeki δ3H verileri ışığı
altında 1953 yılı öncesinde akifere girmiş oldukları söylenebilir. Pamukkale ve Şahintepesi
kaynaklarının diğer termal kaynak ve kuyulara orana yüksek trityum içermesi, güncel ve eski
suların karışımı şeklinde açıklanmaktadır.
Bölgede yeralan bütün termal kaynaklardaki SO4 iyonunda bulunan kükürtün (S) kökeni Pliyosen
yaşlı Kolonkaya formasyonu içindeki jipsli seviyeler belirlenmiştir. Eğer magmatik kökenli H2S
gazının katılımı söz konusu ise,yanlızca Şahintepesi kaynağında değil en azından bütün Kızıldere
jeotermal sularındaki δ34S izotop değerinin negatif yada negatife yakın değerler alması gerekirdi
(Cortecci vd., 2001).
KAYNAKÇA
Blavoux B., Dazy J., ve Reynauld, S., (1982) Information about the origin of thermomineral waters
and gas by means of environmental isotopes in Eastern Azerbijen, Iran and Southeast
France, Journal of Hydrology, 56, p. 23-38.
Clark, I. D. and Fritz, P., (1997), Environmental Isotopes in Hydrogeology, Lewis Publishers, 327
pp.
Cortecci, G., Dinelli, E., Bolognesi, L., Boschetti, T. aand Ferrara, G., (2001), Chemical and
isotopic compositions of water and dissolved sulfate from shallow wells on Vulcano
Island, Aeolian Archipelago, Italy, Geothermics, 30, 69-91.
Craig, H., (1961), İsotopic variations in meteoric waters, Science, 133, 1833-1834.
Gat, J. R., Carmi, I., (1970), Evolution of the isotopic composition of atmospheric waters in the
Mediterranian Sea aera, Journal of Geophysical Research, 75, 3039-3048.
Günay, G., Şimşek, Ş., Keloğlu, N., Elhatip, H., Yeşertener, C., Dilsiz, C., Güner, İ. N., Bektaş, D.,
Öncel, E., (1996) Pamukkale koruma amaçlı imar planında öngörülen travertenlerin
korunması ve geliştirilmesi ile ilgili bilimsel-teknik araştırmalar ve müşavirlik Hizmetleri
(III), 104 sayfa, Beytepe-Ankara.
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.
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 sayfa.
Şimşek, Ş., (1984), Denizli-Sarayköy-Buldan alanlarının jeolojisi ve jeotermal enerji olanakları.
Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Yerbilimleri Fak.,İstanbul.
Şimşek, Ş., Doğdu, M. Ş., Akan, B., Yıldırım, N., (2000), Chemical and isotopic survey of
geothermal reservoirs in Western Anatolia, Turkey, In: Proceedings World Geothermal
Congress 2000 Kyushu - Tohoku, Japan, Edited: Inglesias, E., Blackwell, D., Hunt, t.,
Lund, J., Tamanyu, S., Kimbara, K., pp 1765-1770.
85
Tezcan, L., 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, In
P. Fritz and J.-Ch Fontes (Eds.) Handbook of Environmental Geochemistry, Vol. ‘, The
Terrestrial Environment, A, Elsevier Amsterdam, The Nederlands:179-226.
Van Everdingen, R.O and Krouse, H.R., 1985, Isotope composition of sulphates generated by
bacterial and abiological oxidation, Nature, 315, 395-396.
Vengosh, A., Avner Vengosh, Helvacı, C., and Karamanderesi, İ. H., 2002, Geochemical
constraints for the origin of thermal waters from western Turkey, Applied Geochemistry,
17, 163-183.
86
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
(m)
Babacık
Kaynak
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
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
3400
6.37
54
δ3H δ18O-SO4 δ34S-SO4
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
3
0.2
6
3.1
67
0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-8.9
-49.6
9.8
-
-
48
62
348
0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-7.3
-49
5.5
-
-
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
Babadağ Kılınç Ç. Kaynak 940 101
12.9 5.5
28
7
Büyük Menderes
Kaynak
410
13
7.76
441 27
12.8
1.6
Çukurbağ
Kaynak
2880
58
6.8
510 106
138
22.4 49.5
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
-
-
62
Gölemezli MTA1 Kuyu
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
4030
15.3 6.5
36
7
-
-
-
134
0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-8.2
-52.7
10.6 -
-
Gürpınar *
Kaynak 1250 430
18
7.8
58
14.4 11.5
61
0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-9.75 -63.4
-
-
Güzelpınar *
Kaynak 1200 800
14
74
128 15.6 15.6
0.78 28.4
0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-8.8
-
-
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
-
-
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
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
-
140
0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-8.6
-49.4
9.5
-
Karlık T. Kuzey
Kaynak 1370 118
9.9
32
-
-
KD 6
Kuyu
4750
194 8.97
1
KD 14
Kuyu
5350
210 8.97
1
KD 15
Kuyu
5190
208 8.96
1
KD 21
Kuyu
5090
205 9.02
Ören **
Kaynak 450 290
10
Pam otel
Kaynak
2650
56
Pamukkale
Kaynak
2300
35
Pınarbası
Kaynak 940 337
14.5 7
R1 ***
Kuyu
5670
R1 ***
Kuyu
5630
Şahin Tepesi
Kaynak
5320
Sakızcılar *
Kaynak 1100 800
Sepetpınarı *
Kaynak 1060 343
11.2 7.25
116 3
T.hamam Havuzlu Kaynak 960 403
13.1 7.3
80
Uzunpınar
15
71
Kaynak 1140 393
6.6
11
1.56 24.85 4.8
53
14.4 427
934
-
-55.1
-
-
15
2
-
-
7
-
43
0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-9
-54.9
9.5
-
-
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
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
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
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
7.8
1
7.5
7.59
1.95 17
847
222.04 12
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-8.1
-55.5
14.8 -
-
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
6.37
455 86.8 40.4
5.9
12.4
688
16.74
100 8
4.2
0.8
7
76.7 8.18
25
2
1595 128 147
-
8.75
10
2
1365 143 128
85
7.71
169 32.7 1110 124 96.1
14
7.1
74
0.78 14.2
3.9
1.1
8
12
10
9.8
3.2
10
5.5
3.9
1.4
7.1
5.5
7.3
16.8 2.3
-
-
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
274
0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-8.5
-51.5
11.4 -
748
3222
46
66
-
-
-
-
-
19.1
-
-
-
-
-4.10 -51.30 0.33 -
-
761
1896
408
19
-
-
-
-
-
31.95 -
-
-
-
-4.64 -52.90 0.33 -
-
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
13.3
8.00
19.2 280.6
0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-8.79 -57.7
-
-
238
0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-8.8
-51.7
12.8 -
-
18
421
0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-8.6
-48.2
6.7
-
-
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 -
-
87
-28
2
14.3
-
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:[email protected]
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.
89
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).
18
O’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).
90
Şekil 1. Çeşitli kayaç ve su tiplerinin δ18O içeriği (Clark and Fritz, 1997)
Şekil 2. Başlıca hidrojen kaynaklarının δ2H içeriği (Clark and Fritz, 1997)
Şekil 3. Çeşitli bölgelerdeki jeotermal suların δ18O ve δ2H içeriği (Clark and Fritz, 1997)
91
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).
30
20
18
δ O
-10
-8
-6
B
-4
10
-2
2
0
-10
D
δ2H
-20
C
-30
-40
Global Meteorik Doğru
δ2H = 8xδ18O + 10
-50
-60
A
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 AfyonKütahya 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, 4898 °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
94
Şekil 6. Afyon Ömer-Gecek ve yakın çevresine ait jeoloji haritası (Tezcan vd., 2002’den
basitleştirilerek alınmıştır)
Yağış
Sıcak Su Noktaları
Soğuk Su Noktaları
Çizelge 1. Afyon Ömer-Gecek jeotermal alanında yer alan sıcak sular ve soğuk yeraltısularına ait
18
O ve 2H içerikleri
Örnekleme Noktası
Gecek Soğuk su
Ömer Soğuk su
Ömer Soğuk su
Gecek Soğuk su
Ömer Soğuk su
Gecek Soğuk su
Oruçoğlu Soğuk su
Demirçevre-45810
İscehisar-30082
Oruçoğlu soğuk su kuyusu
Demirçevre-45814
Ismailköy-41912
Demirçevre-45814
Gecek-Uyuz hamamı sıcak su
Gecek Hamamı
AF-10
AF-8
AF-9
AF-1
AF-1
AF-10
Gecek Hamamı
Gecek-Uyuz hamamı sıcak su
AF-1
AF-10
Gecek Hamamı
Gecek-Uyuz hamamı sıcak su
Oruçoğlu sıcaksu AF-9
Oruçoğlu Sıcaksu
AF-7
Ömer AF-7 kuyusu
Oruçoğlu AF-9 kuyusu
Özerler sıcaksu kuyusu
Gecek Kaplıcaları(AF-4)
Sıcak su Kuyusu
Afyon-Mart
Afyon-Mart
Afyon-Nisan
Örnekleme
Tarihi
04.92
04.92
08.92
08.92
03.93
03.93
07.98
07.99
07.99
07.99
07.00
07.00
09.01
04.92
04.92
04.92
04.92
04.92
04.92
08.92
08.92
08.92
08.92
03.93
03.93
03.93
03.93
07.98
07.98
07.98
07.99
07.99
07.99
09.01
09.01
03.99
04.99
05.99
95
18
O
-10.7
-9.4
-9.6
-11.8
-9.6
-10.6
-10.1
-9.53
-11.05
-10.63
-9.40
-9.78
-9.7
-10.8
-10.9
-10.9
-11.0
-10.9
-10.3
-10.7
-10.8
-11.0
-10.9
-10.1
-11.2
-10.3
-11.0
-10.4
-10.4
-10.4
-10.64
-11.06
-11.07
-10.8
-10.7
-9.83
-10.62
-2.72
2
H
Referans
-73 Şimşek, 1999
-66 Şimşek, 1999
-66 Şimşek, 1999
-80 Şimşek, 1999
-66 Şimşek, 1999
-75 Şimşek, 1999
-73 Şimşek, 1999
-63.76 Tezcan vd., 2002
-73.29 Tezcan vd., 2002
-72.17 Tezcan vd., 2002
-67.40 Tezcan vd., 2002
-68.00 Tezcan vd., 2002
-68 Tezcan vd., 2002
-80 Şimşek, 1999
-80 Şimşek, 1999
-80 Şimşek, 1999
-79 Şimşek, 1999
-78 Şimşek, 1999
-78 Şimşek, 1999
-78 Şimşek, 1999
-78 Şimşek, 1999
-81 Şimşek, 1999
-79 Şimşek, 1999
-75 Şimşek, 1999
-83 Şimşek, 1999
-72 Şimşek, 1999
-80 Şimşek, 1999
-77 Şimşek, 1999
-76 Şimşek, 1999
-78 Şimşek, 1999
-73.56 Tezcan vd., 2002
-71.27 Tezcan vd., 2002
-73.38 Tezcan vd., 2002
-80 Tezcan vd., 2002
-74 Tezcan vd., 2002
-65.60 Tezcan vd., 2002
-61.62 Tezcan vd., 2002
-10.84 Tezcan vd., 2002
20
0
2
δH
-20
δ2H = 8xδ18O + 16
Yağmur
Soğuk Yeraltısuları
Sıcak Su
-40
δ2H = 8xδ18O + 10
-60
-80
-100
-16
-12
-8
18
-4
0
4
δ O
Şekil 7. Afyon Ömer-Gecek jeotermal sisteminde yer alan su noktalarının 18O-2H grafiği
-12.0
-11.5
-11.0
δ18O
-10.5
-10.0
18
AMD: δD = 8xδ O + 16
-9.5
-9.0
-50
-55
-60
-65
δ2H
-70
AF-1
-75
-80
-85
-90
Soğuk Su
Sıcak Su
AMD
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 sukayaç 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
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.
97
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.
98
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. [email protected]
** Jeoloji Müh. DSİ Genel Müd. Jeotek. Hiz. ve YAS Dai. Bşk. [email protected]
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 beslenimboşalımını 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 NiğdeMisli 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
99
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.
100
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.
Su Noktası
Boztepe kay.(NMK-1)
Sazlık kay.(NMK-5)
Kocapınar kay.(NMK-7)
Yılı
1998
1998
1998
Kotu (m)
1598
1402
1595
δ18O(%o)
-12.82
-11.27
-11.78
δD(%o)
-83.93
-70.49
-77.00
T(TU)
11.2
13.0
12.9
Pınarbaşı kay.(NMK-8)
Murtaza
Gölcük
1998
1971
1971
1700
1800
1300
-12.53
-14.70
-9.20
-82.33
13.4
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.
-60
δ D= 8δ 18O + 22
-65
D %o
-70
δ D = 9,2δ 18O + 32,5
R2 = 0,94
δ D = 8δ 18O + 10
-75
-80
-85
-90
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
O-18 %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
NMK-1
Kaynak Adı
Tarih
T (TU)
Boztepe kay.
NMK-5
Sazlık kay.
NMK-7
Kocapınar
NMK-8
Pınarbaşı
14.07.1998
22.10.1998
01.06.1999
17.07.1998
13.10.1998
01.06.1999
13.10.1998
01.06.1999
13.10.1998
11.20
11.00
10.75
13.05
13.00
13.60
12.90
13.25
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.
O-18 D Grafiği (7.ay 98)
-50
δ D = 8 δ 18O + 22
-55
δ D=8δ 18O+10
NMK-5
NMS-11
D (%o)
-60
-65
NMS-10
-70
-75
-80
-85
-90
-13
-12
-11
-10
O-18 (%o)
-9
-8
-7
Grafik-2 Su Noktalarının O-18 D Değişimi
O-18 D Grafiği (10.ay 98)
-60
-65
δ D=8δ 18O+10
δ D=8δ 18O+22
NMS-9
NMS-11
D (%o)
-70
NMG-2
-75
-80
-85
-90
-13
-12
-11
-10
-9
-8
O-18 (%o)
Grafik-3 Su Noktalarının O-18 D Değişimi
103
-7
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)
-60
δ D = 8δ 18O + 22
δ D = 8δ 18O + 10
-65
D (%o)
-70
-75
NMS-12
-80
-85
-90
-95
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
O-18 (%o)
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 NMS4, NMS-30, NMS-31, NMS-32, NMK-2 ve NMK-8 nolu kuyu ve kaynaklar yer almaktadır.
104
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, NMS13, 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, NMS10, 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.
105
O-18 D Grafiği
(Sıcak Sular)
-55
D=8
-60
D %o
-65
O+10
NMS-9
-70
NMS-10
NMS-11
NMS-9
-75
-80
18
NMS-11
NMS-10
NMS-12
-85
-90
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
O-18 %o
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.
Yağış İst.
Murtaza
NMK-1
NMK-8
Gölcük
Kot (m)
1800
1598
1700
1300
δ18O (%o)
-14.70
-13.20
-12.58
-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
1900
y = -83x + 568
R2 = 0,89
1800
Yükseklik (m)
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
O-18 %o
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, NMK4) 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 NMS8 nolu kaynak ve kuyular girmektedir. Bu sular yeni yağışların etkisindedir.
O-18 T Grafiği (6.ay 99)
20
T (TU)
15
NMS-14
NMK-7
NMK-1
10
NMK-9
NMS-8
NMS-2
5
NMS-12
0
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
O-18 (%o)
Grafik-7 Su Noktalarının O-18 –Trityum Değişimi
Cl-T Grafiği (6.ay 99)
20
T (TU)
15
NMK-5
10
NMS-28
5
NMS-14
NMS-20
0
0
100
200
300
400
500
Cl (m g/l)
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
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 3070m 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.
109
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
110
Yer
Tarih
NMS-1
NMS-2
14 /07/1998
14/07/1998
01/06/1999
14/07/1998
14/10/1998
01/06/1999
14/07/1998
14/10/1998
01/06/1999
14/07/1998
14/10/1998
01/06/1999
14/07/1998
21/10/1998
01/06/1999
14/07/1998
21/10/1998
01/06/1999
14/07/1998
21/10/1998
01/06/1999
14/07/1998
22/10/1998
01/06/1999
14/07/1998
22/10/1998
01/06/1999
15/07/1998
20/10/1998
01/06/1999
15/07/1998
20/10/1998
01/06/1999
15/07/1998
20/10/1998
01/06/1999
15/07/1998
20/10/1998
01/06/1999
15/07/1998
01/06/1999
15/07/1998
14/10/1998
15/07/1998
15/07/1998
16/10/1998
01/06/1999
15/07/1998
16/10/1998
01/06/1999
16/07/1998
16/10/1998
01/06/1999
16/07/1998
16/10/1998
01/06/1999
16/07/1998
22/10/1998
01/06/1999
16/07/1998
13/10/1998
01/06/1999
16/07/1998
16/10/1998
01/06/1999
16/07/1998
NMS-3
NMS-4
NMS-5
NMS-6
NMS-7
NMS-8
NMS-9
NMS-10
NMS-11
NMS-12
NMS-13
NMS-14
NMS-15
NMS-16
NMS-17
NMS-18
NMS-19
NMS-20
NMS-21
NMS-22
NMS-23
NMS-24
NMS-25
Cl
Mg/l
61,77
15,98
60,35
17,04
18,46
19,52
7,81
9,59
9,94
16,69
17,04
17,04
23,79
26,27
24,85
10,65
11,72
14,20
35,50
38,34
40,12
12,78
12,07
12,07
49,70
49,35
28,40
440,20
390,5
404,7
7,10
8,52
10,65
5,68
7,81
13,12
36,92
30,53
35,50
6,39
15,98
5,68
6,04
401,15
19,88
18,82
15,987
13,14
12,43
10,30
133,13
165,08
122,48
27,69
24,14
27,69
34,79
36,92
35,50
8,52
9,23
10,30
42,60
47,93
8,52
O-18
%o
-12,56
-10,02
-12,24
-10,53
-10,13
-10,66
-11,15
-12,10
-10,64
-10,50
-9,80
-10,61
-10,70
-11,33
-10,91
-10,71
-11,00
-10,72
-10,39
-10,79
-10,59
-10,95
-8,85
-11,06
-8,11
-11,18
-11,55
-7,83
-8,23
-10,05
-9,77
-10,69
-8,71
-8,47
-10,71
-10,97
-10,23
-10,47
-9,91
-12,21
-10,93
-11,45
-11,40
-10,14
-10,51
-10,63
-10,28
-11,09
-11,09
-10,69
-9,74
-10,51
-10,06
-11,12
-10,96
-11,09
-9,77
-10,54
-10,25
-10,36
-10,42
-10,46
-10,12
-1054
-10,04
-9,27
D
%o
-83,69
-72,81
-83,16
-78,30
-75,22
-79,96
-77,72
-81,92
-82,43
-77,86
-72,98
-78,96
-76,75
-77,04
-81,89
-76,80
-69,86
-81,90
-71,24
-77,41
-79,88
-71,87
-66,22
-74,38
-66,40
-78,47
-79,56
-66,78
-68,55
-72,13
-77,21
-75,62
-76,78
-56,12
-76,18
-76,89
-79,26
-72,66
-74,92
-81,71
-78,92
-74,56
-74,72
-73,88
-74,33
-75,45
-75,85
-79,06
-77,64
-83,02
-72,21
-72,34
-74,21
-79,01
-76,73
-81,32
-74,54
-74,54
-78,74
-75,42
-70,95
-80,08
-74,49
-74,41
-71,78
-72,63
T
(TU)
1,70
7,60
6,30
2,00
2,10
2,20
0,10
0,00
0,40
0,80
0,95
0,95
1,70
1,45
1,50
13,95
14,00
14,20
8,90
8,20
7,45
1,65
0,30
0,85
0,70
0,70
0,50
0,80
0,55
0,35
2,30
2,40
2,60
1,00
0,70
0,55
19,85
6,00
13,85
2,40
3,40
3,40
4,85
2,10
1,60
1,45
1,85
0,90
2,05
2,80
0,40
0,25
0,40
0,00
1,50
1,55
1,40
2,20
2,20
1,40
1,60
1,50
1,40
1,70
1,90
5,30
Yer
Tarih
NMS-26
16/07/1998
21/10/1998
20/07/1998
20/10/1998
01/06/1999
20/07/1998
20/10/1998
01/06/1999
22/07/1998
22/07/1998
16/10/1998
01/06/1999
22/07/1998
16/10/1998
01/06/1999
22/07/1998
16/10/1998
01/06/1999
22/07/1998
22/10/1998
01/06/1999
22/07/1998
01/06/1999
22/07/1998
16/10/1998
14/10/1998
14/07/1998
22/10/1998
01/06/1999
15/07/1998
14/10/1998
01/06/1999
16/07/1998
15/10/1998
01/06/1999
16/07/1998
15/10/1998
01/06/1999
17/07/1998
13/10/1998
01/06/1999
22/07/1998
14/10/1998
01/06/1999
13/10/1998
01/06/1999
13/10/1998
01/06/1999
15/07/1998
16/07/1998
15/10/1998
01/06/1999
NMS-27
NMS-28
NMS-29
NMS-30
NMS-31
NMS-32
NMS-33
NMS-34
NMS-35
NMS-36
NMK-1
NMK-2
NMK-3
NMK-4
NMK-5
NMK-6
NMK-7
NMK-8
NMK-9
NMG-1
NMG-2
Cl
Mg/l
50,41
69,23
78,10
126,03
104,73
117,15
127,80
118,57
10,65
7,81
18,46
16,33
7,10
17,04
7,10
48,28
22,34
42,60
32,66
27,69
37,99
15,62
10,65
9,23
8,17
8,52
3,91
2,84
6,75
4,97
4,62
12,78
11,01
10,30
37,63
39,76
53,25
55,38
58,33
56,80
48,99
44,38
47,22
4,26
5,33
2,84
11,72
578,65
24,14
28,40
23,08
O-18
%o
-10,49
-10,86
-9,88
-10,34
-10,02
-9,96
-9,40
-9,79
-12,35
-12,60
-12,30
-12,02
-11,32
-12,34
-12,06
-12,58
-12,00
-12,20
-9,81
-10,07
-10,82
-10,49
-11,45
-11,48
-10,36
-11,64
-12,82
-12,64
-13,20
-12,85
-12,22
-10,84
-11,03
-9,71
-9,89
-10,44
-11,13
-10,74
-8,33
-11,27
-10,78
-10,83
-9,59
-11,31
-11,78
-11,11
-12,53
-9,00
-6,53
-10,88
-7,89
-10,6
D
%o
-71,16
-73,20
-73,20
-74,49
-72,23
-73,22
-70,69
-73,60
-86,14
-84,82
-91,94
-80,66
-83,44
-83,58
-85,62
-88,34
-83,43
-83,66
-76,86
-73,80
-75,83
-70,40
-82,41
-82,33
-75,48
-77,41
-83,93
-85,90
-89,63
-84,21
-81,75
-74,97
-70,06
-73,03
-72,76
-72,15
-75,27
-73,93
-64,77
-70,49
-73,99
-83,26
-74,14
-86,33
-77,00
-86,00
-82,33
-66,42
-36,70
-80,66
-70,01
-76,80
T
(TU)
2,70
2,40
0,20
0,60
0,90
3,40
0,80
3,80
2,60
2,30
2,00
2,25
2,15
1,30
1,30
4,60
4,50
3,25
2,55
2,90
2,55
3,25
3,20
2,50
2,75
0,20
11,20
11,00
10,75
1,60
1,80
1,95
3,70
3,70
4,65
0,35
0,30
0,50
13,05
13,00
13,60
4,30
4,00
3,50
12,90
13,25
13,40
8,00
3,70
2,00
2,00
2,00
Tablo : 1 Niğde Misli Ovası Su Örneklerinin Kimya ve İzotop
Analiz Sonuçları
111
112
113
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
[email protected]
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
115
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:
d
(1)
I s + I ss + P − E − O s − O ss = ( V)
dt
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:
δ Os = δ Oss = δ L
(2)
Burada L gölü belirtmektedir. Kararlı izotop denge denklemi ise aşağıdaki gibidir:
I sδ s + I ssδ Iss + Pδ P − Eδ E − O sδ L − O ssδ L =
d
( Vδ L )
dt
116
(3)
Bilinmeyen terimler Iss ve Oss eşitliğin bir tarafına getirildiğinde:
d
( V) + E + O s − I s − P
dt
d
− O ssδ L = C** = ( Vδ L ) + Eδ E + O sδ L − I sδ s − Pδ P
dt
I ss − O ss = C* =
(4)
I ssδ Iss
(5)
Yukarıdaki iki denklem çözüldüğünde Iss ve Oss şu şekilde elde edilir:
δ LC* − C**
I ss =
δ L − δ Iss
(6)
O ss = I ss − C *
(7)
Buharlaşmanın izotopik değeri δE Craig ve Gordon (1965) eşitliğinden hesaplanabilir:
δL
− hδ atm − ε
α
(8)
δE =
1 − h + Δε
Ayrışma parametresi α sıcaklığa bağlıdır ve laboratuvar deneylerinden elde edilmiştir (Majoube,
1971):
415.6 1137
+ 2 * 103 ) / 1000
T
T
76248 24844
* 103 ) / 1000
= (52.612 −
+
2
T
T
ln α18 O = ( −2.0667 −
ln α 2 H
(9)
(10)
Burada T Kelvin cinsinden sıcaklıktır (0 oC=273.15 K). Toplam zenginleşme faktörü ε aşağıdaki
gibi tanımlanır:
ε = (1 −
1
) + Δε
α
(11)
Kinetik zenginleşme faktörü Δε göreceli nem azlığı (1-h) ile doğru orantılıdır:
Δε18O = 14.2 * ( 1 - h )
Δε2H = 12.5 * ( 1 - h )
(‰)
(‰)
(12)
(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:
δp
1
δ atm =
− (1 − )
(14)
α
α
117
Ölçülen nisbi nem gölün kenarında ölçüldüğünden, göl yüzeyinin üzerindeki nisbi nemi tam olarak
temsil etmediğinden aşağıdaki formül ile düzeltilmesi gereklidir (Moeller 1973):
17 .27 t
13217
. e 237 + t
eS =
(15)
273 + t
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
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
2.00
6.20
4.77
3.00
11.63
5.43
946
6
1
Su derinliği (m)
Hacım (106 m3)
Yüzey alanı (km2)
Havza (km2)
Uzunluk (km)
Genişlik (km)
En
Yüksek
4.25
20.24
7.70
Çizelge 2. Havzada bulunan derelerin su miktarları ve göl su değişimi
Havza
(km2)
Ekim-93
Kasım-93
Aralık-93
Ocak-94
Şubat-94
Mart-94
Nisan-94
Mayıs-94
Haziran-94
Temmuz94
Ağustos94
Eylül-94
Ortalama
Çölova Yavrucak Sukesen Başpınar
Deresi
Deresi
Deresi Deresi
3
3
3
3
(10 m ) (10 m ) (103 m3) (103 m3)
551.0
87.3
31.6
31.0
Göl Su
seviyesi
(m)
-
244.2
232.1
295.1
369.6
567.9
524.4
182.1
172.2
49.0
-
22.4
202.1
255.2
192.7
255.8
415.4
271.5
124.0
2.2
-
17.2
30.6
106.1
153.4
64.1
267.8
155.6
54.4
4.9
0.1
28.5
27.5
63.3
160.3
94.9
133.9
30.4
26.4
1.5
3.9
972.11
972.18
972.27
972.41
972.57
972.74
972.86
972.82
972.77
972.56
-
-
-
1.7
972.35
-
-
-
1.3
972.15
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
119
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
Nisbi Güneşleme Rüzgar Radrasyon
Sıcaklığı Nem
Saati
Hızı
Akımı
o
(mm)
(mm)
( C)
(%)
(Saat)
(m/s) (cal/cm2/gün)
Ekim-93
Kasım-93
Aralık-93
Ocak-94
Şubat-94
Mart-94
1.8
33.2
33.0
24.2
33.6
18.4
132.8
60.1
40.3
42.2
63.7
114.3
15.0
4.1
4.0
3.8
1.8
6.8
46.0
65.0
77.0
75.5
73.8
60.1
8.3
3.9
2.8
3.2
3.8
6.0
1.7
1.8
1.5
1.9
2.1
2.3
303.30
172.30
127.75
153.18
198.53
297.60
Nisan-94
30.7
Mayıs-94
39.0
Haziran-94 6.6
Temmuz0.8
94
Ağustos-94 1.6
Eylül-94
5.1
144.1
179.8
267.1
311.9
14.0
17.0
17.7
19.9
55.0
56.5
47.2
44.4
8.4
9.0
12.4
11.3
2
1.6
1.7
1.7
421.20
462.83
559.36
579.45
278.7
217.8
20.0
18.7
46.7
44.0
11.0
9.7
1.7
1.3
505.66
420.12
Ortalama
Toplam
154.38
1852.6
11.90
57.60
7.48
89.80
1.78
350.11
4201.3
19.00
228.0
120
Çizelge 4. Önemli derelerin, yağışın, Mogan Gölü’nün, yer altı suyu girişinin kararlı izotop
değerleri
Çölova Deresi
δp
Yavrucak Deresi
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
Çizelge 5. Aylık klasik su bütçesi
Ekim-93
Kasım-93
Aralık-93
Ocak-94
Şubat-94
Mart-94
Nisan-94
Mayıs-94
Haziran-94
Temmuz-94
Ağustos-94
Eylül-94
Ortalama
Toplam
Yıllık
Yüzey
Yüzey Ortalama Göl
Girişi
Çıkışı
Göl
Hacmi
(Is)
(Os)
Yüzeyi
(Si)
3
3
3
3
2
(10 m ) (10 m ) (km ) (103 m3)
354.7
2.06
6.255
12303
607.0
51.0
6.355
12741
876.8
16.9
6.490
13313
1056.7
92.5
6.675
14221
1199.4
104.1
6.885
15289
1512.6
140.1
7.065
16461
678.7
269.3
7.115
17309
421.7
67.6
7.060
17024
63.7
0
6.900
16671
5.8
62.7
6.635
15223
7.1
54.8
6.380
13829
5.2
4.1
6.185
12553
565.77
72.1
6.667
14745
6789.3
864.9
6789.3
864.9
6.160
Hacım
Farkı
(S2-S1)
(103 m3)
438
572
908
1068
1172
848
-285
-353
-1448
-1394
-1276
-743
-41.08
-493
Yağış
(P)
(103 m3)
11.3
211.0
214.2
161.5
231.3
130.0
218.4
275.3
45.5
5.3
10.2
31.5
128.80
1545.7
1404.5
Buharlaşma Δ(Iss-Oss)
(E)
(103 m3)
830.7
381.9
260.2
281.7
438.6
807.5
1025.3
1269.4
1843.0
2069.5
1778.1
1347.1
1027.85
12334.2
11413.3
(103 m3)
904.7
187.0
94.2
223.9
284.0
153.0
112.4
286.9
285.8
727.0
539.5
571.5
364.16
4369.9
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.
122
Çizelge 6. Mogan Gölü’nden buharlaşan suyun izotopik değeri (δE, ‰)
α
Sıcaklık
Ekim-93
Kasım-93
Aralık-93
Ocak-94
Şubat-94
Mart-94
Nisan-94
Mayıs-94
Haziran-94
Temmuz-94
Ağustos-94
Eylül-94
Ortalama
Ağırlıklı
Σ (Ei/ΣE)
Kelvin
288.15
277.25
277.15
276.95
274.95
279.95
287.15
290.15
290.85
293.05
293.15
291.85
285.1
δ18O
1.0102
1.0113
1.0113
1.0113
1.0115
1.0110
1.0103
1.0101
1.0100
1.0098
1.0098
1.0099
1.0105
Δε
δ 2H
1.0911
1.1061
1.1062
1.1065
1.1095
1.1021
1.0924
1.0886
1.0878
1.0851
1.0850
1.0866
1.0956
δ18O
8.81
6.67
5.27
5.45
5.68
7.22
7.75
7.54
8.64
8.96
8.69
9.02
7.47
δatm
ε
δ 2H
7.64
5.79
4.57
4.72
4.92
6.26
6.72
6.54
7.50
7.77
7.53
7.82
6.48
δ18O
18.94
17.84
16.44
16.64
17.07
18.11
17.97
17.49
18.54
18.67
18.38
18.83
17.91
δ 2H
91.16
101.67
100.58
100.97
103.63
98.93
91.30
87.96
88.20
86.24
85.90
87.50
93.67
δ18O
-21.47
-18.40
-17.79
-22.27
-22.55
-21.30
-13.91
-16.50
-17.43
-12.68
-11.68
-12.28
-17.35
δ 2H
-152.26
-132.50
-124.21
-162.95
-171.36
-166.07
-101.34
-122.48
-125.93
-91.55
-89.98
-90.35
-127.58
δE
δ18O
-19.82
-18.79
-17.08
-11.22
-13.09
-18.89
-25.50
-20.15
-16.14
-20.37
-22.03
-21.32
-18.70
-19.76
Çizelge 7. Mogan gölü’nden yer altı suyu girişi Iss ve çıkışı Oss (103 m3)
Su bütçesi
Δ (Iss-Oss)
Ekim-93
904.7
Kasım-93
187.0
Aralık-93
95.5
Ocak-94
223.9
Şubat-94
284.0
Mart-94
153.0
Nisan-94
112.4
Mayıs-94
286.9
Haziran-94
285.8
Temmuz-94
727.0
Ağustos-94
539.5
Eylül-94
571.5
Ortalama
364.3
Toplam
4369.9
Yıllık
3590.2
Oksijen-18
Döteryum
Iss
Oss
Iss
1939.3 1034.5 941.4
195.8
8.9
783.2
666.0
571.8
297.3
1230.8 1006.8 1428.2
1162.3
878.3 1417.2
339.7
186.7
651.1
2881.8 2769.4 2619.7
2544.8 2257.9 2057.8
2950.5 2664.8 2483.3
4366.0 3639.0 3751.3
4259.2 3719.7 3426.7
3055.9 2484.5 2536.7
2132.7 1768.5 1866.2
25592.3 21222.3 22393.9
19102.5 15512.3 14566.6
123
Oss
36.6
596.3
203.1
1204.3
1133.3
498.1
2507.3
1770.9
2197.5
3024.3
2887.1
1965.2
1502.0
18024.0
10976.4
δ 2H
-85.14
-127.40
-138.38
-77.50
-75.42
-92.40
-138.56
-105.17
-88.42
-109.51
-113.27
-112.16
-105.28
-105.62
Çizelge 8.1994 su yılı için Mogan Gölü’ne ortalama aylık Iss ve Oss değerler (*106m3)
Su
Bütçesi
Δ(Iss-Oss)
3.98
± % 8.0
Oksijen-18
Iss
22.35
±%
13.81
Oss
18.37
±%
19.88
Döteryum
Iss
18.48
±%
20.63
Oss
14.50
±%
30.02
Ortalama
Iss
20.42
±
%17.22
Oss
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 hydrogeologic 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.
124
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.
125
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
1
KHGM, Ankara Araştırma Ens., [email protected]
ODTÜ,İnşaat Müh., Su Kaynakları Lab., [email protected].
3
DSİ, Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol Dairesi Başkanlığı, İzotop Lab., [email protected]
2
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 19962000. 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
127
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
128
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 yağışakım 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
− Rreferans
R
δ = örnek
x1000
(1)
Rreferans
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
azalarak son bulur ve hidrograf taki toplam akım sadece yeraltı suyu katkılıdır. Bu durumda toplam
akım;
(2)
Qt= Qy + Qya + Qye
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
ve
Qt. Dt = Qy. Dy + Qya.Dya + Qye. Dye
(4)
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.
(6)
Qt = Qy + Qta
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.
131
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
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
Tarih
Çzelge 6.2.a. Çok pikli bireysel olaylarda Akım Bileşenlerinin İzotop
Yöntemi ile Hesabı
Tarih
G/A/Yıl
28/09/96
13/10/96
11/06/97
10/06/99
13/05/99
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
0900
45
42.40
85
72.08
-
-
-
-
55
174.05
-
-
-
30
-
09
70
0540
80
290.6
30
124.55
-
-
-
-
97.6
-
-
-
-
20
19.57
0610
0640
77
34.82
-
-
-
-
23
8.0
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
-
-
1730
5
20
60
240
35
140
-
-
1130
30
60
-
-
-
-
70
140
1200
35
111
-
-
-
-
65
205
1230
20
88
-
-
-
-
80
352
00
19
10
21
10
21
80
168
-
-
1930
20
66
40
32
40
132
-
-
2000
15
35
10
23
75
171
-
-
132
Çizelge 6.2.b. Tek pikli bireysel olaylarda Akım Bileşenlerinin İzotop Yöntemi ile Hesabı
Tarih
G/A/Yıl
19/05/98
27/05/98
13/04/00
24/05/00
02/06/00
Zaman
Sa.dak.
Qy
(%)
Qy
(l/s)
Qya
(%)
Qya
(l/s)
Qye
(%)
Qye
(l/s)
Q(ya+ye)
(%)
Q(ye+ya)
(l/s)
1600
1640
1710
1800
1900
1715
1745
1815
1845
1915
1630
1700
1730
1800
1830
1930
2030
1530
1620
1650
1720
1800
1125
1200
1230
1300
5
10
10
5
5
35
35
45
10
20
20
15
10
15
25
15
10
85
72
65
52
42
65
80
60
55
22
50
55
27
25
245
1050
1350
135
280
54
45
33
56
115
106
61
493
1152
670
322
195
208
993
475
252
50
30
25
25
35
-
220
150
137
132
172
-
45
60
65
70
60
-
198
350
357
371
294
-
65
65
55
90
80
80
85
90
85
75
85
90
28
35
48
53
35
35
20
40
45
455
1950
165
1218
800
216
255
297
316
345
602
549
448
361
298
220
112
112
248
237
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
133
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
134
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 yüzeyaltıyeraltısuyu 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.
135
136
137
138
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
Zaman
Toplam Akım
(l/s)
Yeraltı Akım
(l/s))
Yüzeyaltı Akım
(l/s)
Yüzey Akım
(l/s)
BH20
(l/s)
Grafik
İzotop
Grafik
İzotop
Grafik
İzotop
Grafik
İzotop
1450
320
320
320
0
0
0
0
0
0
30
365
320
340
4
4
41
21
366
214
30
480
320
360
40
16
120
104
1071
1061
30
580
320
380
120
70
140
130
1250
1327
30
18
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
10
360
320
328
40
32
0
0
0
0
15
16
17
22
139
Çizelge 6.6. 13.04.2000 Tarihli bireysel olayın grafik ve izotop yöntemleri ile bulunan akım ve
birim hidrograf değerleri
Yüzey Akım
(l/s)
BH10
(l/s)
Yeraltı Akım
Yüzeyaltı + Yüzey Akım
233
Grafik
233
Grafik
0
1630
260
240
1700
298
252
1730
330
18oo
4
1830
460
300
160
90
40
738
1146
19oo
1
320
261
151
121
1238
1260
1930
707
345
362
202
127
1656
1322
oo
20
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
oo
437
345
97
0
0
0
0
Zaman
Toplam Akım
(lt/sn)
16oo
23
Grafik
0
İzotop
0
Grafik
0
İzotop
0
20
5
46
24
20
41
208
28
197
270
60
292
27
30
221
280
94
313
47
44
385
458
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
140
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.
141
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 DİRİCAN 1 , Suat ÜNAL, İsmal ERCAN,
Yılmaz ACAR2 , Mesut DEMİRCAN2
1
Türkiye 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
[email protected]
143
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 (dexcess) <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.
0-2
-2 -5
-5 -8
-8 -11
-11 -14
-14 -17
-17 -20
18
ο
δ Ο( /οο)
Ankara
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
63-67
68-72
73-77
78-82
83-87
88-92
93-97 98-2001
2001
Zaman (Yıllar)
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
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.
18
2
18
2
18
2
δ O=0,357T-11,565(r=0,798), δ H=2,527T-79,503 (r=0,776) (Ankara aylık yağış)
δ O=0,164T-7,511(r=0,3945), δ H=0,707T-36,746(r=0,237) (Antalya aylık yağış)
δ O=0,222T-8,466 (r= 0,606), δ H=1,223T-43,296 (r=0,497) (Adana aylık yağış)
Tablo 1. Türkiye’deki yağış istasyonlarının meteorik su doğrusu katsayıları ağırlıklı ve aritmetik
2
18
ortalama değerleri. Su doğrusu eşitliği δ H = A δ O + B.
Ağırlıklı
Aritmetik
İstasyon
Eğim
Katsayı Ağırlıklı Aritmetik
ortalama
ortalama
ortalama ortalama
Adı
(A)
(B)
δ2H
δ2H
δ18O
δ18O
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
147
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
water vapour and precipitation at Heidelberg, Germany”, Tellus, 43B, 291-300.
148
18
O in atmospheric
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.
149
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 ([email protected])
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
151
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.
152
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.
153
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 karakutu (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.
154
Sistem Tepki
Çıktı
Matematiksel Çözüm
Fonksiyonu
Fonksiyonu
Tekniği
verilen
verilen
hesaplanan
Konvolusyon
verilen
hesaplanan
verilen
Dekonvolusyon
Şekil 1: Konvolusyon ve dekonvolusyon yaklaşımlarının şematik gösterimi.
Girdi Fonksiyonu
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.
155
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 1:
Piston
Model 15:
Makro
Dispersiyon
Model 2:
Piston +
Ölü Hacim
Model Yapısı
Model Tipi
Model Yapısı
Model 8:
Paralel Piston
Model 9:
Piston ve
Tam Karışım
seri bağlı
Model 10:
Model 3:
Piston ve
Hızlı Akım
Model 4:
Tam Karışım
Piston ve
Tam Karışım
seri bağlı ve
Ölü Hacim
içeriyor
Model 11:
Seri bağlıPiston
ve
Tam Karışım,
Ölü Hacim ve
Hızlı Akım
bileşeni
içeriyor
Model 12:
Model 5:
Tam Karışım
ve Ölü Hacim
Model 6:
Piston ve Tam
Karışım seri
bağlı ve
aralarında akım
geçişi var
Model 13:
Tam Karışım
ve Hızlı Akım
Paralel bağlı
Tam Karışım
ve Piston
Model 7:
Model 14:
Paralel bağlı
Tam Karışım
Seri bağlı
Tam Karışım
Şekil 4: Tümsel model kombinasyonlarına ait bazı örnekler.
158
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
159
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.
DENGELİ AKIM
1
2500
70
16
Ağırlık Fonksiyonu
0.9
0.4
12
1500
CGiriş
40
Geçiş Süresi
30
1000
8
0.3
0.2
10
Geçiş Süresi
0.5
14
50
0.7
0.6
60
2000
Cçıkış
Ağırlık Fonksiyonu
0.8
Çıkış Konsantrasyonu
20
500
Giriş Konsantrasyonu
10
6
0.1
0
0
1900
0
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
4
2000
Zaman (Yıllar)
Şekil 5: Dengeli akım koşullarında tam karışım modeli için girdi-çıktı derişimleri ile ağırlık
fonksiyonu ve geçiş süresinin zamana bağlı değişimi.
160
DENGESİZ AKIM
500
2500
1
120
Ağırlık Fonksiyonu
450
11
0.9
400
100
2000
200
150
0.6
0.5
1500
Cgiriş
Ağırlık Fonksiyonu
250
0.7
Geçiş Süresi
60
Giriş Konsantrasyonu
1000
40
50
0
500
20
0.3
0.2
7
6
5
4
0.4
100
8
Geçiş Süresi (yıl)
300
10
9
80
Çıkış Konsantrasyonu
C çıkış
Q giriş/çıkış, m3/yıl
0.8
350
12
3
2
0
1900
0
1910
Giriş Debisi
1920
1930
1940
1950
Zaman (Yıllar)
1960
1970
1980
1990
1
2000
Çıkış Debisi
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
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.958.
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, 545561.
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.
162
ORHANGAZİ OVASI (BURSA) DOLAYINDAKİ SU KAYNAKLARININ
HİDROJEOKİMYASAL YÖNDEN İNCELENMESİ
HYDROGEOCHEMISTRY INVESTIGATION OF THE (BURSA) ORHANGAZİ
PLAIN AND ITS ENVIRONS
Baki CANİK1 & Suzan PASVANOĞLU2
1
Ankara Üniversitesi, Müh. Fakültesi, Jeoloji Müh.Böl. Tandoğan-ANKARA
2
Kocaeli 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
163
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).
164
165
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
166
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.
167
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
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).
170
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
örneklenmiştir.
171
ve 150. m’lerde
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.
172
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).
173
Tablo 1: İnceleme alanındaki suların kimyasal ve izotop analizleri
Num. Adı
Tarih
pH
(25°C)
Nadir kay.
27.8.1987
11.9.1999
Kaynarca
kay.
Ilıpınar
kay.
δ 18O
o%
δD
o%
T(TU)
-9.39
62.31
11.85±1.10
10.20
59.91
11.20±1.20
-9.47
57.85
10.85±1.10
-9.56
58.61
11.85±1.10
28.25
-9.56
58.38
6.90±1.00
-
32.00
-9.34
7.90±1.15
288.1
-
29.65
-
57.18
-
-
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°
13.2
106.0
74
4.8
6.0
2053
2.7
0.55
0.4
12.43
9.2
1.73
3.0
207.4
244.0
425
340
28.5
21
12.8
12.9
78.0
1.2
2.9
0.4
8.5
16.2
213.5
-
20
110
5.0
9.0
0.8
16.0
31.0
354
536
29.5
15.6
115.0
4.2
7.8
0.9
17.0
11.6
347.7
504
30.5
711
15.3
-
-
-
-
-
-
7.2
632
15.6
-
-
-
-
-
-
-
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
22.1.2000
4.3.2000
7.20
7.0
690
657
17.2
126
1.2
8.1
0.7
17.0
17.9
356.8
113.8
2.9
-
0
-
80.1
T(°C)
7.52
7.0
EC
(μmho
/cm)
340
460
22.1.2000
4.3.2000
7.35
7.3
451
412
16.8.1994
7.0
516
11.9.1999
6.9
700
22.01.2000
7.31
4.3.2000
Hacı Aslan
Aytimur
sondaj
kuyusu 1
Kaynarca
sondaj
kuyusu 2
1.4.2000
7.01
609
16.18
16
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
-
-
-
174
200
14
Dünya Meteorik Doðrusu
Nadir kay.
12
10
Ilýpýnar kay.
100
Doðu Akdeniz Doðrusu
Trityum
D öteryum ( % o SM O W )
Kaynarca kay.
Nadir kay
8
Kaynarca kay
Ilýpýnar kay
6
0
4
2
-100
-10.00
-9.00
Oksijen-18
Şekil 6: İnceleme alanına ait suların 18O- D ilişkisi Şekil 7: Orhangazi Kaynaklarının 18O-Trityum
ilişkisi
-10
0
Oksijen-18 ( %o SMOW)
-11.00
10
-9.20
12.0
Sýð dolaþým
11.0
10.0
9.0
Nadir kay.
-9.60
Derin dolaþým
8.0
Kaynarca
Nadir kaynaðý
Kaynarca kaynaðý
7.0
O-18
Trityum
Ilýpýnar kay.
-10.00
Ilýpýnar kaynaðý
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
-10.40
0.0
200
400
600
0
EC
100
200
300
400
EC
500
600
700
800
Şekil 8. Kaynak sularının 18O- EC arasındaki ilişki Şekil 9: Trityum - EC arasındaki ilişki
175
10
Schoeller Diagramı (11.9.1999)
3
CO
H
Ca
0,1
M
g
K
a+
N
Ca
meq/l
M
g
4
SO
3
O
HC
0,1
Cl
4
SO
0,01
0,01
Nadir kaynağı
Kaynarca kaynağı
(27,8,1987) Nadir kaynağı
Ilıpınar kaynağı
(11.09.1999) Nadir kaynağı
Şekil 10: Kaynak sularının schoeller diagramı
Şekil 11:
diagramı
10
Nadir
kaynağına
ait
Schoeller
10
H
C
O
3
4
HCO3
SO
SO4
a+
K
Cl
N
Na+K
M
g
Mg
a
Ca
1
C
1
Meq / L
Meq / L
Cl
+K
Na
l
1
1
C
meq/l
10
0,1
0,1
(18,12,1995) Ilıpınar kaynağı
(16,8,1994) Kaynarca kaynağı
(11.9.1999) Ilıpınar kaynağı
(11.9.1999) Kaynarca kaynağı
Şekil 12: Kaynarca kaynağına ait schoeller
diagramı
Şekil 13: Ilıpınar kaynğına ait schoeller
diagram
176
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
177
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.
178
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 OrhangaziBursa Area, Turkey”.Geological Society of India.
179
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
[email protected]
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 jeolojikhidrojeolojik 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
2
H 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
181
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.
182
183
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
KUVATERNER
ALÜVYON
10-30
Kil, kum, çakıl
PLİYOSEN
ÜÇYATAK
30-70
Kiltaşı, silttaşı,
tüfit
ZAVİYE
50-200
Kiltaşı, tüf-tüfit, Basınçlı sistemin (Çakıloba, sarıağıl,
killi kireçtaşı,
Çakıloba) örtü kayacı durumunda. Alt
kireçtaşı
seviyelerindeki kiltaşı zonları geçirimsiz.
ÇAKILOBA
30-80
Çörtlü kireçtaşı, Geçirimli: Formasyonun tabanından çok
sayıda kaynak boşalıyor. Açılan kuyulardan
riyolitik tüf
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
>300
Kiltaşı, şeyl,
tüfit, trona
MİYOSEN
HIRKA
BOYALI
JURAKRETASE
KELTEPE
200-300
?
Çakıltaşı,
kumtaşı, kiltaşı
Kireçtaşı
184
Geçirimli: Keson kuyularla az miktarda su
elde ediliyor.
Geçirimsiz kabul edilebilir. Kaynak
boşalımları gözlenmiyor.
Üst seviyelerinde kiltaşı-şeyl hakim. Trona
sahası güneyinde açılan DSİ kuyularında alt
akiferden sonra yoğun kil tabakasına girildi.
Kaynak
boşalımlarına
rastlanmadı.
Geçirimsiz.
İnceleme alanının kuzeyinde yaygın.
Geçirimsiz kabul edilebilir. Ancak trona
sahasının kuzeyinde küçük debili kaynaklara
rastlandı.
Sondajla denenemedi. Ancak litolojik ve
yapısal özellikleri ve kaynak boşalımları
nedeniyle geçirimli olduğu anlaşılıyor.
185
186
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. ZK2 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.
187
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.
188
189
BEYPAZARI D-0-18 GRAFİĞİ (MAYIS, 2000)
-14
-12
-10
-8
O-18
-6
-4
-2
0
0
-10
-20
-30
Dünya meteorik doğrusu
-40
-50
29
21
4
3
24
11
20
28
26
31
9
17
30
1
10
18
19
-60
27
32
14
-70
D
6
2
22
23
-80
25
-90
(a)
BEYPAZARI D- (O-18) GRAFİĞİ (KASIM, 2000)
-14
-12
-10
-8
O-18
-6
-4
-2
0
0
-10
-20
Dünya meteorik
doğrusu
-30
-40
-50
4 25
35 22 2
3 2124
23
31
-10 17
11 2927 26
8 2012
28
13
-60
-70
-80
(b)
Şekil 5a,b. Kuyu ve kaynak sularının 18O-D grafiği
190
D
-14
YAĞIŞLARDA DÖTERYUM-OKSİJEN-18 İLİŞKİSİ (MAYIS'2000)
O-18
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
0
-10
-20
D = 8*Oks. + 10
-30
-40
D
-50
D = 8 Oks. + 13
r = 0.95
29
28
26
3119
20
18
-60
-70
24
23
-80
-90
(a)
YAĞIŞLARIN DÖTERYUM-OKSİJEN-18 İLİŞKİSİ (KASIM'2000)
-14
-12
-10
-8
O-18
-6
-4
-2
0
0
-10
D = 8*Oks. + 10
-20
-30
-40
D
-50
D= 8 Oks. + 16
r= 0.83
24
31
-60
20
29
-70
23
-80
-90
(b)
Şekil 6. a,b. Yağışı temsil eden kaynaklarda 18O-D ilişkisi
191
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.
192
YAĞIŞIN OKSİJEN-18 İÇERİĞİNİN KOT İLE DEĞİŞİMİ (MAYIS, 2000)
Kaynak Adı
18-Beyseri kaynağı
19-Elmabeli kaynağı
20-Kaplan yolu kaynağı
23-Doğanyurt çeşmesi
24-Dömentepe (Köst)
26-Çakıloba çeşmesi
27-Fındıcakdere kaynağı
28-Köprübaşı (Kaplan)
31-Sazakdere kaynağı
1700
1600
O-18= -0.0044 * Kot- 4.811
r = 0.97
23
1500
24
1400
Formasyon
Zaviye
Çakıloba
Çakıloba
Keltepe
Boyalı
Çakıloba
Çakıloba
Zaviye
Çakıloba
1300
1200
1100
31
20
28
27
KOT (m)
1000
26
19
900
800
18
700
10
9
600
17
16
500
400
300
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
1
4
3
14
11
Kuyu Adı
2
200
100
0
-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
(a)
YAĞIŞIN OKSİJEN-18 İÇERİĞİNİN KOT İLE DEĞİŞİMİ (KASIM, 2000)
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
1700
1600
O-18 = -0.0044 * Kot - 4.838
r = 0.98
23
1500
24
1400
1300
1200
28
1100
1000
KOT (m)
31
20
27
26
900
12
800
700
11
600
13
17
8
500
4
400
300
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
10
3
2
200
100
0
-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
(b)
Şekil 7.a,b. Yağışlarda Kot-18O ilişkisi ve çeşitli suların beslenme kotlarının belirlenmesi
193
Tablo 2 : Beypazarı trona sahasında kuyu sularının 18O izotop verilerine
göre beslenme kotları
BESLENME KOTU (m)
ORTALAM
NO
1
2
3
4
8
9
10
11
12
13
14
16
17
KUYU ADI
KOT(m)
DSİ 45 742-B
DSİ 52545
DSİ 52547
DSİ 52544
BELEDİYE 605
ETİ SODA 15-A
DSİ 53014
ETİ SODA SK-14
ETİ SODA SK-13
ETİ SODA SK-8A
ESTİ SODA SK-16
DSİ 52546
BELEDİYE L-4
506
360
426
458
575
630
725
700
700
715
697
573
680
Aralık
1999
Mayıs
2000
Kasım
2000
Mayıs
2001
929
1164
1435
1117
1172
1076
1041
1108
1440
1420
1254
1169
1106
1086
1344
1518
1414
1210
1386
1412
1220
975
1395
1130
1175
1165
1167
1100
1062
1164
1164
1065
A
1020
1335
1445
1250
1185
1090
1065
1110
1165
1132
975
1395
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.
18
O-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.
194
TU-(OKSİJEN-18) İLİŞKİSİ (ARALIK, 1999)
-8
-8.5
OKSİJEN-18
-9
YAS akım yönü
-9.5
1
15
-10.5
11
14
20
29
12
26
31
4
2
-11
9
10
-10
27
19
13
3
-11.5
-12
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
TRİTYUM(TU)
(a)
TU-(OKSİJEN-18) İLİŞKİSİ (MAYIS, 2000)
-8
-8.5
26
OKSİJEN-18
-9
14
19
-9.5
8
1
4
-10.5
-11
2
10
17
-10
29
9
27
31
20
YAS akım yönü
16
3
-11.5
0
2
4
6
8
10
TRİTYUM(TU)
(b)
195
12
14
16
18
TU - (OKSİJEN-18) İLİŞKİSİ (KASIM, 2000)
-6
OKSİJEN-18
-7
YAS akım yönü
-8
26
-9
13
17
-10
8
2
-11
12
29
11
27
31
20
10
4
36
3
-12
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
TRİTYUM (TU)
(c)
Şekil 7 a,b,c Kuyu ve kaynak sularında 18O-Trityum ilişkisi
TRİTYUM-SICAKLIK GRAFİĞİ (MAYIS, 1999)
35
30
2
4
SICAKLIK
25
3
1
20
9
8
15
7
10
6
5
34
33
10
18
35
19
20
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
TRİTYUM
(a)
196
9
10
11
12
13
14
15
TRİTYUM-SICAKLIK GRAFİĞİ (MAYIS, 2000)
35
30
2
3
SICAKLIK
25
4
YAS akım yönü
1
20
8
10 9
15
22 21
10
23
32
28
18
29
27
19 25
26
31
20
24
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
TRİTYUM
(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
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, HÜIAEA 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
198
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: [email protected], 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.
199
İnceleme alanında Sakaryabaşı kaynakları ve diğer kaynaklardan yağışlı ve kurak dönemlerde
toplanan izotop ve su kimyası örneklerinin analizleri yapılmıştır. İnceleme alanı genelinde Oksijen18 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
200
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.
201
lt Triyas yaşlı alacalı kırıntılardan oluşan akarsu ve sığ deniz karakterli Kıyır formasyonu İhsaniye
Alt
metamorfik karmaşığı üzerinde açısal bir uyumsuzlukla oturur ve üste doğru Gökçeyayla
formasyonuna geçer.
Gökçeyayla formasyonu Triyas-Üst Kretase yaş konağında çökelmiş şelf tipi karbonatlardan
oluşmaktadır. Birimin alt bölümünde dolomitik kireçtaşları, üst bölümünde ise çörtlü kireçtaşı
ALPU
İNÖNÜ
ESKİŞEHİR
BEYLİKOVA
MAHMUDİYE
SEYİTGAZİ
HAYMANA
ÇİFTELER
KIRKA
GÜNYÜZÜ
ÜMRANİYE
HAN
ALTINTAŞ
POLATLI
KAYMAZ
SİVRİHİSAR
KÜTAHYA
İHSANİYE
EMİRDAĞ
BAYAT
ÇELTİK
DAVULGA
İSCEHİSAR
YUNAK
ÇOBANLAR
SİNCANLI
BOLVADİN
AFYON
ŞUHUT
ÇAY
SANDIKLI
ÖLÇEK
10
0
10
20
30
40
50
Km
İlçe merkezi
Ana asfalt
Asfalt
Çalışma alanı
Şehir Merkezi
Şekil 1. Çalışma alanı yerbulduru haritası
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.
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.
Neojen yaşlı birimler, farklı nitelikteki kırıntılı ve karbonat kayaları ile volkanik ve
volkanosedimanter kayaların yanal ve düşey geçişleri ile karakterize edilir.
202
SAKARBAŞI KAYNAKLARI VE DOLAYININ HİDROJEOLOJİ HARİTASI
Güven, F., 1996
6
Qal
96 0
10
9 40
920
11
12
13
12 - 39
7
900
8
12 - 38
1
3
920
880
860
2
86 0
8 60
900
4
5
84
940
0
860
14
880
0
90
920
96
HİDROJEOLOJİK
ÖZELLİKLER
AÇIKLAMALAR
0
15
9
Alüvyon
Şekil 2. Çalışma alanı ve dolayının hidrojeoloji haritası (Güven, 1996).
203
Yarı Geçirimli
Pliyosen
Kil, kum, çakıl, kumtaşı
Bazalt
N1a: Riyolitik tüf, aglomera, tüfit
N1a N1b N1b: Trakiandezit, tüfit
Pl
β
Yarı Geçirimli
Yarı Geçirimli
Yarı Geçirimli
N2
N2: Kireçtaşı
Geçirimli
N3
N3: Konglomera, marn, kireçtaşı,
kil, jips, silt, turba
Yarı Geçirimli
Hanköy Formasyonu
Konglomera, kumtaşıkiltaşı-silttaşıarabantlı
Kınık Ofiyoliti:
Kof
Serpantinleşmiş peridoti, tgabro, piroksenit
Çöğürler Karışığı:
Kiltaşı-çamurtaşı, türbidik kumtaşı,
Kç
kireçtaşı, ultramafik volkanosedimanter,
mavişist bloklu, ofiyolitli olistostrom
Gökçeyayla Formasyonu:
TRKg Dolomitik kireçtaşı,
kuvarsit, çörtlü kireçtaşı
Kıyır Formasyonu:
Trk
kumtaşı ve çakıltaşı, yer yer
Trkç Silttaşı,
kireçtaşı, karbonat çimentolu çakıltaşı
Pzim İhsaniye Metamorfik Karmaşığı:
Granit-biyotit-muskovit-albitşistkloritşist-serisitşist-kuvarsitşist,
Pzi
kuvarsit ve mermer
π
Peridotit
Th
Üst drenaj alanı
Alt drenaj alanı
Devamlı akarsu
Mevsimlik akarsu
Kaynak
12-38 Alt drenaj alan no.
Kaynaklar: 1) Sakarbaşı, 2) Eminekin, 3) Ilıcabaşı, 4) Sadırpğlu, 5) Başkurt, 6) Kaymaz, 7) T.Mecidiye,
8 )S.halimpaşa, 9 )Pınarbaşı, 10) Gümüşbel, 11) Nimet, 12) Kozyaka 13) Göcenoluk, 14) Akpınar, 15) Sığracık
Geçirimli
860
Yarı Geçirimli
Geçirimsiz
Geçirimsiz
Geçirimli
Geçirimsiz
Geçirimsiz
Geçirimsiz
Sondaj kuyusu
Yeraltısuyu seviyesi
+ Fay(+ yükselen,- alçalan blok)
Gömülü fay(alçalan blok)
0
2
4 6
8 10 km
Jeoloji çalışmaları, Mumcu (1971),Esen (1978),Uman ve Yergök (1979)
Metin vd. (1988), Özcan vd. (1989); Umut vd. (1991)’den derlenmiştir.
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.
204
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.
10
60
60
Ca
+C
O3
HC
O3
80
40
60
60
40
20
0
Ca
Kozyaka, Akpınar, Göcenoluk, Kaymaz
20
20
Cl
SO4
HCO3
40
80
80
Na+K
Kırgız Gölü K.
Ilıcabaşı K.
Pınarbaşı K.
10
60
80
Ca
Havuzbaşı K.
Karaburgu K.
Başkurt K.
4
+K
60
20
Sakarbaşı K.
Hamampınarı K.
Eminekin K.
Sadıroğlu K.
Mg
SO
40
Na
Mg
20
20
100
HCO3
20
40
0
SO4
1
0.1
60
Cl
40
20
80
Na+K
g
40
+M
SO
4+
C
Mg
80
l
80
Ca
1
0
100
40
60
80
Cl
Ilıcabaşı, Nimet, Gümüşbel
Sakarbaşı, Başkurt, Sadıroğlu, Eminekin, Pınarbaşı
0.1
Kaymaz K.
Göcenoluk K.
Gümüşbel K.
Sığracık K.
Nimet K.
Kozyaka K.
Akpınar K.
Şekil 3. İnceleme alanında yeralan su noktalarına ait Piper ve Schöeller grafikleri.
2.0
1.5
1.0
SI(dolomit)
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-3.0
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0
-3.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
-1.5
-2.5
-2.0
-2.5
-1.5
-1.0
-0.5
SI(jips)
SI(aragonit)
SI(kalsit)
1.0
0.8
0.6
0.4
-2.0
-3.0
-1.0
-1.2
-1.4
-1.6
-1.8
-2.0
-2.2
-2.4
-2.6
-2.8
-3.0
-3.0
Akpınar
Başkurt
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
log(pCO2)
Gümüşbel
Hamampınarı
Eminekin
Göcenoluk
Kırgız
Kozyaka
Nimet
Pınarbaşı
Sadıroğlu
Sakarbaşı
-2.5
-2.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
Havuzbaşı
-1.5
-1.0
-0.5
log(pCO2)
Kaymaz
Ilıcabaşı
Karaburgu
S.halimpaşa
Sığracık
T.M. Ilıksu
T.M. Sondaj
Şekil 4. İnceleme alanında yeralan kaynakların pCO2-SIkalsit, SIdolomit, SIaragonit ve SIjips grafiği.
205
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 18döteryum 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
206
eşitliği ile hesaplanabilir. İnceleme alanındaki örnekler için hesaplanan döteryum fazlası (Df),
Çizelge 1’de verilmiştir.
2
δ H (‰ VSMOW)
20
δ O (‰ VSMOW)
10
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
-10
1
-20
18
-30
2
18
-40
δ H=δ O+10
2
18
δ H=δ O+14.5
2
-50
-60
18
δ H=δ O+22
-70
-80
-11
-10
-9
-70
-80
Akpınar
Başkurt
Kaymaz
Karaburgu
Eminekin
Kırgız
Gümüşbel
Göcenoluk
Kozyaka
Nimet
P.başı
H.pınarı
Sadıroğlu
Havuzbaşı
Saithalimpaşa
Şekil 5. İnceleme alanındaki kaynakların δ18O-δD grafiği (Güven, 1996’dan)
207
Ilıcabaşı
T.mecidiye
Çizelge 1. İnceleme alanındaki kaynakların döteryum fazlası değerleri (Güven 1996).
Örnek Adı
Df Örnek Adı
Df Örnek Adı
Df Örnek Adı
Eminekin K.
13.92 Kaymaz K.
9.92 Nimet K.
9.04 Sadıroğlu K.
Başkurt K.
12.8 Ilıcabaşı K.
9.86 Havuzbaşı K. 15.38 Pınarbaşı K.
Hamampınarı K. 10.56 Kırkgız Gölü K. 11.42
Df
10.8
9.34
Çizelge 2. İnceleme alanına ait çevresel izotop verileri (Güven 1996).
Tarih
Örnek Adı
Türü
T (TU) T(°C)
EC
Yükselti
δO18
δD
(m)
(‰ SMOW) (‰ SMOW)
(μS/cm)
7.7.94
Kaymaz K.
Kaynak
-10.44
-73.6
16.6
27.5
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.
Kaynak
-10.25
-71.2
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
Kaynak
-10.56
-69.1
1.7
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 S. H. Paşa S.
Kuyu
-9.95
-74.7
15.6
1000
870
22.10.94 T.Mecidiye S. Kuyu
-9.13
-65.8
2.1
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
İzotop hidrolojisi konusunda geçmişte yürütülen çalışmalar sonucunda oksijen-18 içeriğinin, coğrafi
konum, 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.
Su örneklerinin oksijen-18 içerikleri ve boşalım örnekleme yükseltileri dikkate alınarak çizilen
Şekil 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.
208
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)
18
Örnek Adı
Boşalım Yük. (m) Beslenme Yük. (m) Fark (m)
δO
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
-9
δ O = -0.0033 * h - 6.1538
r = 0.99
18
δ O
18
-10
-11
800
900
Akpınar
Başkurt
Kaymaz
Karaburgu
1000
Eminekin
Kırgız
1100
Yükseklik (m)
Göcenoluk
Kozyaka
Nimet
Gümüşbel
P.başı
1200
H.pınarı
Sadıroğlu
1300
Havuzbaşı
Saithalimpaşa
Şekil 6. İnceleme alanına ait su örneklerinin oksijen-18/yükselti ilişkisi
209
1400
Ilıcabaşı
T.mecidiye
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).
18
16
Trityum (TU)
14
12
10
8
6
4
2
0
100
200
300
400
500
600
700
Elektriksel İletkenlik (μS/cm)
800
900
1000
Akpınar
Başkurt
Eminekin
Göcenoluk
Gümüşbel
H.pınarı
Havuzbaşı
Ilıcabaşı
Kaymaz
Karaburgu
Kırgız
P.başı
Sadıroğlu
T.mecidiye
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 0 (t ) =
1
τ
t
∫ C (t − ϕ ). e
i
( − ϕ /τ )
. e − λϕ . dϕ
0
Burada;
C0(t) : t anındaki sistemden çıkan trityum derişimi, (TU)
Ci(t-ϕ) : (t-ϕ) anında sisteme giren trityum derişimi, (TU)
: radyoaktif bozunma düzeltme faktörü
e-λϕ
λ
: değeri 0.0565 olan trityum bozunma sabiti
: sistemin yenilenme süresi (yıl)
τ
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
18
16
Örnekleme
Yılı
14
T.U.
12
10
8
6
4
2
0
1992
1993
1994
YILLAR
1 y ›l
2 y ›l
3 y ›l
4 y ›l
5 y ›l
6 y ›l
7 y ›l
8 y ›l
9 y ›l
10 y ›l
12 y ›l
15 y ›l
20 y ›l
30 y ›l
50 y ›l
100 y ›l
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
+
Geçiş Örnek
T
T
+
Geçiş
hata
hata
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 yıl
Eminekin 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 yıl
Sadıroğlu 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
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.
213
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: [email protected]
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+-SO42- 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.
215
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
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.
217
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.
90
Yeraltı suyu
20
Kullanılmaz
5000
C2-S4
20
C3-S4
C1-S3
C4-S4
C2-S3
15
C3-S3
C1-S2
Cender
Dere C4-S3
C2-S2
10
C3-S2
Az
30
İyi-kullanılabilir
Çok iyi-iyi
40
Şüpheli-kullanılmaz
Delice
ırmağı
2
25
C4-S2
1
5
C1-S1
C2-S1
C3-S1
Delice
Irmağı
Yeraltı Suyu
50
3
Sodyum adsorpsiyon oranı (SAR)
60
Orta
70
SODYUM TEHLİKESİ
Cender
dere
Fazla
C1-S4
80
C4-S1
0
1000
2000
3000
4000
İLETKENLİK, μS
1
Az
2
Orta
3
Fazla
4000
3000
2000
İletkenlik, μS
0
1000
750
500
250
10
100
SODYUM YÜZDESİ
30
4
1000
100
100
Çok fazla
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).
4
Çok fazla
TUZLULUK TEHLİKESİ
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.
100
100
mek/L
mek/L
10
1
rCa
1
10
rMg
rCl4 rSO 45 r(HCO
2 r(Na+K)
3
63
+CO 3)
MK17
Çel16
YK6
ÝHL
OA5
AB17
MK7
1
1
rCa
2 r(Na+K)
3
6 3
rMg
rCl4 rSO 54 r(HCO
+CO 3)
SE9
DÖ4
HK10
HÝP12
HK
BG3
Şekil 5 ve 6. Yeraltı sularının Yarı Logaritmik Schoeller diyagramı
220
KC11
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+-SO42- , kuzeyi ve batısındaki bölüm ise
Na+-HCO3- (SO42-) fasiyesindedir.
4000
SO4, mg/L
: 01-06-1999
3000
: 14-11-1998
2000
1000
0
50
250
450
650
850
1050
1250
1450
Delice Irmağı' na uzaklık, m
TÇM, mg/L
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
50
250
450
650
850
1050
1250
Delice Irmağı' na uzaklık, m
Şekil 7. a) SO4-uzaklık grafiği, b) TÇM-uzaklık grafiği
221
1450
4
Bor, mg/L
: 01-06-1999
3
: 14-11-1998
2
1
0
50
250
450
650
850
1050
1250
1450
Nitrat Azotu (NO 3-N), mg/L
Delice Irmağı' na uzaklık, m
80
60
50
(müsaade edilebilecek maksimum sınır)
40
20
0
50
250
450
650
850
1050
1250
1450
Delice Irmağı' na uzaklık, m
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
Oksij en-18 (% o)
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
Yozgat Meteorik
Su Doğrusu
Bölgesel Meteorik
Su Doğrusu
Delice ırmağı
-6
-40
-50
-60
-70
Koyunbaşoğlu kuyusu
Uyuz hamamı
Bulamaçlı hamamı kaynağı
-80
-90
-100
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
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: 98-05-0110). 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: 540545.
226
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.
227
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
Şekil 1. Çalışma alanını gösterir yer bulduru haritası
önemli yükseltiler; batıdan doğuya doğruKıvanç 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
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 formasyonunun alt kesiminden Jura
yaşı alınmıştır (Baroz 1979).
Tripa grubu sedimanter istifinin
Şekil 2. Beşparmak Dağlarına İlişkin Stratigrafik Kesit (MTA,
kalınlığı yaklaşık 750 m
2000)
kadardır.
229
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
230
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.).
231
DERİNLİK
(m)
YAŞ
FORMASYON
LİTOLOJİ
VE
DONANIM
A Ç I K LA M A LA R
KAÇAK
SEVİYESİ
Bej renkli, mikritik yapılı, pelajik kireç taşı
20
9 5/8"
40
60
80
Koyu gri-siyah renkli, yer yer morumsu renkli, silis
ağırlıklı, breşik yapılı dolomitik kireç taşı
100
120
12 1/4"
140
160
Devirdaimsiz/sirkülasyonsuz ilerleme
180
200
220
300
320
Dolomit- dolomitik kireç taşı, ç atlaklı, silisifiye,
ç atlaklar silis dolgulu, yer yer grafit taneli
340
360
Kuyu tabanı: 361.65 m
Şekil 3. MTA-3 Tirmen Lokasyonu Kuyu Logu
232
161.50181.0 m
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
YAĞIŞ
(mm)
103.6
3
4
5
38.7 47.3 19.3 14.7
6
7
8
3
0.1
0.6
9
10
11
12
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
233
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).
234
Şekil 4. Beşparmak Dağları Karst Akiferinden Alınan Su Örneklerine Ait
Piper Diyagramı
PH
Cl
SO4
HC03
Na
K
Ca
Mg
K.Bakiye
Tuzluluk
Karb. Sert
Kalıcı Sert
Sert.bütünü
Kuyu No
MTA-2
MTA-1
Değirmenlik
Güngör
Ciklos
Göçeri
18/74
MTA-3
17/74
50/61
Kondaktv
MAYIS 1998
Tarih
Çizelge 2. Beşparmak Dağları 1998 Yılı Su Analiz Sonuçları
630
650
590
590
610
370
620
760
800
600
7.1
7.5
7.4
7.1
7.4
7.7
7.4
7.6
7.0
73
1.30
1.80
1.50
1.80
1.40
0.90
1.80
1.80
1.70
1 30
0.88
0.24
0.58
0.27
0.20
0.63
0.09
0.23
0.48
0 94
4.68
4.64
4.60
4.08
4.84
2.60
4.36
6.20
6.64
4 72
1.91
1.65
1.74
1.52
1.30
0.96
1.35
1.26
1.22
1 83
0.05
0.05
0.04
0.05
0.04
0.04
0.04
0.05
0.05
0 04
2.80
2.60
1.76
2.36
2.32
1.44
2.44
0.84
3.48
3 08
2.10
2.38
3.14
2.22
2.78
1.69
2.42
6.08
4.07
2 01
500
480
480
440
470
290
440
570
640
510
76
105
88
105
82
53
105
105
99
76
235
230
230
205
240
130
220
310
330
235
10
15
15
25
10
25
25
35
45
20
245
245
245
230
250
155
245
345
375
255
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
235
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.
236
Çizelge 3: İnceleme alanındaki suların izotop değerleri
LOKASYON ADI
Kantara Kuyusu(34/93)
Esentepe 16 A
Dikmen 38/87
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
δ 18D (%0)
Ekim
Nisan 97
96
-6.81
-7.51
-7.32
-7.99
-3.89
-7.09
-6.96
-7.48
-7.98
-7.11
+1.92
-7.01
-6.87
-6.92
-7.02
-6.89
-6.42
-6.96
-7.01
-7.07
-7.38
-7.18
-7.04
-6.77
-1.15
-3.82
-6.97
-6.97
-1.02
T (T:U)
δ D (%0)
Ekim
Nisan 97 Ekim 96
Nisan 97
96
-30.70
-36.84
3.50±0.85
6.2±0.9
-39.30
-44.99
2.50±0.8
3.6±0.8
-69.24
-31.40
7.3±0.9
8.7±0.9
-38.35
0.0±0.8
-36.22
1.8±0.8
-50.83
-35.87
4.1±0.75
4.6±0.9
-17.22
-41.15
6.6±0.9
9.1±0.9
-41.27
-55.06
6.0±0.9
10.4±0.95
-39.13
-35.92
1.0±0.8
0.0±0.8
-39.43
-51.7
4.3±0.9
4.55±0.9
-44.89
-22.77
9.55±0.9
4.8±0.9
-43.36
-35.6
4±0.85
3.15±0.8
-35.39
-48.33
0.0±0.8
1.6±0.8
-10.02
2.0±0.8
-20.06
3.30±0.8
-40.71
4.75±0.85
-40.75
8.3±0.9
-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.
237
Çizelge 4. İzotop Örneği Alınan Noktalarda Elektriksel İletkenlik
ve sıcaklık okumaları
EKİMMARTYükseklik KASIM 1996
NİSAN
1997
Lokasyon No
(m)
EC
T
EC
T
(µS/cm) (oC) (µS/cm) (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.
20
OKSİJEN 18 - DÖTERYUM KURAK DÖNEM GRAFİĞİ
Kantara Kuyusu(34/93)
Esentepe 16 A
Tatlısu 116/65
Çatalköy 13/30
Karşıyaka 35
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
DMD
10
D = O 18 +15
0
Döteryum
-10
D = O 18 +10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-10
-9
-8
-7
-6
-5
Oksijen 18
-4
-3
-2
Şekil 5. Kurak dönem Oksijen-18 Döteryum grafiği
238
-1
0
OKSİJEN 18 - DÖTERYUM YAĞIŞLI DÖNEM GRAFİĞİ
Kantara Kuyusu(34/93)
Alsancak Pınar
Göçeri 55/91
Alevkaya Met. İst.
Esentepe 16 A
Beşparmak 20/74
Bozdağ 1/65
Değirmenlik 37/75
Karşıyaka 35
Kozan Alt Pınar
Tirmen 17/74
0
D=8 x O18 +22
Döteryum
-10
D=8 x O18 +10
-20
-30
-40
-50
-60
-10
-9
-8
-7
-6
-5
Oksijen 18
-4
-3
-2
-1
0
Şekil 6. Yağışlı dönem Oksijen-18 Döteryum grafiği
DÖTERYUM-TRİTYUM İLİŞKİSİ
22
Kantara Kuyusu(34/93)
Esentepe 16 A
Tatlısu 116/65
Çatalköy 13/30
20
Karşıyaka 35
Karşıyaka Pınar
Alsancak Pınar
Beşparmak 20/74
18
Kozan Alt Pınar
Göçeri 55/91
Bozdağ 1/65
Tirmen 17/74
Ciklos 12/74
Değirmenlik 18/74
Güngör 13a
Alevkaya Met. İst.
Trityum (T.U)
16
Değirmenlik 37/75
14
12
10
DERİN DOLAŞIM
8
6
4
2
0
0
-10
-20
-30
-40
Döteryum (%O)
-50
-60
-70
Şekil 7. Beşparmak Dağları Karst Akiferinden alınan su örneklerinde Döteryum-Trityum İlişkisi
239
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.
240
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.
241
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
242
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: [email protected]
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
243
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).
Şekil 2. İnceleme alanına ait jeoloji haritası (Günay vd.’den, 1995) ve örnekleme noktaları
245
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
246
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
δ18O
Örnek Yeri
δD
TU
T
°C
EC
μS/cm
Cl
Yükseklik
meq/l
m
pH
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
-8.5
-8
-7.5
-7
-6.5
-6
-20
δD (‰ SMOW)
Akdeniz
Antalya
KMA
BIY
VAR KGP
DUD
KGI
KPN
KGK
KGO
DUO
YGC
HRM
ARP DUP
ASO
Craig
-25
-30
-35
-40
-45
-50
KGM
-55
-60
δ18O (‰ SMOW)
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.
-8.5
-8
-7.5
-7
-6.5
HRM
KMA
TU
DUO
KPN
KGM KGK
VAR
KGO
DUD
KGP
BIY
DUP
ASO
YGC
ARP
KGI
-6
7.5
7
6.5
6
5.5
5
4.5
4
3.5
3
δ18O (‰ SMOW)
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.
-8.5
-8
-7.5
-7
-6.5
-6
800
KGM
EC (μS/cm)
KGI
KGO
700
KGK
DUD
YGC
BIY
KGP
VAR
ARP
DUP
KPN
600
500
ASO
DUO
400
KMA
300
HRM
200
δ18O (‰ SMOW)
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 Cliçeriğine 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.
-8.5
-8
-7.5
-7
-6.5
-6
0.9
Cl (meq/l)
ARP
DUD
KPN
VAR
KGO
KGK
KGI
DUO
DUP
YGC
KGP
ASO
KMA
BIY
KGM
HRM
δ18O (‰ SMOW)
Şekil 6. Örnekleme noktalarına ait Cl-δ18O grafiği
249
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
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
Ca*
Mg*
Na*
K*
SO4*
HCO3*
CO3*
TDS
CO2
DO
mg/l
mg/l
mg/l
KGP
762
35
6.0
6.29
1.23
1.30
0.26
0.38
9.04
0.00
KGO
840
35
7.1
7.04
1.40
2.44
0.18
0.50
9.51
0.00
KGM
868
65
6.0
7.44
1.56
1.70
0.20
0.70
9.99
KGK
788
55
7.1
6.79
1.40
1.00
0.13
0.56
9.27
KGI
832
60
8.9
7.14
1.56
1.65
0.15
0.75
9.51
0.00
logPCO2
Doygunluk İndeksi (SI)
Anhidrit
Aragonit
-1.47
-2.40
0.17
Kalsit
0.32
Dolomit
-0.06
Jips
-2.15
-1.39
-2.27
0.17
0.32
-0.05
-2.02
0.00
-1.33
-2.11
0.19
0.34
0.01
-1.86
0.00
-1.41
-2.22
0.18
0.33
-0.01
-1.98
-1.40
-2.09
0.22
0.37
0.11
-1.85
YGC
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
-1.99
BIY
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
-2.07
VAR
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
-1.95
DUD
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
-1.98
KPN
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
-2.06
ARP
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
-2.04
DUP
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
-2.12
DUO
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
-2.04
ASO
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
-2.23
HRM
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.
250
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)
KGI
KGM
KGO
KGK
DUD
VAR
KGP
ARP
DUO
ASO
DUP
YGC
BIY
KPN
-4
Üst Plato Kaynaklari
Alt Plato Kaynaklari
16
36
56
76
96
116
Uzaklik
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
δ18O
δD
Ca
HCO3+CO3
pH
DO
TDS
CO2
SI-Aragonit
SI-Kalsit
SI-Dolomit
%Toplam Varyans
FAKTÖR 1
-.256352
-.247904
.990135
.981603
-.616581
-.272696
.964228
.947333
.033080
.034201
-.069908
FAKTÖR 2
.139804
.004663
-.050684
.017665
-.730038
-.817691
.112151
.178374
-.997788
-.997790
-.983505
FAKTÖR 3
-.924177
-.936441
.064085
.180883
-.071320
.075466
.234987
.251979
.001727
.001194
.149929
.396359
.384260
.174530
251
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.
252
2
KGO
1
HRM
ARP
DUP
KGP
0
2
DUD KGK
ASO
KGI
VAR
KGM
DUO
Faktör
YGC
-1
BIY
-2
KPN
-3
-3
-2
-1
0
Faktör
2
1
2
1
KPN
KGI
KGM
1
KGP ARP
0
3
Faktör
DUD
VAR
HRM
DUP
YGC DUO
-1
KGO
KGK
BIY
ASO
-2
-3
-3
-2
-1
0
Faktör
1
2
2
3.0
2.5
KPN
2.0
1.5
KGI
KGM
Faktör
3
1.0
0.5
0.0
ARP
KGPVAR
DUD
KGK
KGO
HRM
-0.5
DUO
DUP
YGC
-1.0
BIY
-1.5
ASO
-2.0
-2.5
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
Faktör
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
1
Şekil 8. Hidrojeokimya ve izotop değişkenleri temel faktörleri ile örnek noktaları arasındaki
ilişkiler
253
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.
254
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, DSİUNDP 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.
255
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. 2734.
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.
256
ZONGULDAK KÖMÜR MADENİ SAHALARININ İZOTOP HİDROLOJİSİ
İNCELEMESİ
ISOTOPE HYDROLOGY INVESTIGATION OF ZONGULDAK COAL MINE
AREAS
Barbaros ERDURAN1, Koray TÖRK2, Gürkan ÖKTÜ1
1
Hidrojeoloji Yük.Müh, MTA Genel Müdürlüğü Enerji Hammadde Etüt ve Arama Dairesi
2
Hidrojeoloji 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.
257
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
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).
259
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.
260
Şekil 2. İnceleme Alanındaki Stratigrafi Dikme Kesiti (Özler vd., 1992)
261
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
262
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
Ca++ Mg++ Na++ K+ HCO3- CO3-- SO4-- ClNo
65
8
3 0,5
195
9
9
8
2
80
5
6 0,8
214
9
20
10
6
63
3
6 0,8
177
9
14
15
7
6
13
207
9
38
22
8 110
85
5
8 0,6
244
9
11
11
15
68
8
5 0,6
195
9
9
9
24
56
3
5 0,8
159
9
9
9
27
9
2
176
9 1200
10
32 350 100
98
20
4 0,8
195
9
125
9
33
95
36
85 2,4
305
9
50 166
51a
92
35
82 2,5
299
9
114 147
51b
78
26
30 2,4
281
9
120
10
52
2
1 550 2,3 1318
30
4 1,4
53
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
263
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
264
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
1
2
3
6
7
15
18
32
33
40
51
51B
52
53
HG2
Lokasyon Adı
Oksijen-18 Döteryum Trityum
Alman Pınarı 660m
Büyük Mağara Pınarı 320m
Aydındere 248m
Cumayanı Mağara P 32m
Cumayanı Pınarı 20 m
Kurtköy Kuyu Ağzı
Yukarı Dere 120m
Kokasu Ilıca 50m
Kokaksu 50m
Kılıçmahalle 110m
Çatalağzı -360
Çatalağzı sıfır pas -360m
Gelik -260m
Yeni Gelik Kuyu -620m
Kuyu 300m
-10,48
-10,26
-10,15
-8,9
-9,09
-9,72
-9,29
-10,15
-10,09
-9,52
-8,76
-9,64
-11,45
-12,44
-8,54
-79,2
-74,18
-74,72
-71,33
-68,33
-73,53
-69,89
-76,1
-73,35
-69,12
-74,26
-72,68
-73,51
-88,73
-71,51
14,4
17,2
20,6
17,1
17,6
16,9
20,4
2,4
12,4
17,9
15,6
15,5
17,9
1,8
15
YAĞIŞLI DÖNEM
Lokasyon
No
1
2
3
6
7
15
18
32
33
40
51
51B
52
HG3
Lokasyon Adı
Oksijen-18 Döteryum Trityum
Alman Pınarı 660m
Büyük Mağara Pınarı 320m
Aydındere 248m
Cumayanı Mağara P 32m
Cumayanı Pınarı 20 m
Kurtköy Kuyu Ağzı
Yukarı Dere 120m
Kokasu Ilıca 50m
Kokaksu 50m
Kılıçmahalle 110m
Çatalağzı -360
Çatalağzı sıfır pas -360m
Gelik -260m
Kuyu 199m
Yağış(Zonguldak) 136m
265
-10,25
-10,02
-9,97
-10,15
-9,84
-9,63
-7,36
-9,62
-10
-9,14
-8,81
-7,72
-9,76
-10,46
-75,09
-71,54
-69,65
-71,71
-68,21
-62,01
-54
-65,64
-68,19
-68,39
-61,8
-55,83
-63,45
-70,81
-56,18
14,2
15,2
13,2
11,4
14
18,8
17
1,7
9,7
12,8
10,6
11
13,6
10,1
12,5
8
DÖTERYUM (%o)
-2
-12
-22
-32
-42
-52
-62
-72
-82
-92
-102
-16
-14
-12
-10
-8
OKSİJEN - 18
-6
-4
1
32
3
6
7
15
18
33
40
51
51B
52
53
HG2
-2
0
2
Meteoric Water Line (dD=8*d18O + 10)
Şekil 3. Kurak Dönem δ18O-δD İlişkisi
δDÖTERYUM (%o)
-2
-12
-22
-32
-42
-52
-62
-72
-82
-92
-102
-16
-14
-12
-10
-8
δOKSİJEN - 18
-6
-4
18
1
2
3
6
7
15
33
51
52
53
HG2
32
40
51B
HG3
Meteoric Water Line (dD=8*d18O + 10)
-2
0
Şekil 4. Yağışlı Dönem δ18O-δD İlişkisi
Duraylı izotoplardan döteryum ve oksijen-18 arasındaki ilişki belli yağış rejimleri için zaman içinde
değişmez. Bu nedenle, örneklerdeki döteryum fazlası değerleri kullanılarak farklı yağış rejimlerinin
etkisi 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
266
daha çok karasal kökenli yağışları temsil etmektedir(Kehinde,1993). Ortalama değerler ise her iki
kökenli yağışlardan beslenme ile ilgili olduğunu göstermektedir.
Çizelge 3. İnceleme Alanındaki Döteryum Fazlası Değerleri
Eylül – Ekim
1994
1
2
3
6
7
15
18
32
33
40
51
51B
52
53
HG2
Df
Nisan 1995
Df
4,6
7,9
6,48
-0,13
4,39
4,23
4,43
5,1
7,37
7,04
-4,81
-4,44
18,09
10,79
3,19
1
2
3
6
7
15
18
32
33
40
51
51B
52
HG3
YAĞIŞ
6,91
8,62
10,11
9,49
10,51
15,03
5,12
11,32
11,81
4,73
8,68
5,93
14,87
12,87
10,7
Oksijen-18 ve döteryum içerikleri alındığında inceleme alanında bulunan suların ortalama beslenme
yüksekliklerinin 400-500 metre arasında değiştiği söylenebilir. Dolayısı ile bu yükseltiler karstik
kapalı havzaların bulunduğu alanlardır.
Şekil 5 ve Şekil 6’da Döteryum-Trityum ilişkisi görülmektedir. Bölgesel yeraltısuyu sistemi
gözönüne 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.
267
δTRİTYUM (TU)
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-50
-55
-60
-65
-70
-75
-80
-85
-90
-95
δDÖTERYUM (‰)
32
1
2
3
6
7
15
18
33
40
51
51B
52
53
HG2
Şekil 5. Kurak Dönem δD- T İlişkisi
22
20
18
δTRİTYUM (TU)
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-50
-55
-60
-65
-70
-75
-80
δDÖTERYUM (‰)
18
1
2
3
6
7
15
33
51
52
53
HG2
32
40
51B
HG3
Şekil 6. Yağışlı Dönem δD- T İlişkisi
268
Yağış
Boyalı Dere
SK-13
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)
269
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
270
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
([email protected]), ([email protected])
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
271
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
272
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 ohmm 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
273
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.
274
Şekil 1: Ovacık civarını Jeolojik ve Jeofizik lokasyon haritası
275
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. SilifkeOvacık 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.
276
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
277
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
278
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.
279
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
Şekil 4: AB/2 =100 m için görünür özdirenç kat haritası (ohm-m).
282
Şekil 5: AB/2 =160 m için görünür özdirenç kat haritası (ohm-m).
283
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.
284
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.
285
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: [email protected]
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
287
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
288
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)
Arazi Ölçümleri
Kod
Örnek Adı
Tipi
GK-13
GK-12
GK-11
GK-16-C
GK-15
GK-16-B
GK-16-A
GK-5
GK-4
GK-1
GK-2
GK-3
GK-8
GK-7
GK-10-B
GK-9
GK-6
GK-10-A
GK-14
GK-17
GK-18
Bağyaka Köyü
Yeniköy
Algı Köyü
Kuyu - III
Akçapınar Köyü
Kuyu - II
Kuyu - I
Belediye Kuyuları
Halil'in Yeri Rest.
Azmak(duvar dibi)
Azmak-Kümes
Cennet Restaurant
Çınaraltı
Deniz Rest.-2
Ören (Acısu) II
Akbük Limanı
Deniz Rest.-1
Ören (Acısu) I
Gökova Körfezi
Marmaris (Deniz)
Ören (Deniz)
Kaynak
Kaynak
Kaynak
Kuyu
Kaynak
Kuyu
Kuyu
Kuyu
Kaynak
Kaynak
Kaynak
Kaynak
Kaynak
Kaynak
Kaynak
Kaynak
Kaynak
Kaynak
Deniz Suyu
Deniz suyu
Deniz suyu
T
°C
11.5
14.4
14.9
16.6
16.5
16.6
16.2
15.6
14.9
15.8
15.7
15.8
15.6
15.6
17.2
17.3
16.0
17.1
22.3
20.9
25.1
pH
EC(25 oC)
μS/cm
8.15
7.60
7.25
7.87
7.36
7.74
7.75
7.64
7.52
7.36
7.40
7.45
7.40
7.33
7.22
7.17
7.31
7.26
7.94
8.21
8.09
317
403
535
554
629
658
865
1443
1719
1973
2355
2753
5522
5658
8431
8483
10447
10846
37650
45980
>50000
Anyonlar
TDS
mg/l
314.74
364.07
422.91
465.15
510.91
484.85
552.20
904.68
1010.94
1459.57
1704.64
2073.21
3440.56
4009.77
6072.46
5762.24
5081.61
6709.45
25237.64
48706.51
35732.53
Cl
meq/l
0.61
0.90
0.63
1.25
0.90
1.11
1.92
8.32
10.12
13.74
17.84
23.02
52.80
59.40
86.50
88.04
72.86
96.75
427.49
813.31
590.00
CO3
meq/l
1.00
1.80
1.60
2.00
1.00
0.20
0.20
1.00
1.80
1.00
2.40
1.60
0.98
2.20
1.40
2.20
1.40
-
HCO3
meq/l
1.994
3.316
4.031
3.420
5.348
3.453
3.222
4.165
4.070
3.674
3.718
4.630
4.005
3.855
4.666
4.648
3.729
4.949
3.016
2.847
2.843
Katyonlar
SO4
meq/l
0.56
0.42
0.55
1.94
0.34
2.19
2.64
1.55
1.82
5.09
5.69
5.90
3.69
5.36
8.94
6.84
11.26
11.42
30.49
45.29
38.35
Ca
meq/l
2.02
3.98
4.88
3.17
3.13
3.52
3.91
5.13
5.17
8.41
8.75
10.39
8.24
12.46
17.71
17.63
14.12
31.31
36.68
18.58
23.45
Mg
meq/l
1.01
0.39
0.44
2.79
2.66
2.88
3.04
2.75
2.96
5.46
6.54
7.53
16.12
13.65
16.76
18.75
18.28
21.39
96.24
187.56
78.56
Na
meq/l
0.33
0.34
0.37
0.38
0.68
0.55
1.12
5.56
6.38
9.62
11.12
15.03
30.94
38.85
60.50
57.48
48.13
57.52
246.63
632.38
476.08
K
meq/l
0.12
0.17
0.18
0.33
0.35
0.30
0.35
0.40
0.74
1.07
1.30
1.01
1.53
2.37
8.38
2.89
2.81
5.18
21.66
8.50
11.00
Deniz
Suyu
Katkısı
-0.01
0.04
0.00
0.10
0.04
0.08
0.22
1.30
1.61
2.22
2.92
3.80
8.85
9.97
14.41
14.83
12.26
15.41
72.43
100.00
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
250
300
250
200
Deniz suyu
Cl (meq/l)
Na (meq/l)
Deniz suyu
150
100
Tatlı su
Karışım suları
50
200
150
100
Tatlı su
Karışım suları
50
0
0
0
5000
10000
15000
20000
0
TDS (mg/l)
5000
10000
15000
20000
TDS (mg/l)
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
Vuç1 ve Vuç2
Csonuç
Vsonuç
: Uç suların içerdiği kimyasal veya fiziksel bir bileşenin (örneğin Cl veya 18O)
derişimini
: Uç su hacimlerinin sonuç su hacmine (Vsonuç) oranı (örn. %50 yada 0.5)
: Sonuç sudaki fiziksel veya kimyasal bileşenin derişimini
: Sonuç su hacmini
belirtmektedir.
290
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)
CA*VA + CB*VB = CS* VA + CS* VB
CA*VA - CS* VA = CS* VB - CB*VB
VA * (CA-CS) = VB * (CS - CB)
(4)
(5)
(6)
(7)
VA
C − CB
= S
VB
CA − CS
(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,
VB C S − C A
=
VS
CB − C 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 (%) =
ClÖrnek − ClTatlı
ClDeniz − ClTatlı
(10)
291
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
Cuç1
Cuç2
x
: örneğin iyon içeriği (herhangi bir iyon olabilir Na, Cl, SO4 gibi)
: ortalama birinci uç bileşenin iyon içeriği (örneğin tatlı su) meq/l
: ortalama ikinci uç bileşenin iyon içeriği (örneğin tuzlu su) meq/l
: 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
292
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 “seaspray” 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 (%) =
EC Tuzlu − EC Tatlı
EC Tuzlu − EC K
(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
18
1.40
1.80
16
1.20
1.60
10
8
6
4
0.80
0.60
0.40
2
0.20
0
0.00
0
20
40
1.40
1.00
SO 4 (meq/l)
12
SO 4 (meq/l)
SO 4 (meq/l)
14
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
0
60
1.20
20
40
60
0
20
TDS
(b)
TDS
(a)
60
40
TDS
(c)
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.
18
12
1
12
Mg (meq/l)
Na (meq/l)
14
2
10
8
6
4
3
2
12
3
10
10
8
8
Cl (meq/l)
16
6
4
2
0
20
40
TDS
(a)
60
6
2
4
2
1
0
3
2
1
0
0
0
20
40
TDS
(b)
60
0
20
40
60
TDS
(c)
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
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.
295
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 ifade edilir. Bu amaçla kullanılan standart, Ortalama-Standart-Okyanus-Suyu'nun kararlı izotop içeriğini 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 örneğin 18O ve D içeriği
δ 18 O =
δD =
( 18 O / 16 O ) örne k −( 18 O / 16 O ) S MOW
( 18 O / 16 O ) S MOW
(14)
* 1000
(D / H) örne k − (D / H) S MOW
*1000
(D / H) S MOW
(15)
olarak ifade edilir. Hidrolojik çevrim içinde suyun anılan iki kararlı izotop içeriği gerek yerel ve gerekse 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
18
O 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.
Deniz Suyu
YAS
B
A
a
ny
ü
D su
de ğru
n
se k do
o
t
ri
eis teo
l
P e
M
ım
rış
a
K
a
rlaşm
a
h
u
B
YAS
Karışım
ru
l
re doğ
e
Y ik
r
teo
e
u
M
ya ğrus
n
D ü k do
ri
eo
t
Me
Ka
ım
rış
Paleo su
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
gösterebilirler.
M
A
1
0.8
18
O-D grafiği üzerinde Şekil 5’teki gibi bir dizilim
r
oğ
d
ik
or
e
t
e
0.6
B
u
0.4
0.2
0
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
Tuzluluk
Duraylı izotop
Buharla
şma
Tatlı su
Tuzlu su
Karışım suyu
ışım
Kar
Çözünme
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.
1
A
10
Güncel
YAS
-
Cl (mg/l)
100
1.000
Paleo
YAS
B
Tuzlu Su
(Salamura)
10.000
100.000
C
1.000.000
-30
-25
-20
-15
-10
δ O %o VSMOW
Şekil 7.Üç bileşenli karışım ilişkilerinin δ18O-Cl- grafiği (Dougles et.al, 2000)
18
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
CA
CB
CC
: Karışım suyunun kompozisyonu
: A bileşeninin katkısı
: B bileşeninin katkısı
: 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 =
CT (δ 18OT − δ 18OC ) + C B (δ 18OC − δ 18OB )
δ 18OA − δ 18OC
CA değerini Cl için yerine koyduğumuzda da,
CC =
CT (ClT − Cl A ) + C B (Cl B − Cl A )
Cl C − Cl A
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
Derin Kuyu Ortalaması
(-9.8 %o)
-10
Kaynak
Derin Kuyu
Sığ Kuyu
18
δ O %o VSMOW
-6
-14
10
25
45
o
Sıcaklık ( C)
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 paleogroundwaters 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
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.980993,
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
302
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
303
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
R
GÖLET AKSI
8
7
4
5
3
2
1
B
6
9
Kaynak
MANSAP
Kroki 1 . Çalışma alanını gösteren kroki
304
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.
305
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
30.07.1980
28.04.1981
30.07.1980
28.04.1981
ADI
TU
TU
O-18
O-18
Kuyu No.1
35
36
-7.62±0.06
Kuyu No.2
26
25
Kuyu No.3
23
Kuyu No4
30.07.1980
28.04.1981
o
o
-7.25±0.07
19
14
-7.92±0.04
-6.87±0.04
18
14.5
28
-7.39±0.05
-7.21±0.06
20.5
14
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
306
C
C
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).
LOKASYON NO
OKSİJEN-18 (%o)
1
2
3
4
5
6
7
8
K
R
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
Tem.80
Nis.81
Şekil 1. Lokasyonların oksijen-18 değerlerinin bahar ve yaz aylarına göre değişimleri
307
R
4
5
K
1
7
8
8
63
75
20
K
15
2
1
10
5
SICAKLIK (OC)
3
2
25
R
46
0
-9
-8
-7
-6
-5
-4
OKSİJEN-18 (%o)
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
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
309
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:[email protected]
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, CaHCO3 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.
311
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 PreMesozoyik 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)
312
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 MiyosenPliyosen 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
D37 17' 30"
D33 02' 0 0"
Kara
Ankara
Deniz
İAEKK
K40 12'00"
-
Ankara
Ak Deniz
KENET
KUŞAĞI
(İAEKK)
Yozgat
Sivas
Kırşehir
G ü m ü şk e n t
Bayramhacı
Kozoğlu
Ballıca
Tuz Gölü
Ne v ş e h i r
Kayseri
Avanos
Karakaya
Çorak
Aksaray
AÇIKLAMA
Örtü Birimleri
Orta Anadolu G ranitoyitleri
Orta Anadolu Ofiyolitleri
Orta Anadolu Metamorfitleri
K
Ters Faylar
Niğde
Doğrultu Atımlı Faylar
Normal Faylar
Sıcak ve Mineralli Kaynak
K37 47'00"
0
Mineralli Kaynak
Soğuk Su Kaynağı
75 km
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.
G ü m ü ş k e n t m in e r a l l i
k a y n a k a la n ı
Gümüşkent
kaynak alanı
O GÜMÜŞKENT
K
K
km
0
2
(a )
Karadağ
(1209 m)
Karakaya mineralli
kaynak alanı
+
Karakaya
soğuk su kaynağı
K
(b)
Kayaharman bağları
km
0
1
Cam buzbaşı
1280 m
İk ib in e v le r
Çorak
kaynak
alanı
K
km
0
(b )
(c)
1
15
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
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
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
315
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
adı
T (°C)
pH
EC
( S/cm)
ÇMS*
ÇMS**
KS*
KS**
KMS*
18.5
21
15
15
18
6.8
6.62
7.2
7.51
6.67
13220
11400
1003
859
16500
21.70
20.45
3.59
3.49
28.69
4.93
3.7
0.74
0.617
5.34
135.93
134.19
6.13
5.43
157.03
5.49
1.4
0.40
0.19
6.77
90
85
2.2
1.65
115
4.62
5.75
1.87
1.79
5.82
KMS
**
17
6.5
13850
23.95
3.7
155.07
2.43
110
GMS*
GMS**
BSMS
**
13
21
43
6.63
6.39
6.39
3200
2710
1610
34.93
37.92
13.22
6.37
4.52
2.26
1.78
1.23
4.95
0.44
0.19
0.25
0.25
0.1
4.1
Ca2+
x
Mg2+
x
Na+
x
K+
x
Cl-
x
x
SO42-
Ca/Mg
Ca/Na
Na/Cl
SO4/Cl
bdi
72.5
69.9
6.4
5.13
76.5
4.4
5.52
4.85
5.66
5.37
0.159
0.150
0.58
0.64
0.18
1.51
1.58
2.79
3.29
1.36
0.05
0.07
0.85
1.08
0.05
-0.57
-0.59
-1.96
-2.40
-0.42
5.67
69.9
6.47
0.15
1.41
0.05
-0.43
0.104
0.259
1.74
42.9
42.52
14.56
5.48
8.39
5.84
19.6
30.8
2.67
7.12
12.30
1.21
0.4
2.59
0.42
-7.9
-13.2
-0.26
x
HCO3-
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.
316
meq/L
40
30
20
Ca
10
0
meq/L
200
100
Na
0
meq/L
150
100
Cl
50
100
80
60
40
20
0
**KMS
*KMS
**ÇMS
*ÇMS
**GMS
*GMS
**KS
HCO3
*KS
meq/L
0
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
ÇMS* (1)
ÇMS** (5)
S* (2)
KS** (6)
KMS* (3)
KMS ** (7)
GMS* (4)
GMS** (10)
BSMS**(9)
SI
Kalsit
SI
SI
Dolomit Aragonit
SI
Jips
SI
Anhidrit
SI
Halit
log
pCO2
8
O
(‰ V-SMOW)
2
H
(‰ V-SMOW)
3
1.09
0.885
0.427
0.279
1.08
0.815
1.09
0.901
0.126
1.71
1.18
0.301
-0.064
1.59
0.977
1.621
1.02
-0.379
-1.28
-1.19
-1.70
-1.70
-1.11
-1.17
-2.47
-2.04
-1.39
-1.49
-1.40
-1.92
-1.92
-1.33
-1.38
-2.69
-2.26
-1.61
-3.76
-3.78
-6.55
-6.72
-3.60
-3.62
-8.11
-8.67
-6.41
-0.259
-0.092
-1.95
-2.09
-0.113
0.023
-0.301
-0.075
-0.492
-9.71
-10.22
-10.05
-9.04
-10.51
-10.17
-10.5
-10.53
-10.2
-85.46
-83.84
-80.23
-83.13
-93.69
-87.41
-86.31
-80.26
-78.35
0±0.90
0.1±0.80
7.4±0.95
8±0.90
3.7±0.90
0±0.80
1.78±0.90
0.6±0.80
0±0.80
0.955
0.742
0.284
0.135
0.940
0.671
0.956
0.758
-0.018
H
(±) (TU)
* (Örnekleme Tarihi): 14.11.1997, **:28.06.1998, ***: 30.06.1999 (kısaltmalar Çizelge 1’deki gibidir).
35
15
Ca/Mg
Ca/Na
SO4/Cl
bdi
Na/Cl
Ca/Mg-Ca/Na
25
10
5
20
0
15
-5
10
**KMS
*KMS
**ÇMS
*ÇMS
**KS
-15
*KS
0
**GMS
-10
*GMS
5
SO4/Cl-Na/Cl-bdi
30
Şekil 4. İnceleme alanındaki sularda Ca/Mg, Ca/Na, Na/Cl, SO4/Cl ve bdi değişimleri (kısaltmalar
Çizelge 1’deki gibidir).
318
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 sukayaç 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 360560 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
319
CO2
CO2
T r a v e r t e n ç ö k e l im a la n ı
a)
(B)
(A)
K ayn ak
Havuz
g iriş i
Havuz
Eşik
noktası
(C)
Traverten
çökelim
alanı
b)
6.6 m
4.1 m
10.7 m
6.0 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
8
7,5
pH
600
CO2 (mg/L)
500
7
400
6,5
300
200
6
Uzaklık (m)
100
Uzaklık (m)
5,5
0
1
10,7
3
6,6
2
16,74
0
(b)
700
600
CO2 (mg/L)
30
CO2 (mg/L)
Sıcaklık (oC)
25
500
20
400
15
300
10
200
100
5
Uzaklık (m)
0
10
6,6
2
10,73
Sıcaklık (o C)
pH (pH birimi)
(a)
CO2 (mg/L)
700
16,74
0
Şekil 6. Gümüşkent mineralli kaynak alanında traverten çökeliminin irdelenmesi: a) CO2-pH ve b)
CO2-sıcaklık ilişkileri.
321
a
b
c
d
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.
322
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
H (%o V-SMOW)
0
-20
Dünya meteorik
su doğrusu
-40
2
-60
10
8 9 2
5
4
3
-80
6
1
7
-100
18
δ O (% o V-SMOW )
(a)
0
2
4
3
H (TU)
6
8
10
-8,8
6
Dolaşım süresi
-9,6
1
-9,8
-10
-10,2
-10,4
-10,6
-10,8
7
5
8
2
9
4
10
3
Beslenme alanı yükseltisi
18
O(%o V-SMOW)
-9
-9,2
-9,4
(b)
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
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 (Nevşehir)-Himmetdede (Kayseri) arasının jeolojisi. MTA Raporu, Derleme No. 8523 (yayımlanmamış).
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).
324
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 (Kuzuluk/Adapazarı, northwestern Turkey). Geothermics, 23 (2), 151-174.
Kuşcu, İ., 1997. The mineralogical and geochemical comparison of the Pb-Zn skarns in the Akdağmadeni, 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.
325
CİHANBEYLİ JEOTERMAL SAHASININ
HİDROJEOLOJİ İNCELEMESİ
HYDROGEOLOGICAL INVESTIGATION OF THE CİHANBEYLİ
GEOTHERMAL FIELD
Baki CANİK1, Mustafa AFŞİN2, Mehmet ÇELİK1
1
Ankara Üni., Müh. Fakültesi, Jeoloji Müh. Böl., 06100 Tandoğan/Ankara
2
Niğde 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.
327
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).
328
BOZ DAĞ
K
KK5
IK(Ilıca kaynağı)
KK4
KK6
68
KK3
KK8 KK7
BG1
KK2
YHK
(Yapalı hamamı kaynağı)
66
YAPALI
Küçüktütün T.
HK(S1)
VK(S3)
Tütün T.
YA(S2)
64
Kara Dağ
MAb(S7)
62
Çatal T.
SB(S4)
MAk(S5)
60
93
95
GY2
97
Şekil 1. İnceleme alanı yer belirleme haritası
329
1 km
99
01
(a)
0
K 80 B
G 80 0D
Tütün
tepe
Karadağ
?
(b)
0
250
500 750
m
0
Alüvyon
Açısal uyumsuzluk
Jeotermal yeraltı suyu akımı
Kireçtaşı,
kil-marn (jipsli),
kireçtaşı (karstik)
1000
Açısal uyumsuzluk
Andezit (Pliyosen)
Kristalen Kireçtaşı
1300
Tektonik dokanak
Şekil 2
a. Jeolojik enine kesiti
b. Genelleştirilmiş stratigrafik dikme kesiti
Ofiyolit melanj
330
m
Çizelge 1. Yeraltı sularının hidrokimyasal özellikleri (Örnekleme tarihi: 21-10-2001)
Numune No.
Parametreler
Sıcaklık, oC
PH
EC, μmho/cm
(yerinde)
EC, μmho/cm
(laboratuvarda)
TÇM, mg/l
CO3
“
HCO3 “
Cl
“
SO4
“
Na
“
K
“
Ca
“
Mg
“
B
“
Br
SiO2 “
Fe
“
As
“
F
“
Toplam
sertlik
(CaCO3) “
Toplam Alkalinite
(CaCO3) “
Kuyu derinliği
S1
(Hacı
Karagöz)
39,1
6,4
4510
S2 (Yusuf
Aktaş)
39,2
7,1
4500
S3
(Vakkas
Koçuk)
33,5
6,3
4460
S4
(Selahattin
Bayhan)
42,4
6,4
4370
S5
(Mehmet
Akbulut)
14,8
6,5
2420
S6
(Abdullah
Yurtsever)
28
6,6
4560
S7
(Molla
Abay)
39,5
6,3
4230
4960
4980
5020
4830
2610
4810
4440
3174
0
631,3
546,7
1699
310
21,8
665
169
1,55
<0,2
32,6
0,12
<0,003
0,00
3187
0
475,8
560,9
1763
288,2
22,6
639
190,3
1,27
<0,2
25,4
0,26
<0,003
0,00
3213
0
603,9
543,1
1665,3
309,6
21,2
630
176,3
1,24
<0,2
25,0
0,29
<0,003
0,00
3091
0
558,1
511,2
1718,4
161,2
21,7
693
210,9
1,28
<0,2
25,4
0,27
<0,003
0,00
1670
0
311,1
257,4
855,5
123
16,0
300
112,5
<1,00
14,55
25,8
0,07
<0,003
0,00
3078
0
558,1
518,3
1710,6
306,4
21,1
652
156,9
1,16
<0,2
19,5
0,27
<0,003
0,00
2842
0
472,7
461,5
1543,7
286,8
20,0
545
155,0
1,13
<0,2
26,6
0,23
<0,003
0,00
2357,5
517,5
2380
390,0
2300
495,0
2600
457,5
1212,5
255,0
2275
457,5
2000
387,5
Bilinmiyor
76
70
127
200
Bilinmiyor
135-140
Çizelge 2. Yeraltı sularının hidrokimyasal özellikleri (Örnekleme tarihi: 03-08-2002)
Numune No.
Parametreler
HCO3ClSO42Na+
K+
Ca2+
Mg+
S2
(Yusuf
Aktaş)
mg/l
317,2
244,9
430,0
138,0
14,8
210,0
51,1
S3
(Vakkas
Koçuk)
mg/l
567,3
582,2
1292,0
229,2
24,9
620,0
133,8
S4
(Selahattin
Bayhan)
mg/l
530,7
489,9
1248,0
206,8
23,2
640,0
85,1
331
S6
(Abdullah
Yurtsever)
mg/l
677,1
489,9
1280,0
205,6
24,2
658,0
110,6
S8
(Gölyayla
kuyusu)
mg/l
515,4
78,1
140,0
40,0
8,8
104,0
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 16003250 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.
100
AÇIKLAMA
(21.10.2001)
S1
S5
S2
S6
S3
S7
S4
mek/l
(03.08.2002)
S2
S3
S4
S6
S8
10
1
rCa
rMg
r(Na+K)
rCl
rSO4
rHCO 3
Şekil 3. Yeraltısularının Yarı Logaritmik Schoeller diyagramı
332
Çizelge 3. Sıcak yeraltı sularının minerallere doygunluğu
S2
S3
S4
Numune S1
H.
Karagöz
Y.
Aktaş
V.Koçuk
S.Bayhan
No.
-0,163
-0,226
-0,125
Anhidrit -0,162
-0,072
-0,074
-0,091
-0,060
Jips
0,229
0,854
0,093
0,307
Kalsit
1,659
0,080
0,585
Dolomit 0,481
0,432
0,508
0,389
Kuvars 0,544
S5
M.Akbulut
S6
A.Yurtsever
S7
M.Abay
-0,772
-0,436
-0,434
-1,055
0,556
-0,239
-0,053
0,301
0,389
0,481
-0,238
-0,152
0,020
-0,030
0,448
Yeraltı Sularının İzotopik Özellikleri
Döteryum (binde)
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. Oksijen18 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).
-60
-65
Dünya Meteorik
su doğrusu
-70
-75
-80
21.10.2001
-85
-90
-12
-11
3.8.2002
SB1
HK
MAK
YA1
GY2
YA2
VK1
MA
AY1
VK2
-10
-9
Oksijen-18 (binde)
Şekil 4. Oksijen-18/döteryum grafiği
333
SB2
AY2
-8
Çizelge 4. İnceleme alanındaki yeraltı sularının izotopik değerleri
Num.
No.
Adı
S4
S1
S3
S7
S5
S2
S6
S2
S3
S4
S6
S8
S.Bayhan
H.Karagöz
V. Koçuk
M. Abay
M. Akbulut
Y. Aktaş
A. Yurtsever
Y. Aktaş
V. Koçuk
S. Bayhan
A. Yurtsever
Gölyayla kuy.
Örnekleme
tarihi
21-10-2001
“
“
“
“
“
“
03.08.2002
“
“
“
“
Oksijen-18
Döteryum
(‰)
-10,81
-11,09
-11,18
-10,99
-11,01
-10,57
-10,78
-9,09
-10,99
-10,88
-10,93
-10,49
(‰)
-76,86
-83,90
-81,71
-80,85
-82,62
-81,75
-80,68
-73,52
-76,53
-80,11
-80,62
-77,38
Trityum
(T.U.)
0,95±2,00
5,95±2,20
0,75±2,00
3,60±2,20
2,00±1,70
Ölçülmedi
Ölçülmedi
4,20±1,75
0,00±1,70
0,00±1,65
0,00±1,65
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.
334
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.
335